钢筋混凝土裂缝机理与控制措施

【摘要】钢筋混凝土结构裂缝应针对成因, 贯彻预防为主的原则, 加强设计、施工及使用等方面的管理, 确保结构安全和避免不必要的损失。本文分析了钢筋混凝土裂缝机理，提出了钢筋混凝土裂缝的控制措施。

【关键词】钢筋混凝土裂缝机理控制措施

中图分类号：TV543+.6 文献标识码：A文章编号：

钢筋混凝土的裂缝控制问题是建筑工程中重要的研究课题之一。特别是最近20 年来, 泵送商品混凝土获得广泛应用之后, 在混凝土匀质性有了很大改善的同时, 裂缝控制技术难度也大大增加了。但是, 从近代科学关于对混凝土的研究及大量的混凝土工程实践证明, 混凝土结构裂缝是难以避免的, 裂缝是人们可以接受的一种材料特性, 只是如何将有害程度控制在某一有效范围之内已成为我们目前必须解决的问题。因为混凝土是多种材料组成的一种混合体, 而且又是一种脆性材料, 在受到温度、压力和外力的作用下, 都有出现裂缝的可能性。当结构出现裂缝后, 就要分析哪些裂缝是有害裂缝, 哪些裂缝是技术上允许的, 通过分析, 我们可以了解有害裂缝的形成原因并及时采取有效方法加以控制。

一、钢筋混凝土裂缝机理

由于混凝土的抗压强度高, 而抗拉强度则低得多, 钢筋混凝土结构往往是带裂缝工作的。裂缝就其开裂深度分为表面的、贯穿的; 就其在结构物表面形状可分为网状裂缝、爆裂状裂缝、不规则短裂缝、纵向裂缝、横向裂缝、斜裂缝等; 裂缝按其发展情况可分为稳定的和不稳定的、能愈合的和不能愈合的; 裂缝按其产生的原因, 可分为荷载裂缝和变形裂缝。荷载裂缝是指因动、静荷载的直接作用引起的裂缝。变形裂缝是指因不均匀沉降、温度变化、湿度变异、膨胀、收缩、徐变等变形因素引起的裂缝。

1、与材料性质和配合比有关的原因

水泥的异常凝结和异常膨胀, 其安定性很差, 在混凝土浇筑后达到一定的强度以前, 在凝结硬化阶段会产生小裂缝。水泥水化热引起的内外温差也可以使混凝土产生裂缝, 骨料的含泥量过多及碱骨料反应、骨料级配不良也是形成收缩裂缝的一个原因。混凝土是一种水硬性材料, 其放置在空气中会产生干燥收缩, 产生裂缝。混凝土配合比不当( 水泥用量大、用水量大、水胶比大、砂率大等) 以及外加剂、硅灰等掺合料掺量过大都会造成混凝土开裂。

2、与施工有关的原因

施工过程是一个非常复杂的过程, 其形成裂缝的环节也比较多, 混凝土混合材料不均匀、搅拌时间不足或过长、浇筑速度过快、交接缝、模板外鼓、支撑下沉、初期快速干燥, 模板拆除过早、养护措施不当、混凝土硬化前受到振动或加载, 钢筋搭接、锚固不良、保护层厚度不够等方面都可引起混凝土开裂, 因此在施工中必须严格控制各个环节。

3、与结构设计及受力荷载有关的裂缝

结构在不同的荷载作用下承受剪力、拉力及各种荷载组合,对混凝土产生破坏, 地基的不均匀沉降等形成不同的裂缝。

4、使用及环境条件

结构构件各区域温度、湿度差异过大; 冻融、冻胀; 内部钢筋锈蚀; 火灾或表面遭受高温; 酸、碱、盐类的化学作用; 冲剂、振动等对钢筋混凝土结构开裂均有一定影响。

因此, 钢筋混凝土结构内部许多微裂缝可能扩展、贯通乃至形成较宽和较长的可见裂缝。裂缝是混凝土材料释放内部过大变形能的结果, 裂缝削减该处截面拉应力的峰值, 并使结构构件内储存的变形能不超过一特定水平。

