鋼筋混凝土裂縫的機理與控制策略研究

通常在鋼筋混凝土受彎構件中，如果混凝土抗拉強度低于混凝土拉應力，將會發生裂縫，這種荷載所導致的結構性裂縫在設計過程中必須要充分考慮。此外，還存在非結構性裂縫。一般而言，非結構性裂縫形成因素較多，難以量化計算，因此要規范設計以及施工。近年來，裂縫控制方法研究取得了新的進展，我國主要通過規范裂縫寬度來進行控制，而國外主要是通過設置鋼筋應力以及間距來實現控制。通常情況下，運用裂縫寬度控制方法要注意預測短期裂縫寬度以及長期裂縫寬度，同時還要明確裂縫寬度限值的最大與最小取值。本文在分析鋼筋混凝土裂縫的機理的前提下，具體闡述了鋼筋混凝土裂縫的控制策略。

一、鋼筋混凝土裂縫機理概述

（一）裂縫限制分析

通常情況下，有限制的裂縫在設計過程中是允許的，裂縫能夠自行愈合。就其機理而言，主要是由于硬化水泥漿體中氫氧化鈣在接觸周圍空氣、水份中的二氧化碳后，形成碳酸鈣，進而與氫氧化鈣結晶聚于鋼筋混凝土裂縫內，發生力學粘結效應，致使裂縫被密封，難以自行愈合。一般認為，將裂縫寬度控制在0.20mm以下，能夠實現自動愈合。但就人流頻繁地帶，例如地鐵、車站等地區來講，為了提高防水性能，裂縫限制嚴格，尤其是降雨量大的區域，必須要防止出現大的裂縫。

（二）混凝土時變特性分析

混凝土基本組成部分是砂、水泥、石子以及水，當混凝土出現硬化現象后，一定程度上加大了單位體積重量，這主要是由于混凝土級配更具有合理性，在凝結硬化過程中產生收縮，使孔隙得到密實。這種凝結硬化收縮由于機理、條件不同，主要分為三種類型：第一，分塑性收縮；第二，自生收縮；第三，干燥收縮。在混凝土凝結硬化中，其極限拉應力作為一個變量因素，強度直到一個月左右才能穩定。除此之外，還存在溫度收縮，主要是由混凝土內部與表面溫差或者環境溫差所引起的一種收縮。當溫差越大時，溫度拉應力將會相應增大，當超過混凝土極限拉應力時，混凝土就會產生開裂現象。

（三）混凝土開裂機理

相關的研究表明，假設混凝土初始硬化溫差處在不受力的狀況下，那么能夠實現自由收縮變形，此時混凝土內部無應力。當混凝土在外部約束固定條件下，其長度不能自由發生改變，混凝土內產生拉應力，基于這種應力作用的前提下，將會產生徐變現象，致使原有拉應力值下降，降為凈拉應力值，如果凈拉應力大于或者與抗拉強度等同，就會出現開裂。由此可知，混凝土開裂的影響因素主要有五個方面：第一，收縮；第二，約束；第三，彈性模量；第四，徐變；第五，抗拉強度。

二、鋼筋混凝土裂縫控制策略研究

（一）收縮裂縫控制

1.塑性收縮裂縫控制

塑性收縮裂縫主要分為兩種，即塑性干縮裂縫以及塑性沉降裂縫。就塑性干縮裂縫而言，塑性收縮主要是由于新拌混凝土在凝結中接觸表面水份，而引起的一種干縮裂縫，其機理可以運用毛細水拉力來進行闡述，當毛細孔隙水在蒸發作用下出現減少時，容易導致彎液面生成拉力，塑性收縮值較高。控制塑性收縮開裂的方法主要可以從八個方面來闡述：一是降低混凝土入模溫度；二是濕潤混凝土上方空氣；三是設置風障與遮蔭棚；四是將攪拌時間控制在合理范圍內；五是縮短養護時間；六是于澆筑前潤濕模板以及底板；七是澆筑后及時利用塑料膜進行覆蓋；八是通過壓光消除施工后的抹面塑性裂縫。就塑性沉降裂縫來講，其部位與方向明確，主要措施表現在六個方面：一是盡可能地降低混凝土坍落度；二是在高度差處設置施工縫，可以采用分層澆筑法進行施工縫處理；三是增加表面鋼筋保護層厚度；四是振搗方式合理，并科學外摻引氣劑；五是穩定模板剛度及地基；六是表面實施抹平與壓光消除較淺沉降裂縫。

2.自生收縮裂縫控制

自生收縮作為一種水泥水化作用下的收縮，依據常規干縮測定方法，其收縮值為干縮值與自生收縮值總和。一般而言，自生收縮需要進行測定，避免與環境濕度發生交換。在實際工程應用過程中，需要具體問題具體分析，當利用高強混凝土時，必須要注意自生收縮危害，例如在施工現場，要完善標號較低混凝土自生收縮，及時進行加水養護，通常情況下其控制策略與防止塑性干縮措施具有一致性。

3.凝結硬化收縮裂縫控制

凝結硬化收縮裂縫控制主要可以從四個方面來進行：第一，在混凝土配制過程中，使用低收縮量材料，盡可能減少拌和水用量，提高粗骨料含量；第二，降低混凝土干燥速率，有效控制表層水份損失，強化養護時，尤其是早期養護，模板外側保持濕潤，在保證混凝土強度符合標準的前提下松開模板，進行養護。在澆筑混凝土后防止干燥空氣進入；第三，在混凝土中，采用膨脹水泥進行配制，最大限度地補償收縮混凝土，預防開裂；第四，實施后澆帶申縮縫，運用分段間隔澆筑方法，減少約束應力。

（二）溫度收縮裂縫控制

對于溫度收縮裂縫控制而言，首先要降低水化熱及其釋放速度減少水泥用量，摻加粉煤灰等礦料，采用低熱水泥，降低水化熱。其次，降低混凝土入模溫度，控制投料時的原材料溫度，一般采用冷水或冰水來降低混凝土的溫度。同時，控制散熱過程，防止混凝土表面溫度出現驟然變化，改善混凝土熱學性能，最大限度地提高混凝土抗拉性能，降低混凝土的熱膨脹系數，防止溫度收縮開裂。再者，設置構造鋼筋，控制裂縫寬度，限制其發展，減少裂縫間距，將裂縫寬度控制在標準范圍內。

三、結語

綜上所述，混凝土收縮開裂影響因素復雜，為了有效預防開裂現象的發生，盡可能地提高抗裂強度，必須要加強原材料的選用以及配合比設計，強化溫度控制，嚴格執行相關施工要求，加強養護管理，結合后澆帶與構造配筋等控制開裂策略，從而防止開裂。

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