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摘要：混凝土裂缝是不可避免，但又必须尽量控制的危害。本文对混凝土裂缝产生的原因进行梳理和归纳，并从设计、施工的角度提出控制混凝土裂缝的措施。
关键词：混凝土；裂缝；原因；控制
一、引语
混凝土作为一种建筑材料，已经被越来越广泛地应用于各类工程。但混凝土裂缝问题始终是一个世界性难题。通常来说，按照建构筑物对裂缝控制的要求不同，可分为限裂和严格抗裂。对于一般建筑物，只要不对结构的安全产生威胁，可以允许结构带裂缝工作，即限裂。但对于人类活动较为频繁的地下工程结构，如地铁车站等，或水处理构筑物，则要求严格抗裂。因为对于此类建构筑物，其抗渗性能必须良好，混凝土的裂缝无疑破坏了结构的自防水功能。
二、混凝土裂缝出现的原因
混凝土裂缝的产生可能仅对结构的表观质量造成影响，也可能导致结构的重大缺陷，
影响其使用性和耐久性。一般说来，造成裂缝的原因可以归纳如下：
（1）干燥收缩及混凝土的约束——是混凝土结构产生裂缝的常见原因。干燥收缩是水泥浆中水分损失造成的。另外，混凝土骨料颗粒可提供内部约束，减少了体积变化的幅度。水分减少引起体积变化是混凝土干燥收缩的典型特征。在没有约束的条件下发生收缩，混凝土将不会产生裂缝。混凝土的收缩及约束会导致拉应力的产生，当超过材料的抗拉强度时，混凝土将会开裂。
（2）温度应力——混凝土各部分以不同速率失去水化热，或承受的冷热程度不同时，均会导致混凝土的内外温度产生差异，这些温差将会引起混凝土的体积变化。当由于体积变化引起的拉应力超过抗拉强度时，混凝土就会开裂。通常说来，由于水泥的水化热造成的温度差异通常发生在大体积混凝土中，而由于外界环境温度变化引起的温差则可能影响任何混凝土结构。
（3）碱活性骨料反应——在一定条件下，混凝土中的骨料会与混凝土中的水泥、外加剂、掺合剂等中的碱性物质发生化学反应，可能导致混凝土结构产生膨胀、开裂甚至破坏。水泥中的碱与骨料颗粒发生反应时，在骨料周围形成碱硅酸盐凝胶。这种凝胶固体的体积大于反应前的体积，而且具有强烈的吸水性，如果暴露在水分中，将进一步促进碱骨料反应的发展，使其膨胀，使混凝土体积的增大，从而导致开裂。
（4）冻融循环作用——混凝土中水泥或骨料中的水结冰后发生体积膨胀，当膨胀力超过其抗拉强度时，使混凝土产生微细裂缝，反复冻融裂缝不断扩展，导致混凝土强度降低，直至破坏，即冻融破坏。
（5）施工过程操作不当——养护的早期终止或不能保证混凝土表面经常性湿润，会使混凝土初期失水过快，水泥缺乏水化，从而产生剧烈的体积收缩，不仅会导致长期强度下降，而且会降低结构的耐久性。另外，施工过程中擅自改变水灰比、混凝土搅拌运输时间过长、模板作业不规范、施工速度过快、没有正确振捣、分段浇筑结合部没有处理好等，都可能导致混凝土开裂。
（6）施工超载——混凝土在凝结硬化早期阶段，往往最容易受到破坏，此时施工荷载若超过结构的正常使用极限承载力，将会导致结构产生永久裂缝。
（7）设计失误——设计处理不当，如截面选择或钢筋选配不当，伸缩缝设置不合理，地质勘探不详，基础设计不当等，均可能导致结构产生裂缝。
三、混凝土裂缝的控制
在我国，混凝土结构的允许裂缝宽度为0.2~0.3mm。应该提到，混凝土内的氢氧化钙可与周围空气中的二氧化碳反应生成不溶于水的碳酸钙，即碳化反应，碳酸钙与氢氧化钙沉淀并积累于裂缝内，这样就能够使裂缝能够自行封闭，但是如果裂缝宽度过大，混凝土就很难自愈。一般来说，当宽度不超过0.20mm时，认为裂缝可以自愈。
裂缝的控制需要设计单位和施工单位共同考虑。对于设计单位，应在施工图设计前做好地质勘探工作，合理设计基础形式，避免产生由于不均匀沉降产生的沉降裂缝。另外，设计单位应对混凝土配合比、环境条件、受力钢筋保护层厚度等做出明确要求。
