钢筋砼结构变形裂缝的成因及其控制

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摘 要：钢筋混凝土结构的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题，文章对钢筋混凝土工程中常见因的变形作用引起的裂缝问题进行了分析，并针对具体情况提出了一些控制措施。

　　关键词：钢筋混凝土结构；裂缝；原因分析；控制

　　在钢筋砼结构领域，存在着一个相当普遍的质量问题就是结构的裂缝问题。由于结构在外荷载作用下的破坏和倒塌都是从裂缝扩展开始的，因此人们对裂缝隙往往产生一种建筑破坏的恐惧感。混凝土是粗集料、细集料、水泥、石、水和气体所组成的非均质堆聚结构，在成型后随温度、湿度等环境条件的影响会形成肉眼看不到的微裂缝。由于混凝土的组成材料和微观构造不同以及受环境影响的不同，混凝土产生裂缝的原因很复杂。钢筋砼结构的裂缝是不可避免的，但其有害程度却是可以控制的，有害与无害的界限由结构的使用功能决定，裂缝控制的主要方法是通过设计、施工、材料等方面综合技术措施将裂缝控制在无害范围内的。目前世界各国的规定不完全一致，但大致相同。如从结构耐久性要求、承载力要求及正常使用要求，最严格的允许裂缝宽度为0.1mm。近年来，许多国家已根据大量试验与泵送混凝土的经验将其放宽到0.2mm。当结构所处的环境正常，保护层厚度满足设计要求，无侵蚀介质，钢筋混凝土裂缝宽度可放宽至0.4mm；在湿气及土中为0.3mm；在海水及干湿交替中为0.15mm。

　　现我就个人在工程实践中所遇到的情况进行分析钢筋混凝土变形作用引起裂缝的原因，并提出应如何进行裂缝控制的相关措施。

　　一、变形裂缝的成因分析

　　（一）温度裂缝

　　水泥水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出50.2J的热量，如果以水泥用量350～550kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500～27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升高，通常在浇筑温度的基础上升高35℃左右。对大体积混凝土施工时应对其内部温度进行跟踪测定，因为水泥水化热在1～3天可放出热量的50%，由于热量的传递、积存，混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后3～5天，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，所以混凝土中心温度低，形成温度梯形，产生温度变形和温度应力。当这种温度应力超过混凝土的内外约束力（包括混凝土抗拉强度）时，就会产生裂缝。这种裂缝一般出现在混泥土浇筑后的3～5天，初期出现的裂缝很细，随着时间的推移而继续扩大，甚至达到贯穿的情况。

　　（二）沉陷（塑性）收缩裂缝

　　这种裂缝产生的原因是流动性过大和流动性不足以及不均匀，在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够，当混凝土沉陷时受到钢筋、模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇筑后1～3h出现，裂缝的深度通常达到钢筋上表面。

　　（三）干缩裂缝

　　干燥收缩的主要原因是水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。混凝土的干燥收缩由于集料的干燥收缩很小，因此主要是由于水泥石干燥收缩造成的。混凝土的水分蒸发、干燥过程是由外向内、由表及里，逐渐发展的，由于混凝土蒸发干燥非常缓慢，产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上，有时甚至一年半载，而且裂缝发生在表层很浅的位置，裂缝细微。但是应当特别注意，由于碳化和钢筋锈蚀的作用，干缩裂缝不仅严重损害薄壁结构的抗渗性和耐久性，也会使大体积的混凝土的表面裂缝发展为更严重的裂缝，影响结构的耐久性和承载能力。

　　二、对钢筋混凝土结构变形作用引起的裂缝可采取的控制措施

　　（一）温度裂缝的控制措施

　　混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。因此控制大体积混凝土温度裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温差。

　　1．宜选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸水泥，充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。大量试验研究和实践表明，每m3混凝土的水泥用量增减10kg，其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低1℃。

　　2．掺加粉煤灰和外加剂。在满足强度等设计指标要求的情况下，掺加原状或磨细粉煤灰，可以降低混凝土中水化热，减少绝热条件下的温升，提高混凝土的后期强度及抗裂能力，效果非常显著。试验表明：掺加20%粉煤灰的水泥混凝土，其温升和水化热约为未掺粉煤灰的水泥混凝土的80%。外加剂由于其减水作用和分散作用，在降低用水量和提高强度的同时，还可以降低水化热，推迟放热峰出现的时间，从而减少温度裂缝发生的可能性。