二、钢筋混凝土裂缝的控制措施

1、施工手段

（1）原材料的选用

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了有害膨胀物引起混凝土的崩裂, 因此要求拌制混凝土必须遵循“精料供应”的原则。

水泥: 应选用水化热较低的水泥, 如矿渣水泥、粉煤灰水泥等, 严禁使用安定性不合格的水泥。

粗骨料: 宜用表面粗糙、质地坚硬的石料、级配良好、孔隙率小、无碱性反应; 有害物质及粘土含量不超过规范规定。

细骨料: 宜用颗粒较粗、孔隙较小、含泥量低的中砂。

外掺加料: 宜采用有减水、增塑、缓凝剂等作用的外加剂, 以改善混凝土工作性能, 降低用水量, 减少收缩。

（2）配合比的选定

配合比设计: 应采用低水灰比、低用水量,以减少水泥用量。

应严格按选定的配合比施工, 配制混凝土时计量应准确, 要严格控制水灰比和水泥用量, 搅拌均匀。

（3）模板工程

模板构造要合理, 以防止模板间的变形不同而导致混凝土裂缝。

模板和支架要有足够的刚度, 防止施工荷载(特别是动荷载)作用下, 模板变形过大造成开裂。

合理掌握拆模时机。拆模时间不能过早,应保证早龄期混凝土不损坏或不开裂; 但也不能太晚, 尽可能不要错过混凝土水化热峰值, 即不要错过最佳养护时机。

（4）混凝土浇筑

混凝土浇筑时应防止离析现象, 振捣应均匀、适度; 加强混凝土温度的监控, 及时采取防护措施。

加强混凝土的早期养护, 并适度延长养护时间, 在气温高、湿度低或风速大的条件下, 更应及早进行喷水养护, 在浇水养护有因难时, 或者不能保证其充分湿润时, 可采用覆盖保湿材料等方法。

（5）施工技术控制

加强地基的检查与验收工作, 基坑开挖后应及时通知监理及设计单位到现场验收, 对于较复杂的地基, 在基坑开挖后应进行勘察补钻探, 当探出有不利的地质情况时, 必须先对地基进行加固处理,并经验收合格后, 方可进行下一步施工。

开挖基槽时, 要注意不扰动土体的原状结构。

合理安排施工顺序。当相邻建(构)筑物间距较近时, 一般应先施工较深的基础, 后施工较浅的基础。当建(构)筑物各部分荷载相差较大时, 一般应施工重、高部分, 后施工轻、低部分。

加强施工工艺控制, 工序的交接要严格按施工规范和有关操作规程进行, 避免人为因素造成混凝土产生裂缝。

2、设计手段

（1）设计配筋

混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用。结构设计中经常忽略构造钢筋的重要性, 因而经常出现构造性裂缝。合理的配筋, 特别是构造配筋, 细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸, 可有效避免构造性裂缝的产生。

受力钢筋的位置要正确, 保护层过大或过小都可能导致砼开裂, 钢筋间距过大, 易引起钢筋之间的砼开裂。

施工中对钢筋品种、规格、数量的改变、代用, 必须考虑对构件抗裂性能的影响。

（2）构造设计

平面选型时在满足使用功能要求的前提下, 力求简单, 平面复杂的构筑物, 容易产生扭曲等附加应力而造成楼板或梁体开裂。

合理布置构筑物的纵横截面, 使截面变化尽可能小。

控制构筑物的长细比。长细比越小, 整体刚度越大, 调整不均匀沉降的能力越强。

合理地调整各部分承重结构的受力情况,使荷载分布均匀, 尽量防止受力过于集中。

减少地基的不均匀沉降。在基础设计中可以采取调整基础的埋置深度、不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方法, 来调整地基的不均匀变形。

适当加强基础的刚度和强度。

增加构筑物的整体性, 提高构筑物的抗剪、抗拉、抗弯、抗扭强度, 防止或减少裂缝, 即使出现了裂缝, 也能阻止其进一步发展。

正确地设置沉降缝。沉降缝位置和缝宽的选定应合适, 构造要合理, 可以和其结构缝合并设置。

限制伸缩缝间距。对体形复杂、地基不均匀沉降值大的构筑物更应严格控制, 同样, 也可以和其它结构缝合并使用。

参考文献：

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