淺談鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫

許衍彬

（華北水利水電大學(xué)土木與交通學(xué)院，河南鄭州450000）

1 前言

鋼筋與混凝土之所以能夠協(xié)調(diào)工作，主要是因為兩者的粘結(jié)力和相近的溫度膨脹系數(shù)。盡管如此，鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用下是帶裂縫工作的。在裂縫出現(xiàn)前，受拉區(qū)混凝土與鋼筋共同受力，沿著長度方向二者應(yīng)力保持均等，但在裂縫出現(xiàn)后，受拉區(qū)混凝土退出工作，應(yīng)力釋放后向兩邊彈性回縮，裂縫處應(yīng)力全由鋼筋承擔(dān)，導(dǎo)致裂縫處鋼筋應(yīng)力與應(yīng)變突增。裂縫寬度過大，會造成鋼筋銹蝕和裂縫發(fā)展的惡性循環(huán)，并且造成保護(hù)層剝落。裂縫雖然不可避免，但其危害程度是可以通過措施來降低的。

2 荷載裂縫

（1）荷載作用造成的裂縫稱為荷載裂縫或結(jié)構(gòu)性裂縫，包括正截面裂縫和斜截面裂縫。一般來說，正截面裂縫由截面正應(yīng)力引起，包括彎矩、軸向拉壓力或者偏心拉壓力等荷載產(chǎn)生的正應(yīng)力，而斜截面裂縫由剪力或者扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力引起。當(dāng)縱向受力鋼筋與混凝土的粘結(jié)遭到破壞，還會出現(xiàn)沿著鋼筋的粘結(jié)裂縫與撕裂裂縫。

（2）荷載作用下裂縫寬度的影響因素：

①縱向受拉鋼筋的等效直徑。鋼筋等效直徑與鋼筋的直徑和表面形狀有關(guān)。采用細(xì)而密的鋼筋，能夠增大鋼筋的總外表面積，增大粘結(jié)力，并且通過粘結(jié)力將鋼筋的拉力擴(kuò)散到混凝土上去，有效約束混凝土收縮的區(qū)域，使裂縫分散，減小裂縫寬度。同時，配置與混凝土粘結(jié)力較好的變形鋼筋，也能減小裂縫寬度。

②混凝土保護(hù)層厚度?；炷帘Ｗo(hù)層可以將鋼筋與外部酸性環(huán)境進(jìn)行隔離，防止鋼筋的銹蝕。但是，混凝土保護(hù)層厚度越厚，混凝土外表面離受拉鋼筋距離就越遠(yuǎn)，鋼筋對裂縫擴(kuò)張的約束作用就越小，因此，裂縫寬度就越大。

③配筋率。混凝土達(dá)極限拉應(yīng)變開裂時，鋼筋的應(yīng)力還很小，遠(yuǎn)小于其屈服強(qiáng)度。因此鋼筋對防止混凝土開裂不能起很大作用。但是，一旦混凝土開裂，縱向受拉鋼筋相對于有效受拉混凝土截面面積的配筋率對裂縫寬度的影響很大。

④荷載性質(zhì)。反復(fù)荷載，動力荷載以及長期作用荷載作用下，裂縫的擴(kuò)張得到量與質(zhì)的積累，因此裂縫寬度會增加。

3 溫度裂縫

（1）水泥水化反應(yīng)釋放大量的水化熱，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件溫度急劇上升，然而混凝土內(nèi)部散熱慢，表層散熱快，形成較大的溫度梯度，造成內(nèi)部膨脹比外部大得多，當(dāng)構(gòu)件表層拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時，便會產(chǎn)生裂縫。溫度裂縫主要發(fā)生在混凝土構(gòu)件表面，因為溫度梯度在表面較大，在內(nèi)部較小。裂縫寬度會隨著溫度變化而變化，溫度升高其擴(kuò)張，溫度降低其合攏。

