淺析鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫成因及控制

沈 偉 高興巖 候召松

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)用于土木工程的各個領(lǐng)域，但混凝土材料擁有自身缺陷。由于混凝土抗拉強度低、延性差，在使用中由于荷載或其他因素會導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。如果這些裂縫過寬、過多、或過深，不僅會使混凝土中鋼筋外露，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，加快結(jié)構(gòu)破壞速度，而且還會影響結(jié)構(gòu)美觀。因此，為了減小裂縫和變形對結(jié)構(gòu)的使用性、耐久性和安全性的影響，在設(shè)計和施工過程中應(yīng)充分認(rèn)識鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因、控制方法，將裂縫寬度和變形控制在允許的范圍內(nèi)。

1 產(chǎn)生裂縫的原因

1.1 荷載作用裂縫

荷載產(chǎn)生的裂縫也稱結(jié)構(gòu)性裂縫，荷載引起的裂縫是設(shè)計中應(yīng)該考慮的裂縫。

1)抗彎裂縫。梁、懸臂梁、樓板等構(gòu)件，在其受彎矩較大的地方，受拉的一側(cè)會產(chǎn)生裂縫。

2)抗壓裂縫。軸心受壓短柱的裂縫首先出現(xiàn)細(xì)微裂縫，不斷擴展出現(xiàn)細(xì)小的縱向裂縫，在臨近破壞時，這些縱向裂縫相互貫通，外層混凝土剝落，并逐漸向內(nèi)發(fā)展;軸心受壓長柱的裂縫在受壓側(cè)最先出現(xiàn)數(shù)條縱向裂縫，隨后混凝土被壓碎?？v筋壓曲向外鼓出，使這一側(cè)混凝土受拉，出現(xiàn)垂直于柱的縱軸橫向裂縫;偏心受壓柱會在受拉區(qū)首先產(chǎn)生橫向裂縫并不斷向內(nèi)部擴展，臨近破壞時，主裂縫明顯開展，而后受壓區(qū)出現(xiàn)縱向裂縫。

3)抗剪切裂縫。鋼筋混凝土在其剪力和彎矩共同作用下的彎剪區(qū)段內(nèi)將產(chǎn)生斜裂縫。斜裂縫主要有兩類:腹剪斜裂縫和彎剪斜裂縫。腹剪斜裂縫中間寬兩頭細(xì)，呈棗核形。彎剪斜裂縫是最常見的，起初出現(xiàn)一些較短的垂直裂縫，然后擴展成斜裂縫，向受力點方向發(fā)展，這種裂縫上細(xì)下寬。

4)抗扭裂縫。裂縫多與截面呈 45°角，并以螺旋形向相鄰截面延伸。

1.2 非荷載作用裂縫

1)塑性收縮裂縫?；炷翝仓瓿珊蟛痪?，由于混凝土表面水分的蒸發(fā)速度超過泌水速度時，就容易產(chǎn)生這種形式的裂縫。當(dāng)水泥漿量大、水泥細(xì)度大、水灰比低和初期養(yǎng)護時間短時，混凝土易產(chǎn)生塑性收縮裂縫。

2)溫度裂縫?；炷劣不陂g水泥放出大量的水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期在溫度降低過程中由于受到基礎(chǔ)或老混凝土的約束，又會在水泥內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時，即出現(xiàn)裂縫[1]。

3)塑性沉降裂縫。由于重力作用，骨料下沉，會使混凝土表面泌水，如果混凝土的沉陷受到鋼筋限制，就會產(chǎn)生此裂縫。

4)干縮裂縫。干縮是混凝土出現(xiàn)裂縫的一個重要原因，由于混凝土硬化，混凝土中水分散失，體積收縮，當(dāng)收縮受到限制時，混凝土中將產(chǎn)生拉應(yīng)力，這種拉應(yīng)力會產(chǎn)生裂縫。干縮裂縫常出現(xiàn)在垂直于拉應(yīng)力方向。

5)鋼筋銹蝕裂縫。混凝土內(nèi)部環(huán)境對鋼筋起保護作用，當(dāng)混凝土處于腐蝕的環(huán)境作用下，由于保護層厚度有限，振搗不密實時，外界腐蝕物質(zhì)進入混凝土，使混凝土堿度降低，引起鋼筋銹蝕。鋼筋銹蝕后體積膨脹，使混凝土產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重時混凝土保護層成片剝落。

2 裂縫的控制

2.1 裂縫控制的含義

混凝土裂縫控制首要含義是混凝土微觀裂縫演化的全過程控制，包括微觀裂縫的產(chǎn)生控制、微觀裂縫的演化過程控制和微觀裂縫演化結(jié)果控制。裂縫控制的另一層含義是構(gòu)件開裂程度的控制，包括裂縫寬度控制、裂縫數(shù)量和長度控制、裂縫分布和穩(wěn)定性控制。這也是混凝土微觀裂縫演化全過程控制的最終目的和結(jié)果[2]。

