3.3 收缩龟裂的成因与预防

收缩龟裂的成因包括：塑性凝缩、养护期失水收缩、温度收缩和碳化收缩。这4种收缩的机理已经在第2章中介绍了，形成裂缝的原理是，混凝土表面因以上4种原因收缩，但混凝土内部没有收缩。如此，不收缩的内部对收缩的表皮形成约束，不让表皮自由收缩，由此产生了拉应力。当应力大于混凝土抗拉强度时，就产生了裂缝。

3.3.1 塑性凝缩

1.塑性凝缩裂缝

混凝土塑性凝缩发生在混凝土浇筑3~12h以内，即水泥与水激烈水化反应阶段出现的体积收缩。

在养护好的情况下，塑性凝缩一般不会导致裂缝。养护不好的混凝土则会出现裂缝。

塑性凝缩裂缝的形态是龟裂。脱模时即可发现。或者说，如果脱模时未发现混凝土表面有龟裂现象，后来才出现龟裂，则可排除塑性凝缩原因。

2.影响塑性凝缩的因素

混凝土塑性凝缩是必然发生的。下面这些因素对混凝土凝缩率的大小有不同的影响：

1）使用收缩率大的水泥，混凝土的塑性凝缩收缩率也大。

2）使用高强度等级水泥的混凝土的塑性凝缩收缩率比使用低强度等级水泥的混凝土要大。

3）混凝土中水泥含量大会增加塑性凝缩收缩。

4）水灰比大的混凝土塑性凝缩收缩率大。

5）粗骨料比例小的混凝土塑性凝缩收缩率大。

6）使用保水性差的外掺剂，塑性凝缩收缩率大。

7）掺加保水性好的细掺合料（如粉煤灰等）会降低塑性凝缩收缩率。

8）混凝土浆料搅拌时间过长或入模过快会增加塑性凝缩收缩率。

9）高频振捣器振捣的混凝土密实度好，会减少塑性凝缩收缩率。

10）GRC采用滚压方式密实，塑性凝缩收缩率较大。

3.降低塑性凝缩率的措施

降低混凝土塑性收缩率可以减少或避免出现塑性收缩裂缝，具体措施如下：

（1）混凝土配比设计

1）在保证混凝土强度的前提下，宜控制混凝土水泥含量。但在寒冷潮湿地区，需要权衡降低塑性凝缩与混凝土抗冻融性能的矛盾，因为水泥含量大对混凝土抗冻融性能有利。

2）在保证混凝土浆料和易性的前提下，尽可能降低水灰比，但水灰比宜错开0.4上下区间；因为水灰比0.4时，对碳化反应不利。

3）粗骨料比例大对降低塑性凝缩有利，对抗冻融性能不利，需要权衡。

4）使用保水性好的外加剂。

5）掺加粉煤灰等掺合料。

6）天气炎热时，宜掺加缓凝剂。

（2）材料选用

1）选用收缩率小的水泥。

2）在保证混凝土强度的前提下，宜选用低强度等级水泥。

（3）混凝土搅拌 避免混凝土浆料搅拌超时。

（4）混凝土浇筑

1）避免混凝土浆料入模过快。

2）浇筑混凝土时气温过低，宜加温水和骨料，或对浇筑区域进行局部围挡。

3）采用高频振捣器振捣，提高混凝土密实度。振捣时间以5~15s/次为宜。

4）浇筑1~2h后进行二次振捣，浇筑表面应压实。

（5）GRC滚压 GRC浆料用喷射法或预混法入模后，应滚压密实。

3.3.2 养护期失水收缩龟裂

养护期混凝土失水产生收缩龟裂是常见现象。

1.养护期失水收缩裂缝特征

养护期混凝土表面失水，受到未失水的混凝土内部约束，由此产生收缩裂缝，其主要特征是：

1）裂缝形状为龟裂。

2）混凝土表面有因失水而未水化的水泥“浮灰”。

3）混凝土表面强度低，发“糠”。

2.养护期失水收缩裂缝出现时间

养护期收缩裂缝出现时间有如下几种情况：

1）蒸汽养护温度升高了，却未保证湿度，混凝土养护期间严重失水，脱模时或脱模后不久即出现裂缝。