　　3．控制混凝土出机温度和浇筑温度。最有效的办法是降低石子温度，混凝土中石子比热最小，但每m3混凝土中石子所占重量最大。在气温较高时，为了防止太阳直接照射，可以在砂石堆场搭设简易遮阳棚，必要时可向集料喷淋雾状水，或者在使用前用冷水冲洗集料。

　　4．改进振捣工艺和养护工艺。对已浇筑的混凝土，在终凝前进行二次振捣，可排除混凝土因泌水在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。

　　混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件下，是一个十分重要和关键的工作。养护条件对混凝土的收缩影响很大，养护14天的收缩比养护3天的收缩降低约20%。环境相对湿度越低，风速越大，收缩越大，高空浇灌容易引起开裂，如高架桥梁及桥墩。同时在潮湿的条件下，可使水泥水化充分、完全，从而提高混凝土的抗拉强度。

　　（二）沉陷（塑性）收缩裂缝的控制措施

　　1．要严格控制混凝土单位用水量在170kg/ m3以下，水灰比在0.6以下，在满足浇筑要求时，尽可减少坍落度。

　　2．混凝土搅拌时间适当，过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷。

　　3．混凝土浇筑时，下料不宜太快，防止堆积或振捣不充分。

　　4．在炎热的夏季和大风天气，为防止水分激烈蒸发，形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝，应采取措施缓凝和覆盖。

　　5．遵循“精料供应”的原则，混凝土中的较大含泥量及其它杂质可以明显地降低混凝土的抗拉性能，有的混凝土骨料中混入有害膨胀物引起混凝土的崩裂。

　　（三）干缩裂缝的控制措施

　　原则，混凝土中的较大含泥量及其它杂质可以明显地降低混凝土的抗拉性能，有的混凝土骨料中混入有害膨胀物引起混凝土的崩裂。

　　（三）干缩裂缝的控制措施

　　1．从减少收缩的角度出发，宜采用中低水泥和粉煤灰水泥。不同水泥混凝土的干

　　干燥收缩按其大小顺序排列为：矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。

　　2．严格控制单方混凝土用水量。混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大，在同一水泥用量条件下，混凝土的干燥收缩和用水量成正比，成直线关系；当水泥用量较高的条件下，混凝土的干燥收缩随用水量的增加而急剧增大。综合水泥用量和用水量来说，水灰比越大，干燥收缩越大。

　　3．合理使用“双掺”技术。为降低用水量，掺加适当数量干燥收缩小的、减水率高、分散性好的外加剂是非常必要的。矿渣、硅藻土、火山灰等粉状掺合料，一般都会增大混凝土的干燥收缩。但是质量良好，含有大量球状颗粒的一级粉煤灰，由于内比表面积小，需水量少，却能降低混凝土的干燥收缩值。

　　4．掺加膨胀剂补偿收缩。在地下室和防水工程中，掺加入适量的膨胀剂可以起到收缩补偿作用，有利于防止裂缝。但一定要严格控制掺量保证混凝土有足够的强度，否则混凝土会肿胀和开裂。

　　5．养护时间和方法。混凝土浇筑面受到风吹日晒，表面干燥过快，产生较大的收缩，受内部混凝土的约束，在表面产生拉应力而开裂。必须在混凝土终凝之前进行早期保温、保湿养护。

　　6．合理配置构造钢筋、重视施工质量。混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用，但与配筋率的高低有关。构造钢筋细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸。有些桥梁工程的桥墩由于施工质量及过大的坍落度，形成了中部骨料多，外部或表面砂浆厚，从而形成极不均匀的收缩，砂浆和水泥浆的收缩比混凝土的收缩约增加2～5倍。

　　三、结论

　　变形作用引起的钢筋混凝土裂缝是钢筋混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑结构的抗渗能力，影响建筑结构的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑结构的承载能力，因此要对钢筋混凝土变形作用引起的裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的控制措施来预防裂缝的出现、发展。

　　笔者在参加广西河池（水任）至南宁高速公路第六合同段、广西南宁（坛洛）至百色高速公路第六合同段结构物施工、桥梁施工、水泥混凝土路面施工、钢筋混凝土结构物预制工程实践过程中，通过对钢筋混凝土结构变形作用引起的裂缝的原因分析，采取了相应有效的控制措施，有效地把裂缝控制在规范要求的范围内，取得了良好的效果。