鋼筋砼結(jié)構(gòu)變形裂縫的成因及其控制

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摘 要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題是一個(gè)普遍存在而又難于解決的工程實(shí)際問(wèn)題，文章對(duì)鋼筋混凝土工程中常見因的變形作用引起的裂縫問(wèn)題進(jìn)行了分析，并針對(duì)具體情況提出了一些控制措施。

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

　　在鋼筋砼結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，存在著一個(gè)相當(dāng)普遍的質(zhì)量問(wèn)題就是結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題。由于結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的破壞和倒塌都是從裂縫擴(kuò)展開始的，因此人們對(duì)裂縫隙往往產(chǎn)生一種建筑破壞的恐懼感。混凝土是粗集料、細(xì)集料、水泥、石、水和氣體所組成的非均質(zhì)堆聚結(jié)構(gòu)，在成型后隨溫度、濕度等環(huán)境條件的影響會(huì)形成肉眼看不到的微裂縫。由于混凝土的組成材料和微觀構(gòu)造不同以及受環(huán)境影響的不同，混凝土產(chǎn)生裂縫的原因很復(fù)雜。鋼筋砼結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，但其有害程度卻是可以控制的，有害與無(wú)害的界限由結(jié)構(gòu)的使用功能決定，裂縫控制的主要方法是通過(guò)設(shè)計(jì)、施工、材料等方面綜合技術(shù)措施將裂縫控制在無(wú)害范圍內(nèi)的。目前世界各國(guó)的規(guī)定不完全一致，但大致相同。如從結(jié)構(gòu)耐久性要求、承載力要求及正常使用要求，最嚴(yán)格的允許裂縫寬度為0.1mm。近年來(lái)，許多國(guó)家已根據(jù)大量試驗(yàn)與泵送混凝土的經(jīng)驗(yàn)將其放寬到0.2mm。當(dāng)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境正常，保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求，無(wú)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。

　　現(xiàn)我就個(gè)人在工程實(shí)踐中所遇到的情況進(jìn)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(jìn)行裂縫控制的相關(guān)措施。

　　一、變形裂縫的成因分析

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　　水泥水化過(guò)程中產(chǎn)生大量的熱量，每克水泥放出50.2J的熱量，如果以水泥用量350～550kg/m3來(lái)計(jì)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(duì)大體積混凝土施工時(shí)應(yīng)對(duì)其內(nèi)部溫度進(jìn)行跟蹤測(cè)定，因?yàn)樗嗨療嵩?～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?yàn)榛炷羶?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(guò)混凝土的內(nèi)外約束力（包括混凝土抗拉強(qiáng)度）時(shí)，就會(huì)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(xì)，隨著時(shí)間的推移而繼續(xù)擴(kuò)大，甚至達(dá)到貫穿的情況。

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　　這種裂縫產(chǎn)生的原因是流動(dòng)性過(guò)大和流動(dòng)性不足以及不均勻，在凝結(jié)硬化前沒(méi)有沉實(shí)或者沉實(shí)不夠，當(dāng)混凝土沉陷時(shí)受到鋼筋、模板移動(dòng)、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(dá)到鋼筋上表面。

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　　干燥收縮的主要原因是水分在硬化后較長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生的水分蒸發(fā)引起的。混凝土的干燥收縮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(guò)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(gè)月以上，有時(shí)甚至一年半載，而且裂縫發(fā)生在表層很淺的位置，裂縫細(xì)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?fù)p害薄壁結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和耐久性，也會(huì)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。

　　二、對(duì)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

　?。ㄒ唬囟攘芽p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)。混凝土越厚，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(qiáng)度，以減少水泥用量。大量試驗(yàn)研究和實(shí)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(qiáng)度等設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的情況下，摻加原狀或磨細(xì)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(qiáng)度及抗裂能力，效果非常顯著。試驗(yàn)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(qiáng)度的同時(shí)，還可以降低水化熱，推遲放熱峰出現(xiàn)的時(shí)間，從而減少溫度裂縫發(fā)生的可能性。

　　3．控制混凝土出機(jī)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(shí)，為了防止太陽(yáng)直接照射，可以在砂石堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽(yáng)棚，必要時(shí)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(jìn)振搗工藝和養(yǎng)護(hù)工藝。對(duì)已澆筑的混凝土，在終凝前進(jìn)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(qiáng)度，并減少內(nèi)部裂縫與氣孔，提高抗裂性。

　　混凝土養(yǎng)護(hù)主要是保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件下，是一個(gè)十分重要和關(guān)鍵的工作。養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土的收縮影響很大，養(yǎng)護(hù)14天的收縮比養(yǎng)護(hù)3天的收縮降低約20%。環(huán)境相對(duì)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(shí)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(qiáng)度。

　　（二）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(shí)，盡可減少坍落度。

　　2．混凝土攪拌時(shí)間適當(dāng)，過(guò)短、過(guò)長(zhǎng)都會(huì)造成拌合物均勻性變壞而增大沉陷。

　　3．混凝土澆筑時(shí)，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。

　?。ㄈ└煽s裂縫的控制措施

　　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。

　?。ㄈ└煽s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

　　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(lái)說(shuō)，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(huì)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(jí)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(bǔ)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(bǔ)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(qiáng)度，否則混凝土?xí)[脹和開裂。

　　5．養(yǎng)護(hù)時(shí)間和方法?；炷翝仓媸艿斤L(fēng)吹日曬，表面干燥過(guò)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(jìn)行早期保溫、保濕養(yǎng)護(hù)。

　　6．合理配置構(gòu)造鋼筋、重視施工質(zhì)量?；炷恋呐浣顚?duì)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(xì)一點(diǎn)密一點(diǎn)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(guò)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。

　　三、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(huì)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(huì)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(duì)鋼筋混凝土變形作用引起的裂縫進(jìn)行認(rèn)真研究、區(qū)別對(duì)待，采用合理的方法進(jìn)行處理，并在施工中采取各種有效的控制措施來(lái)預(yù)防裂縫的出現(xiàn)、發(fā)展。

　　筆者在參加廣西河池（水任）至南寧高速公路第六合同段、廣西南寧（壇洛）至百色高速公路第六合同段結(jié)構(gòu)物施工、橋梁施工、水泥混凝土路面施工、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)物預(yù)制工程實(shí)踐過(guò)程中，通過(guò)對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)變形作用引起的裂縫的原因分析，采取了相應(yīng)有效的控制措施，有效地把裂縫控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，取得了良好的效果。