2）模具吸水，导致混凝土表面水化不充分，脱模时或脱模后不久即出现裂缝。

3）自然养护时环境干燥，未浇水保证湿度，或养护时间不够，混凝土水化不充分，养护后期或养护期结束不久即出现裂缝。

4）蒸汽养护后未持续进行保持温度和湿度的后续养护，混凝土表面被晒干或风干，养护后期出现裂缝。

5）蒸汽养护的构件脱模后很快出现龟裂，也可能与急剧降温有关。

无论是工地现浇还是工厂预制，混凝土脱模时没有裂缝，之后不久出现龟裂，大概率是早期失水过快过多所致，属非正常的裂缝。

3.养护期失水原因

养护期失水原因包括：

1）浇筑表面，特别是水平浇筑的板式构件表面，因蒸发失水。

2）模板吸水。

3）脱模后混凝土因风干、晒干失水。

4）自然养护环境温度过高导致快速失水。

5）蒸汽养护窑温度高湿度低导致失水。

6）蒸汽养护急剧升温或急剧降温。

4.影响干燥收缩的要素

混凝土有潮湿膨胀干燥收缩的特性，即使养护期没有出现失水收缩，在以后的服役期间，受环境湿度变化的影响，也会出现干燥收缩，干燥收缩被约束就会形成龟裂或条形裂缝。所以，需要了解影响混凝土干燥收缩的因素，以便做出防范。

影响混凝土干燥收缩的因素包括：

1）混凝土水泥含量与收缩率成正比，水泥越多，收缩率越高。

2）水灰比与收缩率成正比，且影响较大，水灰比越高，收缩率越高。

3）普通硅酸盐水泥、低热水泥收缩率较低。

4）水泥强度等级与收缩率成正比，强度等级越高，收缩率越高。

5）粗骨料含量与收缩率成反比。

6）振捣密实度与收缩率成反比，混凝土越密实，收缩率越低。

5.避免养护期失水收缩的措施

养护期失水收缩导致的裂缝完全可以避免，预防的关键是不能失水，具体措施包括：

1）使用吸水性强的木模竹模时，应在模板表面涂憎水性涂料。

2）混凝土浇筑后，浇筑面宜覆盖塑料薄膜保水。

3）现场混凝土脱模后须保湿养护。

4）混凝土自然养护应以保持表面潮湿为准，而不是一天浇几次水。

5）工地可设置移动式自动喷淋养护系统，让自控系统代替“责任心”。

6）预制构件入窑蒸汽养护，必须有窑内湿度检测和自动调控系统。

7）预制构件在固定模台蒸汽养护时，构件覆盖必须有防水塑料膜层。

8）蒸汽养护严禁急剧升温或急剧降温，具体要求见第15章。

9）预制构件脱模后必须继续进行保湿养护，构件堆放场应设置喷淋系统。

6.降低混凝土干燥收缩率的措施

降低混凝土干燥收缩率的措施包括：

（1）配合比

1）在保证混凝土强度的前提下，降低水泥含量。

2）尽可能采用低水灰比。

3）宜提高粗骨料含量。

4）掺加粉煤灰或磨细矿渣等掺合料。

5）添加引气剂。

（2）材料

1）使用低收缩率水泥。

2）谨慎使用高强度等级水泥。

3）采用质地硬的粗骨料。

（3）浇筑与养护

1）混凝土施工中应注意振捣密实。

2）必须做好混凝土龄期的养护。

3.3.3 温度收缩裂缝（龟裂）

混凝土温度收缩产生裂缝的机理见第2章2.2.5节。

温度收缩裂缝既有龟裂，也有条形裂缝。本小节介绍因温度收缩而产生的龟裂。温度收缩产生的各种条形裂缝在第7~11章中介绍。

温度收缩产生的龟裂在现浇混凝土中较少出现，多发生在预制构件蒸汽养护后，因养护温度较高或急速降温所致。当混凝土表皮因急速降温出现收缩时，内部混凝土降温速度慢，没有同步收缩，如此对混凝土表皮收缩形成了约束，导致裂缝发生（图3-1）。

