目前，随着高层住宅楼的不断兴起，建筑工程中混凝土工程的体量不断增大，混凝土是当前最广泛使用的建筑结构材料之一，尤其是商品混凝土得到了广泛的使用。然而，混凝土裂缝在建筑工程中是经常出现的问题，严重影响结构的长期安全和耐久运行。如何防止裂缝产生并做好后期处理已经成为普遍头疼问题。
混凝土结构的宏观裂缝产生的原因主要有三种：
（1）由外荷载引起的裂缝，这是发生最为普遍的一种情况，即按常规计算的主要应力引起的。
（2）结构次应力引起的裂缝，这是由于结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的。
（3）变形应力引起的裂缝，这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形，当变形受到约束时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。
当混凝土结构物产生变形时，在结构的内部，结构与结构之间，都会受到相互影响、相互制约，这种现象称为约束。当混凝土结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起内部不同部位的变形相互约束，这样的约束称之为内约束；当一个结构物的变形受到其他结构的阻碍所受到的约束称为外约束。建筑工程中的大体积混凝土结构所承受的变形，主要是温差和收缩而产生的。
建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面厚大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热不易散发，内部温度显著增高，外表散热快，形成较大的温度变化，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因［。这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成了温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起表面裂缝。贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝，这两种裂缝都属有害裂缝。
控制混凝土裂缝的措施：为了有效地控制有害裂缝的出现和发展，必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减少混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计结构等方面全面考虑，结合实际采取措施。
（一）降低水泥水化热
（1）优先选用低水化热或中水化热的水泥品种配置混凝土，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、复合水泥等。大体积混凝土施工所用水泥其3d的水化热不宜大于240kj/kg，7d的水化热不宜大于270kj/kg。
（2）充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。根据试验每增减10kg水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。
（3）细骨料采用中砂，粗骨料使用粒径5～31.5mm连续级配，尽量选用粒径较大、级配良好的粗骨料；控制砂石含泥量；掺加粉煤灰等掺合料以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。
（4）在基础内部预埋冷却水管，通入循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。
（5）在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中，为了减少混凝土的用量，可在混凝土中掺加15%～20%（体积比）、粒径不超过300mm的毛石，以达到节省水泥和降低水化热的目的。
（6）在拌合混凝土时，还可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。施工时宜采用整体分层连续浇筑施工或推移式连续浇筑施工。大体积混凝土的浇筑厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土和易性确定，整体连续浇筑时宜为300-500mm。整体分层连续浇筑或推移式连续浇筑，应缩短时间，并在前层混凝土初凝之前将次层混凝土浇筑完毕。层间最长的间歇时间不应大于混凝土的初凝时间。混凝土的初凝时间应通过实验确定。当层间间隔时间超过混凝土的初凝时间时，层面应按照施工缝处理。混凝土浇筑宜从低处开始，沿着长边方向自一端向另一端进行。当混凝土供应量有保证时，亦可以多点同时浇筑。混凝土宜采用二次振捣工艺。
（7）设置后浇缝。当大体积混凝土平面尺寸过大时，取得设计单位同意后可分块浇筑，块和块之间设置1m宽后浇带，以减少外应力和温度应力；同时也有利于散热，降低混凝土地内部温度。
（二）降低混凝土温度差