（2）預(yù)防溫度裂縫的措施：

①抑制外表面的散熱，降低溫度梯度。a.保證模板周轉(zhuǎn)率的情況下，延緩拆模時間，使混凝土表面散熱慢一些，降低溫差；b.拆模后，對混凝土表面采取保溫措施(如覆蓋草席)。

②降低水化反應(yīng)水化熱。a.選擇合理水泥。采用硅酸二鈣和鋁酸三鈣含量較少的中低熱水泥、礦渣水泥；b.大體積混凝土工程，以冰塊代替水，降低混凝土入模溫度；c.保證混凝土和易性和強(qiáng)度情況下，適當(dāng)降低水灰比和混凝土單位體積水泥用量，并適當(dāng)提高粉煤灰和礦渣的含量；d.限制當(dāng)天混凝土澆筑厚度，并適當(dāng)減緩澆筑速度。

4 收縮裂縫

4.1 分類

（1）干燥收縮裂縫?；炷翝仓笠欢螘r間，如果暴露在不飽和空氣中，毛細(xì)孔吸附水便會蒸發(fā)。然而，表層水分蒸發(fā)快，內(nèi)部水分蒸發(fā)慢，導(dǎo)致表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮。此時表層混凝土收縮受到內(nèi)部混凝土的約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力導(dǎo)致開裂。

（2）塑性收縮裂縫?；炷脸尚秃笞畛鯉仔r，彈性模量很低。如果暴露在高溫下，水分會不斷蒸發(fā)，毛細(xì)負(fù)壓產(chǎn)生收縮力，引起表面開裂。此外，由于混凝土原材料上存在密度、形狀的差異，水灰比不穩(wěn)定，澆筑過程中容易分層離析，水泥漿上浮，粗骨料下沉，當(dāng)骨料沉降受鋼筋阻擋時，便會引起剪切開裂。

（3）自身收縮裂縫。水化反應(yīng)過程中，反應(yīng)生成物和反應(yīng)物在密度上有區(qū)別。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥漿的體積會發(fā)生收縮或者膨脹，一般普通水泥產(chǎn)生收縮，而礦渣硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥產(chǎn)生膨脹。

（4）碳化收縮裂縫?；炷脸尚秃笃冢諝庵卸趸寂c水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成比較堅硬的碳酸鈣，同時生成游離態(tài)的水分蒸發(fā)掉，引起表層混凝土的收縮，但內(nèi)部混凝土未能碳化或者碳化程度不深，體積不變，因此表層混凝土的收縮受到內(nèi)部混凝土的約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致開裂。

4.2 影響收縮裂縫的因素

(1)水灰比與砂率。水灰比如果太大，保水性和粘聚性不足，同時水蒸發(fā)后留下的空隙很大，就會導(dǎo)致混凝土收縮大。砂率如果太小，石子周圍不能形成砂漿潤滑層，砂漿不足以包裹石子表面和填充空隙，也會導(dǎo)致收縮增大。

(2)骨料。①骨料種類。采用吸水率較小的骨料如石灰?guī)r，花崗巖等能顯著降低混凝土的收縮；采用有棱角，表面粗糙的碎石，能提高混凝土的粘結(jié)力，間接降低混凝土的收縮。②骨料粒徑。骨料粒徑大，總表面積就小，需要的包裹水泥就越少。③骨料級配。骨料級配良好，空隙率小，密實度高，增大了混凝土強(qiáng)度同時減少了水泥用量。

(3)水泥品種。礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和快硬水泥干縮都比較大，粉煤灰水泥、普通硅酸鹽水泥收縮性較小。此外，水泥標(biāo)號越低，磨細(xì)度越大，收縮就越大。

(4)外加劑。減水劑降低了水灰比，減少水泥的用量，以此降低混凝土收縮。緩凝劑可以使水化反應(yīng)變慢，使水化物更均勻，減小干縮。

[1]梁興文.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理[M]北京:中國建筑工業(yè)出版社.

[2]黃軍生.鋼筋混凝土橋梁裂縫成因綜述.中交第二公路勘察設(shè)計研究院.

[3]朱耀臺.混凝土裂縫成因與防治措施研究[M].