避免混凝土温度收缩裂缝的主要措施包括：

1）蒸汽养护严格按照“静停—升温—恒温—降温”流程，避免从蒸汽窑未经降温直接出窑，详见第15章。

2）蒸汽养护温度宜在40 ~50℃之间，不宜高于50℃。

3）北方冬季，刚出蒸汽养护窑的构件不能直接放到室外。混凝土表面遇冷急剧收缩很容易产生裂缝。

4）蒸汽养护构件脱模时强度仅仅达到15MPa，水化反应尚未完成，在室外存放时应继续浇水养护保持湿度，直至强度达到设计强度（同等条件养护试块，或用回弹仪测量）。要防止构件被晒干、风干，特别是夏季要防止暴晒。

3.3.4 碳化收缩裂缝

1.碳化收缩裂缝特征

混凝土碳化反应会形成两种危害。第一个也是最主要的危害，是引起钢筋锈蚀，将在第6章中详加讨论。第二个危害是碳化收缩导致的龟裂，本小节讨论。

混凝土碳化反应收缩机理在第2章2.2.6节已经介绍。混凝土表面发生碳化收缩，而内部混凝土没有碳化，没有同步收缩，对表皮收缩的混凝土形成约束，导致裂缝发生。

碳化收缩裂缝的形态是龟裂。

混凝土早期碱性较高，pH值为12.5，如果在裂缝处测试混凝土pH值低于12.5，即表明发生了碳化反应。碳化反应可使pH值降到8.5。

碳化反应是缓慢的过程，碳化收缩龟裂一般在混凝土浇筑几年甚至几十年后才出现。

2.影响碳化反应的因素

碳化反应的环境因素在第2章2.2.6节已介绍了，混凝土材质对碳化的影响因素包括：

1）水灰比，相同条件下，混凝土碳化深度与水灰比成正比。水灰比0.6的混凝土的碳化深度是水灰比0.4的混凝土的一倍。水灰比0.8的混凝土的碳化深度是水灰比0.4的混凝土的3倍。

2）碳化与混凝土密实度有关，显而易见，密实的混凝土空气渗透慢。

3）保护层厚度小，缩短了碳化反应的路径。

4）养护好坏对碳化反应影响较大，养护不好的混凝土密实度差，空气渗透就快。

5）碳化与混凝土强度等级有关，混凝土强度低等级，碳化发生得快。

6）碳化与水泥品种有关，硅酸盐水泥好于矿渣水泥和火山灰水泥。

7）碳化与混凝土中水泥用量有关，水泥用量大，碳化反应弱。

8）加引起剂有助于减弱碳化反应。

9）掺加大量（如水泥重量的40%）粗颗粒粉煤灰会加深碳化，一方面粉煤灰在水化过程中吸收Ca（OH）₂，弱化碱性；另一方面粗掺合料形成的孔隙多，空气易扩散。如果掺加少量细粉煤灰则不会加深碳化。

10）相同条件下，表面有保护涂料的混凝土，碳化深度是无保护涂料混凝土的1/3。

3.弱化碳化反应的措施

从上述影响碳化反应的因素可以看出，预防碳化收缩与预防混凝土干燥收缩在水灰比、水泥品种、密实度、外加剂方面是一致的；而在混凝土强度等级、水泥用量和掺加粉煤灰方面是矛盾的。所以，采取弱化碳化反应的措施应当权衡干燥收缩反应。一般而言，如果避免了早期失水，养护得好，混凝土干燥收缩的危害特别是长期危害小于碳化反应的危害；而GRC干燥收缩的危害大于碳化反应的危害。

弱化碳化反应的措施包括：

1）配合比设计：高强度等级混凝土、低水灰比、加引气剂。

2）材料选用：用普通硅酸盐水泥。

3）混凝土浇筑：振捣密实，充分养护。

4）表面保护：喷涂具有防水性、防污染性和防碳化性的保护涂料。