鋼筋混凝土結構裂縫問題探討

薛經秋

(福建省建設工程質量安全監督總站350001)

一、前言

    鋼筋混凝土結構裂縫問題是困擾建筑界多年的難題。裂縫的出現，一是影響美觀，二是影響使用壽命，嚴重的影響結構安全，因此，裂縫問題已引起了普遍的重視。尤其是當前工程建設的規模日趨龐大，結構形式日趨復雜，對工程質量的要求日趨嚴格，工程結構裂縫問題所產生的影響也日顯突出。

二、裂縫的種類和形狀

    混凝土結構裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫[1]。微觀裂縫簡稱微裂，是指尚未受荷的混凝土結構中存在的肉眼不可見的裂縫，主要有三種：l.骨料與水泥石粘結面上的裂縫，主要沿骨料周圍出現；2.水泥漿中的裂縫，出現在骨料與骨料之間；3、骨料本身的裂縫。宏觀裂縫是指肉眼可見(大于或等于0．05mm)的裂縫，微觀裂縫在外力作用下擴展生成的裂縫就是宏觀裂縫。

    按照引起裂縫產生原因不同來劃分，混凝土結構裂縫主要有以下幾種：溫度裂縫、收縮裂縫(自生、塑性、碳化、干縮)、外荷載引起的裂縫、不均勻沉陷裂縫、其它施工裂縫等。

    混凝土結構裂縫按形狀有：上寬下窄、下寬上窄、外寬內窄、中間寬兩頭窄的裂縫；按方向位置有：縱向的、橫向的、對角線向的、斜向的裂縫；按裂縫深度有：表面的、縱深的(深度達1／Z厚度)、貫穿的裂縫，等等。裂縫形狀、位置、深度與結構受力狀態有直接關系，一般裂縫的方向同拉應力方向垂直。

三、裂縫產生的原因

    1.溫度裂縫

    混凝土結構受溫度影響，會產生熱脹冷縮變形。當結構受到約束，變形變化不均勻時，便會產生約束應力，如約束應力超過混凝土的抗拉強度，則導致裂縫的產生。

    溫度裂縫分為內約束裂縫和外約束裂縫。內約束裂縫主要是由于混凝土內部溫差過大引起的，當混凝土表面溫度急劇下降時，混凝土表面便產生較大的溫度差，引起混凝土變形，并由于混凝土內部約束而導致裂縫產生。這種裂縫多發生在早期，且通常只在混凝土表層出現。外約束裂縫是由于不同構件受溫度影響所產生的變形變化不一樣，使混凝土內部出現拉應力，當應力超過混凝土的抗拉強度時，便出現裂縫，這種裂縫多在混凝土澆筑后二至三個月或更長時間出現，裂縫較深，且多為貫穿性的，破壞結構整體性。

    2.收縮裂縫

    混凝土在硬化過程中和硬化后，由于水分的消失，會產生收縮并引起裂縫。收縮裂縫的產生，主要是由于混凝土的內部結構和外界條件的存在。混凝土是具有大量孔隙的材料，這些孔隙中存在水份，干水份蒸發收縮變形同時發生，并對水泥石產生壓力。雖然最終收縮完成需要大約20年時間，但主要部分的收縮是在前面l～2年內。另外，空氣中的二氧化碳與混凝土中的氫氧化鈣發生化學反應，也會引起混凝土收縮變形。混凝土收縮主要有自生收縮、塑性收縮、碳化收縮、干縮等。

    3.外荷載引起的裂縫

    外荷載(包括靜荷載、動荷載)作用于結構上，所產生的應力如超過混凝土的抗拉強度時，混凝土結構將出現裂縫。另外，許多結構的實際工作狀態同常規計算模型有出入，所產生的結構此應力也會引起結構裂縫。

    4.不均勻沉陷收縮

    地基土質不均勻或上部荷載相差大，設計又沒有采取相應的措施，會產生不均勻沉降；混凝土結構座落在未經加固處理的回填土或松軟地基上，地基浸水引起不均勻沉降，也是導致混凝土結構開裂的原因之一。

    5.其它施工裂縫

    施工過程中由于采取的措施不當，也能引起混凝土裂縫的產生。如模板剛度不足、支撐間距過大、支撐底部松動、過早拆模，以及混凝土養護不足、攪拌和振搗時問控制不好、樓板厚度和架立筋有效高度控制不好等，都會導致}昆凝土開裂。材料使用方面，水泥的品種、用量、骨料質量、用水量、摻合料的使用等，都是影響混凝土裂縫產生的因素。另外混凝土澆搗過程中的氣候情況(氣溫、相對濕度、降雨、風速等)也會對混凝土質量產生影響，如雨中澆灌混凝土，會嚴重增加混凝土的水灰比，降低抗裂性，低溫會直接增加溫度收縮應力，造成混凝土開裂。

四、預防裂縫產生的措施

    1.設計方面

    由于結構在約束狀態下，首先要求有變形的余地。如結構沒有條件滿足此要求，則必然產生約束應力，當應力超過混凝土的抗拉強度時，就導致開裂。因此在工程設計中，應根據結構所處的具體時空條件對預防混凝土開裂的方法加以靈活的應用，如從結構形式的選擇方面(微動、設縫措施等)及材料性能方面(提高抗拉強度、抗拉變形能力和韌性等)采取綜合措施，即遵循“抗與放”的設計準則，來防止裂縫的產生。

