對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫成因的探討

胡子清

【摘 要】文章對鋼筋混凝土工程中常見因的變形作用引起的裂縫問題進行了分析，并針對具體情況提出了一些控制措施，值得參考。

【關(guān)鍵詞】鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；原因分析；控制

0.前言

近年來，許多國家已根據(jù)大量試驗與泵送混凝土的經(jīng)驗將其放寬到0.2mm。當(dāng)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境正常，保護層厚度滿足設(shè)計要求，無侵蝕介質(zhì)，鋼筋混凝土裂縫寬度可放寬至0.4mm；在濕氣及土中為0.3mm；在海水及干濕交替中為0.15mm。作者在工程實踐中所遇到的情況進行分析鋼筋混凝土變形作用引起裂縫的原因，并提出應(yīng)如何進行裂縫控制的相關(guān)措施。

1.變形裂縫的成因分析

1.1溫度裂縫

水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，每克水泥放出50.2kJ的熱量，如果以水泥用量350～550kg/m3來計算，每m3混凝土將放出17500～27500kJ的熱量，從而使混凝土內(nèi)部溫度升高，通常在澆筑溫度的基礎(chǔ)上升高35℃左右。對大體積混凝土施工時應(yīng)對其內(nèi)部溫度進行跟蹤測定，因為水泥水化熱在1～3天可放出熱量的50%，由于熱量的傳遞、積存，混凝土內(nèi)部的最高溫度大約發(fā)生在澆筑后3～5天，因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度低，形成溫度梯形，產(chǎn)生溫度變形和溫度應(yīng)力。當(dāng)這種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束力（包括混凝土抗拉強度）時，就會產(chǎn)生裂縫。這種裂縫一般出現(xiàn)在混泥土澆筑后的3～5天，初期出現(xiàn)的裂縫很細，隨著時間的推移而繼續(xù)擴大，甚至達到貫穿的情況。

1.2沉陷（塑性）收縮裂縫

這種裂縫產(chǎn)生的原因是流動性過大和流動性不足以及不均勻，在凝結(jié)硬化前沒有沉實或者沉實不夠，當(dāng)混凝土沉陷時受到鋼筋、模板移動、基礎(chǔ)沉陷所致。裂縫在混凝土澆筑后1～3h出現(xiàn)，裂縫的深度通常達到鋼筋上表面。

1.3干縮裂縫

干燥收縮的主要原因是水分在硬化后較長時間產(chǎn)生的水分蒸發(fā)引起的?；炷恋母稍锸湛s由于集料的干燥收縮很小，因此主要是由于水泥石干燥收縮造成的?；炷恋乃终舭l(fā)、干燥過程是由外向內(nèi)、由表及里，逐漸發(fā)展的，由于混凝土蒸發(fā)干燥非常緩慢，產(chǎn)生干燥收縮裂縫多數(shù)在一個月以上，有時甚至一年半載，而且裂縫發(fā)生在表層很淺的位置，裂縫細微。但是應(yīng)當(dāng)特別注意，由于碳化和鋼筋銹蝕的作用，干縮裂縫不僅嚴(yán)重損害薄壁結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和耐久性，也會使大體積的混凝土的表面裂縫發(fā)展為更嚴(yán)重的裂縫，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力。

2.對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)變形作用引起的裂縫可采取的控制措施

2.1溫度裂縫的控制措施

混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關(guān)?；炷猎胶?，水泥用量越大，水化熱越高的水泥，其內(nèi)部溫度越高，溫度應(yīng)力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性越大。因此控制大體積混凝土溫度裂縫最根本的措施就是控制混凝土內(nèi)部和表面的溫差。

（1）宜選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸水泥，充分利用混凝土后期強度，以減少水泥用量。大量試驗研究和實踐表明，每m3混凝土的水泥用量增減10kg，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升高或降低1℃。

（2）摻加粉煤灰和外加劑。在滿足強度等設(shè)計指標(biāo)要求的情況下，摻加原狀或磨細粉煤灰，可以降低混凝土中水化熱，減少絕熱條件下的溫升，提高混凝土的后期強度及抗裂能力，效果非常顯著。試驗表明：摻加20%粉煤灰的水泥混凝土，其溫升和水化熱約為未摻粉煤灰的水泥混凝土的80%。外加劑由于其減水作用和分散作用，在降低用水量和提高強度的同時，還可以降低水化熱，推遲放熱峰出現(xiàn)的時間，從而減少溫度裂縫發(fā)生的可能性。

（3）控制混凝土出機溫度和澆筑溫度。最有效的辦法是降低石子溫度，混凝土中石子比熱最小，但每m3混凝土中石子所占重量最大。在氣溫較高時，為了防止太陽直接照射，可以在砂石堆場搭設(shè)簡易遮陽棚，必要時可向集料噴淋霧狀水，或者在使用前用冷水沖洗集料。

