淺談混凝土結構裂縫產生的原因與防治措施

摘要：混凝土的裂縫問題是一個普遍存在而且又難于解決的工程實際問題。鋼筋混凝土結構物在外部荷載作用下的破壞是從裂縫擴展開始的，盡管人們在施工中采取了各種措施，但裂縫仍然時有出現。結合實踐，我們對混凝土的裂縫進行分類，并提出自己對混凝土結構裂縫產生的原因及其防治的淺顯建議。

關鍵詞：混凝土結構；裂縫；溫度裂縫；裂縫寬度

1 前言

混凝土工程中材料的特性決定了結構較易產生裂縫，從實踐中來看施工中混凝土出現裂縫的概率也是很大的，相當一部分裂縫對結構物的受力及正常使用無太大的危害，但裂縫的存在會影響到結構物的整體性、耐久性、會對鋼筋產生腐蝕，是受力使用期應力集中的隱患，應當盡量在各方面給予重視，以避免裂縫的出現或把裂縫控制在許可的范圍之內。

2 裂縫產生的原因

鋼筋混凝土結構物有各種各樣的裂縫，有些裂縫是在混凝土澆筑后不久就出現的，有些則在荷載作用后產生的。通常將裂縫分為兩大類：一類是正常裂縫，它是由荷載（永久荷載及可變荷載）引起的。眾所周知，混凝土的抗拉強度很低，抗拉極限應變大約為ε =0.0001 ~ 0.00015?；炷良磳㈤_裂的瞬間，鋼筋的應力只有 =(0.0001～0.00015) ×2.0×105 =20～30MPa。事實上，在正常使用階段鋼筋的應力遠大于此值，所以說在正常使用階段鋼筋混凝土結構出現裂縫是不可避免的。因而，習慣上稱這種裂縫為正常裂縫。另一類裂縫則稱為非正常裂縫，它主要是由于混凝土收縮、養護不周、拆摸時間不當、構造形式不妥等引起應力集中等原因造成的。

3 鋼筋混凝土結構產生裂縫的類別

鋼筋混凝土結構的裂縫按其產生的原因可分為以下幾類：

3.1 由作用效應（如彎矩、剪力、扭矩及拉力等）引起的裂縫。由于構件下緣拉應力超過混凝土抗拉強度而使受拉區混凝土產生的裂縫。

3.2 地基不均勻沉降引起的裂縫

當地基發生不均勻沉降后，沉降大的部分結構與沉降小的部分結構會產生相對位移，從而使混凝土結構中產生附加的拉力或剪力，當這種附加內力超過結構的強度時，便產生相對裂縫。

3.3 收縮和溫度變化引起的裂縫

熱脹冷縮是絕大多數物體的基本物理性能?；炷猎谒苄允湛s、硬化收縮、碳化收縮、失水收縮過程中易形成各種收縮裂縫。例如在鋼筋混凝土薄腹T梁的腹板表面上出現中間寬兩端窄的豎向裂縫，這是混凝土結硬時，腹板混凝土受到四周混凝土及鋼筋骨架的約束而引起的裂縫。

3.4 鋼筋銹蝕裂縫

由于保護層混凝土碳化或冬季施工中摻氯鹽過多導致鋼筋銹蝕，銹蝕產物的體積比鋼筋被侵蝕的體積大2～3倍，這種體積膨脹使外圍混凝土產生相當大的拉應力，引起混凝土的開裂，甚至是混凝土保護層的剝落。

3.5 混凝土強度等級日趨提高

混凝土強度等級日趨提高，目前結構中已廣泛使用C40～C60中高強混凝土，隨著材料科學的迅速發展，C80～C120的高強混凝土在具體工程中已有應用。由于高強混凝土采用的配合比設計多為低水灰比、高標號水泥、高水泥用量、使用高效減小劑及摻加超細礦粉。這樣其收縮機制與普通混凝土就有所不同。 這樣在混凝土生成過程中由于水泥水化而引起的體積收縮即自縮就大于普通混凝土，出現收縮裂縫的機率也大于普通混凝土。

