鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制研究

李帥杰?時(shí)曉坤

摘 要：鋼筋混凝土的裂縫控制問(wèn)題是建筑工程中很重要的問(wèn)題之一。 本文概述了變形作用引起裂縫的原因，針對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題，從設(shè)計(jì)，荷載，原材料，施工等方面對(duì)產(chǎn)生裂縫的各種因素進(jìn)行分析，并提出預(yù)控措施。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)裂縫；裂縫控制

一、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫概述

在建筑行業(yè)盡管裂縫問(wèn)題引起了業(yè)界重視，但仍未得到很好解決，且有日趨增多的趨勢(shì)，它已影響到正常的生活和生產(chǎn)，并困擾著大批工程技術(shù)人員和治理人員，是一個(gè)迫切需要解決的技術(shù)難題。

二、裂縫的種類(lèi)和成因

結(jié)構(gòu)裂縫的成因復(fù)雜而繁多，比如：溫濕度的變化，混凝土的不均勻性，結(jié)構(gòu)不合理，原材料不符合要求，水灰比過(guò)大，基礎(chǔ)不均勻沉降和模板變形，養(yǎng)護(hù)不及時(shí)等?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫的種類(lèi)，就其產(chǎn)生的原因，大致可劃分如下幾類(lèi)：

2.1荷載引起的裂縫

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在常規(guī)靜、動(dòng)荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱(chēng)荷載裂縫，歸納起來(lái)主要有直接應(yīng)力裂縫、次應(yīng)力裂縫兩種。

直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：

設(shè)計(jì)計(jì)算階段，結(jié)構(gòu)計(jì)算時(shí)不計(jì)算或部分漏算；計(jì)算模型不合理；結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實(shí)際受力不符；荷載少算或漏算；結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)不考慮施工的可能性；設(shè)計(jì)斷面不足；鋼筋設(shè)置偏少或布置錯(cuò)誤；結(jié)構(gòu)剛度不足；設(shè)計(jì)圖紙交代不清等；

施工階段，不加限制地堆放施工機(jī)具、材料；不了解預(yù)制構(gòu)件受力特點(diǎn)，隨意翻身、起吊、運(yùn)輸、安裝；不按設(shè)計(jì)圖紙施工，擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序，改變結(jié)構(gòu)受力模式；不對(duì)結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動(dòng)下的疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算等。

次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因有：

次應(yīng)力裂縫是產(chǎn)生荷載裂縫的最常見(jiàn)原因。次應(yīng)力裂縫多屬?gòu)埨⑴?、剪切性質(zhì)。次應(yīng)力裂縫也是由荷載引起，僅是按常規(guī)一般不計(jì)算，但隨著現(xiàn)代計(jì)算手段的不斷完善，次應(yīng)力裂縫也是可以做到合理驗(yàn)算的。

2.2溫度變化和混凝土收縮引起的裂縫

混凝土在凝結(jié)硬化過(guò)程中，由于水泥釋放大量的水化熱，在表面和內(nèi)部先后出現(xiàn)較大的溫差變化而引起拉應(yīng)力；外部氣溫驟降也會(huì)在混凝土表面引起較大的拉應(yīng)力，當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí)即會(huì)出現(xiàn)裂縫。

2.3凍脹引起的裂縫

溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹破壞的必要條件。大氣氣溫低于零度時(shí)，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，使混凝土出現(xiàn)裂縫。

2.4材料質(zhì)量引起的裂縫

建筑結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)日趨提高，但有許多結(jié)構(gòu)不適當(dāng)?shù)倪x擇了過(guò)高的強(qiáng)度等級(jí)。習(xí)慣上認(rèn)為：“強(qiáng)度等級(jí)越高安全度越大，就高不就低，提高強(qiáng)度等級(jí)沒(méi)壞處”。這是一種誤導(dǎo)，導(dǎo)致水泥標(biāo)號(hào)增加，水泥用量增加，水用量增加，細(xì)骨料及粗骨料徑偏小，砂率偏大等都使水化熱及收縮增加。還有配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，也可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

2.5施工引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑、制作、拆模、運(yùn)輸、吊裝等過(guò)程中，若施工不規(guī)范，工藝不合理，則容易產(chǎn)生各種裂縫。比較常見(jiàn)的有：

混凝土保護(hù)層過(guò)厚，或踩塌已綁扎的上層鋼筋，使承受負(fù)彎矩的受力筋保護(hù)層加厚，而形成與受力鋼筋垂直方向的裂縫。

混凝土振搗不密實(shí)，出現(xiàn)空洞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或其它荷載裂縫的起源點(diǎn)。

混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使水分蒸發(fā)過(guò)多，引起塌落度過(guò)低，或加大水灰比，出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