（1）选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑混凝土，夏季可采用低温水搅拌混凝土，可对骨料晒冷水，运输工具也应搭设遮阳设施，养护时用循环水冷却。
（2）掺加相应的缓凝型、减水剂。
（3）在混凝土入模时，可加强通风，加速模内热量的散发。
（三）控制施工中的温度
（1）在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，减低温度应力。夏季应避免暴晒，注意保湿；冬季应保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度应力。
（2）采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，发挥凝土的“应力松弛效应”。
（3）加强温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，已防止表面开裂；控制混凝土冷却过程中的总温差和降温速度，以防止基底开裂。混凝土浇筑体的入模温度不宜大于30℃，最大温升值不宜大于50℃；混凝土浇筑块体的里表温差（不含混凝土收缩的当量温度）不宜大于25℃；混凝土浇筑块体的降温速率不宜大于20℃/d；混凝土浇筑块体的表面温度与大气温差不宜大于20℃。大体积混凝土施工前，应做好各项施工前的准备工作，并与当地气象台、站联系，掌握近期气象情况。必要时，应增添相应的技术措施，在冬期施工时，尚应符合国家现行有关混凝土冬期施工的标准。大体积混凝土浇筑体里表温差、降温速率及环境温度及温度应变的测试，在混凝土浇筑后1～4d，每4h不应少于1次；5～7d，每8h不应少于1次；7天后，每12h不应少于1次，直至测温结束。(www.xing528.com)
（4）采取分层或分块浇筑大体积混凝土（跳仓最大的分块尺寸不宜大于40m，间隔施工的时间不宜小于7d，跳仓接缝处按照施工缝的要求设置和处理），合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置后浇带，以放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，防止水化热的集聚，减少温度应力。
（四）提高混凝土的极限拉伸强度
（1）选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，减小收缩变形，保证施工质量。
（2）采取先向搅拌筒内加水和水泥，之后再加石子和砂的二次投料法，可改善混凝土性能，提高混凝土强度同时节约水泥，浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高混凝土早期的抗拉强度。
（3）在大体积混凝土基础内设置必要的温度配筋，在截面突变和转折处，底顶板与墙转折处，孔洞转角及周边，增加斜向构造配筋，以改善应力集中，防止裂缝出现。
经过以上的分析可以看出，大体积混凝土有自己的特性，采取有效的、合理的、科学的手段是可以避免混凝土裂缝的发生。只要我们在实际的施工过程中，严格执行设计和施工验收规范以及施工操作规程，大体积混凝土裂缝问题是可以解决的。关于混凝土中钢筋的腐蚀机理及其影响因素在之前已有详细阐述和分析，下面仅就加入CCCW材料后对钢筋的防护机理进行分析。
由于CCCW材料中的活性化学物质逐步渗入到混凝土结构的毛细孔中，与游离的氢氧化钙、水汽反应形成不溶的结晶体（通常可增长到0.4mm，即高于混凝土中毛细管径的最大尺寸），填充封堵毛细管道和微小裂缝，提高混凝土致密性，阻止了氯离子和水等锈蚀介质进入钢筋表面，从而对钢筋形成有效保护。同时，CCCW材料还具有明显的减水作用。所以在新拌砂浆法中，钢筋试样在测试过程中的电位，迅速达到了析氧电位值而没有下降；自然电位法测量得到的试验结果也符合上述原理。从图7-19的各种条件下钢筋锈蚀结果的直接对比观察，可以清楚地发现掺CCCW、不掺碳纤维的混凝土试样内埋钢筋的锈蚀情况最好。因此，掺CCCW材料可以提高混凝土中钢筋的防锈蚀能力。
碳纤维是一种导电材料，加入混凝土中使混凝土具备了良好的导电特性。碳纤维含量越高，混凝土的导电性越高，其中的电子也越容易传导、迁移。但是电子的迁移势必会加剧钢筋的化学反应进行。所以碳纤维的加入，使混凝土的电阻系数减小，从而降低了混凝土中钢筋的耐腐蚀性。另一方面，加入碳纤维时的分散搅拌工艺会带入气泡，在混凝土中产生一定数量的气孔，致使钢筋混凝土的致密性降低。碳纤维含量越多，这种现象越严重。这使得氯离子和水等锈蚀介质可轻易地到达钢筋表面，破坏钢筋表面钝化膜，使钢筋发生锈蚀。所以在阳极极化法中，掺入碳纤维的混凝土中的阳极钢筋电位在通电后，先升高后下降，甚至基本不升高。而且碳纤维含量越高，电极电位越低，即极化程度越低，钢筋耐腐蚀性也越低在自然电位法测量中，测试结果与实际锈蚀状况完全一致，这也间接证明了本实验方法的可行性。
对于碳纤维混凝土中钢筋锈蚀问题，亦有一些学者提出了一些结论，如D.D.L.Chung认为向混凝土中掺入短切碳纤维，对混凝土中钢筋具有阴极保护作用，而其若干文献中结论则不同，这也许与具体实验条件及测试方法有关。因此，该问题今后尚可进一步研究探讨。