3.6 施工質量不合格、使用材料不合格而引起的裂縫

材料本身的質量不合格，砂漿強度不夠，這些都會造成整個結構的強度不夠，而造成砂漿強度偏低的原因是使用了不合格的水泥，施工配合比不準確，施工過程中不按設計要求放置鋼筋等，這些都可能在混凝土結構中產生裂縫。

4 裂縫的控制措施

過多的裂縫或過大的裂縫寬度會影響結構的外觀。同時，某些裂縫的發生或發展，將會影響結構的使用壽命。為了保證鋼筋混凝土構件的耐久性，必須在設計、施工等方面控制裂縫。對于非正常裂縫，只要在設計與施工中采取相應的措施，大部分是可以限制并被克服的，而正常裂縫則需要進行裂縫寬度的驗算。

4.1 設計措施

增配構造筋提高抗裂性能，配筋應采用小直徑、小間距，截面的配筋率滿足規范要求。 避免結構突變產生應力集中，在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。在易裂的邊緣部位設置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。在結構設計中應充分考慮施工時的氣候特征，合理設置后澆縫，在正常施工條件下，后澆縫間距20～30m，保留時間一般不小于60天。

4.2 施工措施

嚴格控制混凝土原材料的質量和技術標準，選用低水化熱水泥，應盡量減少粗細骨料的含泥量。細致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，減少混凝土的坍落度，合理摻加塑化劑和減少劑。澆筑時間盡量安排在夜間，最大限度降低混凝土的初凝溫度。加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度。混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應下降15℃以上，混凝土的現場試塊強度不低于C5。對于高強混凝土，應盡量使用中熱微膨脹水泥，摻超細礦粉和膨脹劑，使用高效減水劑。

4.3 裂縫寬度的驗算

根據試驗研究結果分析，影響裂縫寬度的主要因素有：受拉鋼筋的應力、受拉鋼筋直徑、受拉鋼筋配筋率、混凝土保護層厚度、混凝土抗拉強度、受拉鋼筋的粘著特征和荷載特征等。

混凝土抗拉強度的影響。多數研究認為混凝土抗拉強度對裂縫寬度影響不大，可略去不計。

保護層厚度對裂縫寬度是有影響的，保護層越厚，裂縫越寬。但是，從另一方面講，允許裂縫寬度也與保護層厚度有關，也就是說，保護層越厚，鋼筋銹蝕的可能越小。保護層厚度對計算裂縫寬度和允許裂縫寬度限值的影響可大致抵消，從設計觀點出發可以同時略去此項影響。

受拉鋼筋應力的影響。裂縫截面的受拉鋼筋應力是影響裂縫寬度的最重要因素。取受拉鋼筋應力與最大裂縫寬度為線性關系。

鋼筋直徑的影響。試驗表明，在受拉鋼筋配筋率及鋼筋應力大致相同的情況下，裂縫寬度隨鋼筋直徑而變化。

受拉鋼筋配筋率的影響。試驗表明，當鋼筋直徑相同，鋼筋應力大致相等的情況下，裂縫寬度隨配筋率的增加而減小。當配筋率ρ接近某一數值（如ρ≥0.02時），裂縫寬度基本不變。

荷載特征的影響。在裂縫寬度公式中引用系數來考慮荷載特征對最大裂縫寬度的影響。

鋼筋粘結特征的影響。在裂縫寬度公式中，引用系來考慮鋼筋粘結特征對裂縫寬度的影響。

長期或重復荷載的影響。重復荷載作用下不斷發展的裂縫寬度是初始使用荷載下裂縫寬度的1.0~1.5倍。因而，在裂縫寬度計算中取用擴大系數來考慮長期或重復荷載的影響。在使用荷載作用下，裂縫的間距不隨荷載作用時間而變，但裂縫寬度則隨時間以逐漸減低的比率在增加。

結束語

混凝土是一種耐久性較好的建筑材料，但是在鋼筋混凝土結構中，如果混凝土出現較大的裂縫，由于水份的侵入會導致鋼筋的銹蝕，這就大大地縮短了結構的壽命。混凝土結構應針對裂縫成因減少裂縫或控制裂縫的寬度，確保結構安全和避免不必要的損失。

參考文獻

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