（4）改進振搗工藝和養(yǎng)護工藝。對已澆筑的混凝土，在終凝前進行二次振搗，可排除混凝土因泌水在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分，提高粘結(jié)力和抗拉強度，并減少內(nèi)部裂縫與氣孔，提高抗裂性。

（5）混凝土養(yǎng)護。其主要是保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件下，是一個十分重要和關(guān)鍵的工作。養(yǎng)護條件對混凝土的收縮影響很大，養(yǎng)護14天的收縮比養(yǎng)護3天的收縮降低約20%。環(huán)境相對濕度越低，風(fēng)速越大，收縮越大，高空澆灌容易引起開裂，如高架橋梁及橋墩。同時在潮濕的條件下，可使水泥水化充分、完全，從而提高混凝土的抗拉強度。

2.2沉陷（塑性）收縮裂縫的控制措施

（1）要嚴(yán)格控制混凝土單位用水量在170kg/m3以下，水灰比在0.6以下，在滿足澆筑要求時，盡可減少坍落度。

（2）混凝土攪拌時間適當(dāng)，過短、過長都會造成拌合物均勻性變壞而增大沉陷。

（3）混凝土澆筑時，下料不宜太快，防止堆積或振搗不充分。

（4）在炎熱的夏季和大風(fēng)天氣，為防止水分激烈蒸發(fā)，形成內(nèi)外硬化不均和異常收縮引起裂縫，應(yīng)采取措施緩凝和覆蓋。

（5）遵循“精料供應(yīng)”的原則，混凝土中的較大含泥量及其它雜質(zhì)可以明顯地降低混凝土的抗拉性能，有的混凝土骨料中混入有害膨脹物引起混凝土的崩裂。

2.3干縮裂縫的控制措施

（1）從減少收縮的角度出發(fā)，宜采用中低水泥和粉煤灰水泥。不同水泥混凝土的干燥收縮按其大小順序排列為：礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、中低熱水泥和粉煤灰水泥。

（2）嚴(yán)格控制單方混凝土用水量?；炷恋母稍锸湛s受用水量的影響最大，在同一水泥用量條件下，混凝土的干燥收縮和用水量成正比，成直線關(guān)系；當(dāng)水泥用量較高的條件下，混凝土的干燥收縮隨用水量的增加而急劇增大。綜合水泥用量和用水量來說，水灰比越大，干燥收縮越大。

（3）合理使用“雙摻”技術(shù)。為降低用水量，摻加適當(dāng)數(shù)量干燥收縮小的、減水率高、分散性好的外加劑是非常必要的。礦渣、硅藻土、火山灰等粉狀摻合料，一般都會增大混凝土的干燥收縮。但是質(zhì)量良好，含有大量球狀顆粒的一級粉煤灰，由于內(nèi)比表面積小，需水量少，卻能降低混凝土的干燥收縮值。

（4）摻加膨脹劑補償收縮。在地下室和防水工程中，摻加入適量的膨脹劑可以起到收縮補償作用，有利于防止裂縫。但一定要嚴(yán)格控制摻量保證混凝土有足夠的強度，否則混凝土?xí)[脹和開裂。

（5）養(yǎng)護時間和方法?；炷翝仓媸艿斤L(fēng)吹日曬，表面干燥過快，產(chǎn)生較大的收縮，受內(nèi)部混凝土的約束，在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而開裂。必須在混凝土終凝之前進行早期保溫、保濕養(yǎng)護。

（6）合理配置構(gòu)造鋼筋、重視施工質(zhì)量。混凝土的配筋對于收縮值起一定的約束作用，但與配筋率的高低有關(guān)。構(gòu)造鋼筋細一點密一點可以提高混凝土的極限拉伸。有些橋梁工程的橋墩由于施工質(zhì)量及過大的坍落度，形成了中部骨料多，外部或表面砂漿厚，從而形成極不均勻的收縮，砂漿和水泥漿的收縮比混凝土的收縮約增加2～5倍。

3.結(jié)論

變形作用引起的鋼筋混凝土裂縫是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中普遍存在的一種現(xiàn)象，它的出現(xiàn)不僅會降低建筑結(jié)構(gòu)的抗?jié)B能力，影響建筑結(jié)構(gòu)的使用功能，而且會引起鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影響建筑結(jié)構(gòu)的承載能力，因此要對鋼筋混凝土變形作用引起的裂縫進行認真研究、區(qū)別對待，采用合理的方法進行處理，并在施工中采取各種有效的控制措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)、發(fā)展。