材料中存在可与络合的活性化学物质，当其与水混合时，能迅速分散于水中，并具有渗透结晶功能。水泥水化的主要产物硅酸三钙、硅酸二钙，在形成硅酸钙凝胶的同时，也会出现大量的六方片状的氢氧化钙晶体。硬化后的混凝土中的氢氧化钙对强度的贡献很小，并且溶于水。混凝土内部的化学活性物质可与混凝土中电离出的钙离子络合，形成溶于水的、不稳定的钙络合物。此种络合物可随水在混凝土空隙中扩散，当遇到活性较高的未水化水泥、水泥胶凝体时，活性化学物质会被更稳定的硅酸根、铝酸根等离子取代，发生结晶沉淀反应，故将氢氧化钙转化为具有一定强度的晶体合成物，填充混凝土中的裂缝和毛细孔隙。而被硅酸根、铝酸根等离子取代的活性化学物质将会重新变成自由基，对水泥中的结晶增生起到催化作用，其基本过程如图8-21所示。
图8-21 络合-沉淀反应示意图
在通常的水化过程中，由于水化硅酸钙的包裹作用，约有25%的水泥不会水化。上述反应中，由于吸收了熟石灰，水泥的水化将比平常情况下更为深入，一些未水化水泥又会继续水化，一般称之为再激活水泥。再激活水泥的水化在增加混凝土的密实性同时，还可能由于体积的增大，使凝胶出现裂纹，这使得更多的水进入未水化水泥，这一过程将产生更大体积的凝胶，如此良性循环，使得较大的毛细孔隙将变小或封闭。由于是未水化水泥的再激活，可以从整体上提高混凝土的质量，提高抗渗、耐久性能。
氯化物是破坏钢筋混凝土中钢筋的最主要因素。氯离子能加速钢筋锈蚀，己在大量工程实践中得到证实。目前对氯离子的腐蚀作用机理存在许多观点，如膜的化学溶解在膜与底层界面建立起来的“金属孔洞”在氧化铁溶液界面存在的高氯离子浓度导致局部酸化和坑蚀。虽然对氯离子的腐蚀作用机理认识尚有分歧，但总的认为是氯离子能破坏钢筋表面的钝化膜，使钢筋发生局部腐蚀。氯离子主要是通过扩散过程进入混凝土而到达钢筋表面的，其扩散过程与周围介质中氯离子浓度、混凝土的渗透性有关，也受到混凝土的毛细孔结构及孔隙被水饱和程度等因素的影响。
由于二氧化碳在具有开放一连通式微孔结构的混凝土中更容易入侵，故应正确执行混凝土施工过程中的捣实和养护操作规程，减少微孔尺寸，降低微孔连通程度，提高混凝土抗碳酸化能力。因此，选用CCCW掺和料，生成不溶于水的晶体（见图8-22），堵塞开孔、减小孔洞尺寸也可防止碳酸化诱发钢筋腐蚀。
图8-22 不加CCCW，养护28天
加入CCCW，养护28天
CCCW与水拌和可调配成刷涂或喷涂在水泥混凝土表面的浆料，亦可将其以干粉撒覆并压入未完全凝固的水泥混凝土表面。它产生的所产生的物化反应，逐步向混凝土结构内部渗透，且渗透深度会随着时间逐渐增大。所形成的结晶体不会产生老化，经此类材料处理的混凝土，即使在若干年后由于震动、沉降等原因而产生新的不规则裂缝，此类材料也会进行自我修复，其中的催化剂遇水渗入便会激活此类材料内部呈休眠状态的活性物质，从而产生新的晶体将缝隙密实，堵截渗漏水；凡是小于0.4mm的裂缝都可以填补，自我修复。不溶于水的晶体不影响混凝土的呼吸能力，它能保持混凝土结构内部的正常透气性，达到干爽、不潮且又能阻挡水分子的通过所具有抗化学物质腐蚀的能力，其耐碱程度是长期接触pH值为3～11，间接性接触pH值为2-12；具有一定的抗辐射能力，在-32～130℃的持续温度下，保持其作用混凝土通过此类材料处理后，它能够提高混凝土对钢筋的保护能力，并且防止冻融而造成的剥落、风化和其他损害。
因此，CCCW材料也是混凝土结构的一种重要的表面防护技术，可防止混凝土的环境侵蚀。当然这种高水密性、高抗渗防水性可防止水及有害介质的渗入，从而使钢筋混凝土结构具有高抗钢筋锈蚀性。
在第1章中对混凝土中钢筋的防护方法已做了综述。在钢筋混凝土结构中，钢筋和混凝土两种性质完全不同的材料需要有效的共同工作才能完成人们赋予的任务。因此，要切实解决混凝土结构或钢筋混凝土结构的腐蚀问题，不仅要继续重视混凝土中钢筋的腐蚀机理及防护措施，还应加强对混凝土的腐蚀及其防护方法的进一步研究。事实上，提高混凝土自身对钢筋的保护能力是最重要、最根本的防护原则。目前我国绝大部分混凝土工程钢筋的防护只是建筑规范设计中要求的一定厚度的混凝土保护层的方法。这种单纯的物理隔离作用是很难长期保持的，因此其保护作用也是有限的。由于混凝土材料的多孔性和施工易产生裂纹等问题，人们很难彻底解决混凝土中钢筋的腐蚀，目前为止，“附加措施”仍然是十分重要和不可缺少。美国混凝土学会ACI首推三种措施，即钢筋阻锈剂、环氧树脂涂层钢筋和阴极保护，作为通常环境下防止混凝土中钢筋锈蚀的主要方法。特别在较严酷的腐蚀环境中，单靠混凝土自身不足以实现耐久性保护，“基本措施”与“附加措施”两者的相互搭配、有机结合，才是防护措施与获得长期经济效益的最佳方案。
因此，可以预测，未来的钢筋混凝土中钢筋的防护会作为一个系统工程，综合考虑混凝土和钢筋组成的复合材料的耐腐蚀性，达到标本兼治，相得益彰，从而确保混凝土构筑物的安全可靠、长期耐用。在设计之前、预制和建造之中，必须根据相关的标准和推荐作法，通过一系列的试验，评价与优化防护措施，尽可能防止由于各种因素引起的腐蚀及其进一步扩展。为了保证钢筋混凝土结构长期的使用寿命，尤其在苛刻的环境条件下，更应当在技术和经济评价和优化的基础上，采取综合防护措施，防止钢筋混凝土结构腐蚀的产生和发展。
免责声明：以上内容源自网络，版权归原作者所有，如有侵犯您的原创版权请告知，我们将尽快删除相关内容。