2.2 裂縫控制的措施

2.2.1 設(shè)計構(gòu)造方面

在進行結(jié)構(gòu)設(shè)計時，應(yīng)嚴(yán)格遵循設(shè)計規(guī)范要求，充分考慮施加在結(jié)構(gòu)上的荷載及其產(chǎn)生的附加應(yīng)力，合理配置鋼筋及保護層厚度。具體方法有[3]:1)在普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，不宜采用高強鋼筋。否則，在使用階段荷載作用下，結(jié)構(gòu)中鋼筋應(yīng)力會較高，導(dǎo)致裂縫過寬，無法滿足正常使用要求;2)帶肋鋼筋的粘結(jié)強度較光面鋼筋大得多，因此采用帶肋鋼筋是減小裂縫寬度的有效措施;3)采用小直徑鋼筋，因表面積大而使粘結(jié)力增大，可使裂縫間距和裂縫寬度減小。因此，只要施工方便，應(yīng)盡可能選用較細(xì)直徑的鋼筋;4)混凝土保護層越厚，裂縫寬度越大，因此從維護建筑外觀出發(fā)不宜采用過厚保護層。但保護層越厚，混凝土越密實，鋼筋越不宜被銹蝕，所以從防止鋼筋銹蝕角度出發(fā)，保護層宜適當(dāng)加厚;5)解決裂縫寬度問題的最有效的方法是采用預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，它可以使構(gòu)件減小裂縫或不出現(xiàn)裂縫。

2.2.2 選材方面

1)水泥。一般來說，水泥品種優(yōu)選次序是硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥。選擇品種時應(yīng)充分了解各種水泥特性，同時水泥強度應(yīng)與配制的混凝土等級相適應(yīng)。為防止混凝土早期開裂，在保證混凝土強度前提下，盡量少放水泥;2)細(xì)骨料。細(xì)骨料應(yīng)采用級配良好、質(zhì)地堅硬、含泥量小的砂子。用砂應(yīng)同時考慮細(xì)度模數(shù)和級配兩項指標(biāo)。必要時應(yīng)清洗有害雜質(zhì)和進行堿活性檢測，使裂縫產(chǎn)生幾率降至最低;3)粗骨料。粗骨料應(yīng)具有足夠的強度。采用連續(xù)粒級可以使混凝土和易性較好，不易產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象，必要時應(yīng)進行堿活性檢測;4)外加劑?？梢赃x擇使用膨脹劑和減縮劑。膨脹劑可以補償混凝土自身收縮、干縮和溫度變形，提高混凝土密實性。減縮劑可以減小自收縮，具有防裂功能;5)拌合用水。優(yōu)選生活飲用水，如選用其他水源，必須按國家規(guī)定檢測水質(zhì)，合格后方能使用。

2.2.3 施工方面

1)坍落度控制。坍落度影響混凝土均勻性。為保證混凝土均勻性，應(yīng)隨時測定混凝土坍落度，嚴(yán)格控制坍落度上限，以防止混凝土產(chǎn)生裂縫。

2)澆筑厚度控制。對于大體積混凝土的澆筑應(yīng)采用分層澆筑的方法。每次澆筑不宜太厚，以保證振搗密實和混凝土的均勻性，同時在澆筑混凝土?xí)r產(chǎn)生的大量熱量有足夠時間釋放出來。

3)混凝土入模時，應(yīng)進行充分的振搗，使混凝土充滿模板，特別是有棱角處和鋼筋交叉鋪設(shè)密集的地方，排出氣泡，從而獲得最大的密實度。為防止裂縫產(chǎn)生，可在初凝前進行二次振搗。

4)模板控制。選用模板時，模板表面應(yīng)光滑，吸水性小，干凈無雜物，同時模板和支架應(yīng)滿足必要的強度要求。支模板時可在模板上鋪設(shè)塑料膜，防止水分泥漿漏掉，以減少裂縫產(chǎn)生的幾率。拆模板時混凝土強度應(yīng)符合設(shè)計要求，同時應(yīng)小心謹(jǐn)慎，防止構(gòu)件掉棱壞角。

5)混凝土內(nèi)全部鋼筋必須準(zhǔn)確定位，同時應(yīng)避免澆筑時人為導(dǎo)致鋼筋錯位。

6)養(yǎng)護控制?；炷脸跄两K凝間應(yīng)覆蓋塑料膜或草墊，并派專人看護，構(gòu)件表面缺水時，應(yīng)及時噴水，以達(dá)到養(yǎng)護要求，防止產(chǎn)生裂縫。

7)施工管理控制。為保證澆筑質(zhì)量，應(yīng)加強施工管理，落實施工質(zhì)量責(zé)任制，對施工人員講清裂縫控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)、關(guān)鍵部位，出現(xiàn)施工質(zhì)量問題應(yīng)及時調(diào)整。

3 結(jié)語

影響混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，各種因素相互作用，所以防治裂縫就必須從設(shè)計、選材和施工等各方面加以控制，將裂縫問題控制在允許的“度”之內(nèi)，使結(jié)構(gòu)滿足可靠性的要求。因此，了解混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成原因、控制方法，有助于減少混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生，這樣可以充分利用混凝土結(jié)構(gòu)，為今后混凝土應(yīng)用領(lǐng)域的擴展，提供有效的指導(dǎo)作用，使該結(jié)構(gòu)更好的造福于人。

[1] 崔玲翠.談?wù)劵炷亮芽p的成因與控制措施[J].山西建筑，2006，32(12):121-122.

[2] 張 雄，張小偉，李旭峰.混凝土結(jié)構(gòu)裂縫防治技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3] 李曉文.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社，2009.