    具體設計中，設計人員應考慮建筑物長度因素，如建筑物長度較長，但又在規范規定不需要設置變形縫的范圍內，可考慮留置后澆帶；盡量采取規則的結構形狀和平面布局，避免結構突變產生應力集中；對某些可能出現溫度和收縮應力集中的部位，采取加強配筋措施；對大體積混凝土合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑、密間距分布鋼筋(直徑8～14mm、間距100～150mm較為適宜)；加強構造配筋，如板頂部的受壓區連續配筋，板的陽角、陰角配置放射筋，增加梁的腰筋設置；盡可能選用中低強度混凝土，現澆樓板混凝土強度等級不宜大于 C30，大體積混凝土可根據具體情況，考慮采用60d或90d強度；基礎設計考慮不均勻沉陷對混凝土結構裂縫產生的影響，避免因不均勻沉陷導致混凝土結構開裂。

    2.材料方面

    在混凝土結構裂縫中，溫度裂縫和收縮裂縫占有較大的比例，而溫度裂縫和收縮裂縫的產生與所使用的材料有很大的關系。水泥品種、標號、水泥顆粒大小、骨料含泥量、摻加外加劑等，都會對水泥水化熱和混凝土收縮產生影響。如采用礦渣水泥比普通硅酸鹽水泥水化熱低了，但收縮增加；水泥顆粒越細，活性越大；水泥標號越高，用量越多，其收縮越大；骨料含泥量和粉料含量都增加收縮。

    因此要根據混凝土結構的不同情況選用不同的水泥品種。樓板混凝土宜選用低堿、低水化熱、非早強水泥，如硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥；超厚的大底板或大塊式基礎，由于水化熱起控制作用，宜選用粉煤灰水泥或礦渣水泥。

    控制好骨料級配、泥砂含量、堿含量和氯離子含量。良好的級配可減少水泥用量，從而減少混凝土的干縮性；泥砂含量少也會減少混凝土的干縮性；堿含量過高，遇水作用會造成體積膨脹引起裂縫；氯離子含量高(主要是海砂)，會使混凝土中鋼筋腐蝕產生體積膨脹而引起裂縫。

    考慮在混凝土中摻加一些摻和料或外加劑，如粉煤灰、減水劑、膨脹劑等。減水劑可有效降低水灰比和用水量，粉煤灰具有圓珠效應和火山灰效應，既可提高混凝土和易性又可減少收縮；膨脹劑可以使混凝土在硬化過程中具有微膨脹性，以抵消絕大部分混凝土收縮，并可等量取代水泥，減少水泥用量，降低水化熱。有條件的話還可以考慮在混凝土中摻加纖維(如聚丙烯改性纖維)等抗裂材料，提高混凝土的抗裂性能。

    3.施工方面

    混凝土裂縫不僅取決于設計計算、材料選用，也貫穿于混凝土的施工及使用過程，為了防止和減少混凝土裂縫的產生，需要采取適當的技術措施。

    重視模板工程的質量控制，采取措施保證模板系統的強度、剛度和穩定性，使之能可靠地承受新澆混凝土的重量和側壓力，以及施工過程中產生的其它荷載；施工中注意對鋼筋的保護，避免因板面負筋踩彎導致板面裂縫的產生，另外應注意大梁兩側樓板的不均勻沉降使支座產生負彎矩造成梁橫向裂縫。

    嚴格控制混凝土施工配合比，根據混凝土強度等級以及和易性要求確定配合比；現場應嚴格控制好混凝土坍落度；混凝土澆搗前，應先將基層和模板澆水濕透，避免過多吸收水分；澆搗過程中應盡量做到既振搗充分又避免過振(5～15s為宜)，以免混凝土表面出現浮漿；大體積混凝土宜分層澆搗，每層厚度泵送混凝土不大于600mm，非泵送混凝土不大于400mm，這樣既便于振搗密實，也利于加快熱量散發，使溫度均勻分布。    加強對已澆搗混凝土的養護和拆模時間的控制。混凝土的保濕養護對其強度增長和各類性能的提高十分重要，特別是早期的妥善養護可以避免混凝土表面脫水并有效減少早期收縮裂縫的產生；嚴格執行施工操作程序，不盲目趕工，杜絕過早上荷載；拆模時間應符合規范要求，嚴禁早拆模造成混凝土內傷，尤其大跨度梁板、懸挑構件及后澆帶的拆模更應慎重。

    注意環境因素對混凝土開裂的影響，施工前盡量掌握氣候情況，避免在雨中、低溫、刮風等惡劣氣候條件下澆灌混凝土。

五、結語

    綜上所述，混凝土結構裂縫的產生取決于設計、材料、施工、環境等因素。實踐中應根據工程的實際情況來選定經濟有效的措施，將混凝土結構有害裂縫的產生降到最低程度。

參考文獻：

[1]王鐵夢．鋼筋混凝土結構裂縫控制[M]．北京：中國建筑工業出版社，2000．

[2]013,50010，混凝土結構設計規范[s]．

[3]GB50204，混凝土結構工程施工質量驗收規范[s]．

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)