混凝土初期養(yǎng)護(hù)不到位，使得混凝土表面出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

2.6約束力不斷增大

結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，超長(zhǎng)超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用結(jié)構(gòu)形式并采用現(xiàn)澆施工，這種結(jié)構(gòu)形式有顯著約束作用，對(duì)于各種變形作用必然引起較大約束應(yīng)力。

2.7外加劑的負(fù)效應(yīng)

外加劑及摻合料種類(lèi)繁多，只有強(qiáng)度指標(biāo)缺乏對(duì)水化熱及收縮變形影響的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)資料，有些試驗(yàn)資料并不嚴(yán)格，有許多外加劑嚴(yán)重的增加收縮變形，有的甚至降低耐久性。

2.8養(yǎng)護(hù)不當(dāng)

目前在混凝土施工中采用的養(yǎng)護(hù)方法基本沿用過(guò)去簡(jiǎn)易的方法，這種方法已遠(yuǎn)不適應(yīng)泵送混凝土的較大溫度收縮變形的要求

三、裂縫的控制措施

裂縫控制的主要措施是通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)、施工、原材料等方面進(jìn)行控制的綜合技術(shù)措施。包括：合理選擇結(jié)構(gòu)形式，加強(qiáng)構(gòu)造配筋，減小水灰比、降低砂率，增加骨料粒徑，選用適宜的外加劑和摻合料，采取保溫保濕的養(yǎng)護(hù)措施等。

3.1裂縫的控制措施

設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量避免結(jié)構(gòu)斷面突變帶來(lái)的應(yīng)力集中。當(dāng)無(wú)法回避時(shí)，應(yīng)做局部處理，如轉(zhuǎn)角處做圓角，突變處做成漸變過(guò)渡，同時(shí)加強(qiáng)構(gòu)造配筋，轉(zhuǎn)角處增配斜向鋼筋。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)重視對(duì)于構(gòu)造鋼筋的配置，特別是對(duì)于現(xiàn)澆箱梁、樓面、墻板等薄壁構(gòu)件更應(yīng)注意構(gòu)造鋼筋的直徑和數(shù)量的選擇。

3.2材料選用及配比的控制

水泥品種的選用和水泥用量的控制

選擇低水化熱水泥和在保證混凝土強(qiáng)度的前提下盡量減少水泥用量是有效降低水化熱，減少混凝土內(nèi)外溫差而出現(xiàn)裂縫的有效途徑。比如選擇礦渣硅酸鹽、普通硅酸鹽等低水化熱水泥。

摻合料和外加劑

粉煤灰具有減水、潤(rùn)滑作用，能改善混凝土的粘聚性和流動(dòng)性，減少水泥用量降低水化熱，減少混凝土收縮。大量研究實(shí)踐表明在泵送混凝土中摻入適量高等級(jí)的粉煤灰能替代部分水泥。

骨料的選擇

3.3工藝控制

嚴(yán)格按配合比要求計(jì)量稱(chēng)重和控制攪拌時(shí)間，混凝土攪拌均勻，從而保證混凝土質(zhì)量；嚴(yán)格控制混凝土坍落度，對(duì)商品混凝土應(yīng)逐車(chē)檢查泵車(chē)泄料口混凝土坍落度；同時(shí)控制混凝土車(chē)運(yùn)輸和停留時(shí)間，避免因運(yùn)輸、停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，減少水分損失；對(duì)較大跨度的橋梁箱梁和高層建筑板面混凝土施工時(shí)，混凝土泵出料口宜采用布料機(jī)施工作業(yè)，使作業(yè)面布料均勻，避免混凝土不均的離析現(xiàn)象；施工時(shí)應(yīng)要求做到振搗密實(shí)，防止出現(xiàn)混凝土漏振和過(guò)振現(xiàn)象。

3.4養(yǎng)護(hù)、保護(hù)

剛澆筑后的混凝土尚處于凝固硬化階段，水化速度較快，須采取覆蓋保濕措施防止混凝土表面脫水而產(chǎn)生干縮裂縫。成品保護(hù)?；炷翝仓旰?，待混凝土達(dá)到一定強(qiáng)度后方可允許在混凝土表面進(jìn)行施工作業(yè)；嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)和規(guī)范要求后方可拆模，避免因拆模過(guò)早而產(chǎn)生裂縫。

四、結(jié)束語(yǔ)

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制是一個(gè)綜合性的課題，需要設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工及使用方等各方的重視和多方面的努力。隨著當(dāng)今對(duì)混凝土耐久性研究的不斷深入，材料科學(xué)的不斷發(fā)展和建筑技術(shù)水平的不斷提高，相信鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題將會(huì)逐漸得到解決。