（1）应严格控制混凝土连续浇筑长度，合理设置变形缝、后浇带等连接缝，减小结构构件的相互约束，并应在设计图纸中明确其细部做法。
（2）混凝土的收缩在很大程度上取决于其水化作用产生的大量水化热：
硅酸盐水泥+水→水化硅酸钙+氢氧化钙+水化热（约500kJ/kg）
由上述反应式，每公斤水泥进行水化反应时能释放约500kJ热量，导致混凝土内部温度迅速升高，大体积混凝土内部甚至可达80℃。混凝土内部散热较慢，因此必将会形成内外温差。为协调内外变形一致，混凝土表面必将产生拉应力（即温度应力），当超过其极限拉应力时，便会产生混凝土裂纹。
因此，在设计阶段，需要对混凝土的温度应力进行充分考虑。设计单位应在设计图纸中明确控制混凝土温度，减小温度应力的措施。同时，应对施工现场混凝土浇筑温度、养护等做出明确要求。对于大体积混凝土，应对混凝土内部温度进行必要估算，严格要求施工现场做好混凝土内部温度测控，并对降低混凝土内部温度提出合理建议。
（3）设计单位应根据结构的受力状况，按裂缝控制对结构选配受力钢筋。除此之外，构造配筋的数量及布置方法也应在施工图中体现。同时，设计单位还应明确为满足耐久性要求时混凝土的配比。
（4）为了降低混凝土的水化热及降低混凝土收缩，提高混凝土抗裂性能，可在水泥中掺入适量的粉煤灰或矿渣粉等掺合物。
（5）在结构的特定区段，如连续浇筑长度较大，设计单位可考虑使用膨胀混凝土，并在施工图纸中明确各部位的限制膨胀率，膨胀剂的型号及掺量。
（6）混凝土的浇筑与养护、大体积混凝土的施工、模板的加固（使用带止水铜片的对拉螺杆等）以及施工缝的处理等也应在施工图文件中有所提及。
当然，即便设计单位在施工图阶段对裂缝进行了全面考虑。但也并不意味着能够完全避免混凝土的开裂。在多数情况下，混凝土的开裂往往发生在施工阶段，毕竟在施工过程中无法保证每一道工序都标准、规范。因此，为有效控制混凝土裂缝，更加需要施工单位的高度重视。
（1）混凝土的性能在很大程度上取决于原材料的质量，施工单位应该重视混凝土原材料的把控。
用于生产混凝土的砂、石等粗细骨料应保证级配良好；对于胶凝材料，宜采用水化热较低的水泥，不宜采用早强水泥，以防止混凝土凝结硬化早起温度上升太大。在符合要求的前提下，混凝土的坍落度不宜太高，混凝土的配合比应保证其具有良好的流动性与和易性。
（2）混凝土内部的温度与其表面温度的温差是导致混凝土产生温度裂缝的主要原因。施工过程中，应采取措施，尽可能减小内外温差：
一、尽量缩短混凝土的运输时间、从搅拌到浇筑的时间，以及从浇筑到养护的时间，应严格以混凝土的初凝时间或终凝时间来控制每一道工序。
二、应降低混凝土的浇筑温度，施工现场设置遮阳棚、泵管覆盖湿麻袋，防止暴晒，监控记录混凝土的入模温度等。对于大体积混凝土，需要测控混凝土内部中心温度，必要时可采取加冰搅拌措施，或埋设冷却管。
（3）当构件不在同一标高时，宜分开浇筑，并在施工缝处预埋止水钢板，防止在构件的联结部位因受力方向不同产生裂缝。
（4）混凝土的养护应规范、正确。混凝土浇筑完成后，应及时对暴露在大气中的混凝土表面进行潮湿养护。
混凝土中掺入矿渣粉或粉煤灰时，对养护条件的要求更为苛刻。只有充分养护才能发挥掺合料的作用，否则容易造成混凝土表面的严重碳化。
四、结语
混凝土结构使用愈加广泛，需要设计单位、施工单位共同努力，才能做到对混凝土裂缝的有效控制，保证结构的安全性、耐久性及使用性。
参考文献：
[1]钢筋混凝土裂缝机理与控制措施，陈肇元，崔京浩，朱金铨，安明喆，俞哲夫 工程力学
[2]Causes，Evaluation，and Repair of Cracks in Concrete Structures，American Concrete Institute