鋼筋混凝土結構裂縫控制綜述
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摘 要:從材料性質、配合比、施工和使用環境等方面分析了鋼筋混凝土結構產生裂縫的原因，并提出了鋼筋混凝土結構裂縫的控制措施，以保證鋼筋混凝土結構的正常安全使用。
關鍵詞:鋼筋混凝土結構 裂縫 配合比 材料
中圖分類號: T U 2 文獻標識碼: A
鋼筋混凝土結構的裂縫影響到結構的美觀， 也可能影響結構的正常使用與耐久性。當裂縫寬度達到一定數值時，還可能危及結構的安全。因此，裂縫問題是一個人們普遍關心的問題。大量科研和實踐都證明了混凝土結構出現裂縫是不可避免的。裂縫對于鋼筋混凝土來說是一種可以接受的材料特性，問題是如何使其有害程度控制在允許范圍之內。因此，對混凝土的裂縫形式和產生原因進行研究是非常必要的，具有較強的現實意義和較高的社會經濟效益。
1 鋼筋混凝土結構產生裂縫的原因
由于混凝土的抗壓強度高，而抗拉強度則低得多， 鋼筋混凝土結構往往是帶裂縫工作的。裂縫就其開裂深度分為表面的、貫穿的；就其在結構物表面形狀可分為網狀裂縫、爆裂狀裂縫、不規則短裂縫、縱向裂縫、橫向裂縫、斜裂縫等；裂縫按其發展情況可分為穩定的和不穩定的、能愈合的和不能愈合的；裂縫按其產生的原因，可分為荷載裂縫和變形裂縫。荷載裂縫是指因動、靜荷載的直接作用引起的裂縫。變形裂縫是指因不均勻沉降、溫度變化、濕度變異、膨脹、收縮、徐變等變形因素引起的裂縫。
1.1 與材料性質和配合比有關的原因
水泥的異常凝結和異常膨脹，其安定性很差，在混凝土澆筑后達到一定的強度以前，在凝結硬化階段會產生小裂縫。水泥水化熱引起的內外溫差也可以使混凝土產生裂縫，骨料的含泥量過多及堿骨料反應、骨料級配不良也是形成收縮裂縫的一個原因。混凝土是一種水硬性材料，其放置在空氣中會產生干燥收縮，產生裂縫。混凝土配合比不當(水泥用量大、用水量大、水膠比大、砂率大等)以及外加劑、硅灰等摻合料摻量過大都會造成混凝土開裂。外加劑及摻合料種類繁多，只有強度指標缺乏對水化熱及收縮變形影響的長期實驗資料(至少一年)，有些試驗資料并不嚴格，有許多外加劑嚴重的增加收縮變形，有的甚至降低耐久性。
1.2 與施工有關的原因
施工過程是一個非常復雜的過程，其形成裂縫的環節也比較多， 混凝土混合材料不均勻、攪拌時間不足或過長、澆筑速度過快、交接縫、模板外鼓、支撐下沉、初期快速干燥，模板拆除過早、養護措施不當、混凝土硬化前受到振動或加載，鋼筋搭接、錨固不良、保護層厚度不夠等方面都可引起混凝土開裂，因此在施工中必須嚴格控制各個環節。
1.3 與結構設計及受力荷載有關的裂縫
結構在不同的荷載作用下承受剪力、拉力及各種荷載組合，對混凝土產生破壞，地基的不均勻沉降等形成不同的裂縫。忽略結構約束，國內外結構設計中都經常忽略構造鋼筋重要性，因而經常出現構造性裂縫。結構設計中經常忽略結構約束性質，不善于利用“抗與放”的設計原則，缺乏相應的設計施工規范、規程。結構規模日趨增大，結構形式日趨復雜，超長超厚及超靜定結構成為經常采用結構形式并采用現澆施工，這種結構形式有顯著約束作用，對于各種變形作用必然引起較大約束應力。
1.4 使用及環境條件
結構構件各區域溫度、濕度差異過大；凍融、凍脹；內部鋼筋銹蝕；火災或表面遭受高溫；酸、堿、鹽類的化學作用； 沖劑、振動等對鋼筋混凝土結構開裂均有一定影響。因此，鋼筋混凝土結構內部許多微裂縫可能擴展、貫通乃至形成較寬和較長的可見裂縫。裂縫是混凝土材料釋放內部過大變形能的結果，裂縫削減該處截面拉應力的峰值，并使結構構件內儲存的變形能不超過一特定水平。
2 鋼筋混凝土結構裂縫的控制
設計計算時，一般認為在混凝土結構內，當截面上的實際拉應力超過材料的實際抗拉強度后便會出現裂縫，其形態與主拉應力的性質有關。構件內的非預應力鋼筋構造只對裂縫的形態有明顯影響，對阻止裂縫的出現無明顯作用。在鋼筋混凝土結構出現可見裂縫后，裂縫截面上原混凝土承受的大部分拉應力便轉由穿越裂縫截面的鋼筋承擔，即裂縫截面上的鋼筋存在拉應力峰值。所謂配筋能否發揮作用是指在正常使用狀態下鋼筋能否有效地限制裂縫開展，在承載能力極限狀態下最寬裂縫處的鋼筋應力能否達到鋼材抗拉強度設計值。
裂縫的位置和形態近似反映了混凝土內拉應力的方向和集中部位，與產生拉應力的原因之間存在比較確定的對應關系。因此在工程上，可以利用這一特性初步判斷結構上出現裂縫的原因，評判裂縫的危害。設計上控制結構裂縫，實際上就是根據工程需要及規程的抗裂控制標準，在保證結構的使用性能、抗震性能、耐久性能與控制構件尺寸、結構用鋼量之間進行權衡，以選擇適當的結構抗裂度。將結構上出現裂縫的寬度與位置控制在可接受的范圍之內。鋼筋混凝土結構裂縫的控制，主要為了控制有害裂縫，減少(小) 可見裂縫，以保證建筑結構的安全性、耐久性和使用功能。對應于產生裂縫的不同原因，在設計、材料及施工等方面所采取的相應措施。
2.1 材料和配合比方面的措施
為了控制混凝土結構的有害裂縫，應妥善選定組成材料和配合比，以使所制備的混凝土除符合設計和施工所要求的性能外，還應具有抵抗開裂所需要的功能。用于有外部侵入氯化物的環境時混凝土應采取下列措施之一：水膠比應控制在0.55 以下；混凝土表面宜采用密實、防滲措施；必要時可在混凝土表面涂刷防護涂料等以阻隔氯鹽對鋼筋混凝土的腐蝕。對因水泥水化熱產生的裂縫的控制措施:盡量采用水化熱低的水泥；優化混凝土配合比，提高骨料含量；盡量減少單方混凝土的水泥用量；延長評定混凝土強度等級的齡期；摻礦物摻合料替代部分水泥。對因凍害產生裂縫的控制措施：采用引氣劑或引氣減水劑；混凝土含氣量宜控制在5% 左右；水膠比不宜大于0.5。
2.2 施工方面的措施
鋼筋混凝土工程施工時，除滿足通常所要求的混凝土物理力學性能及耐久性能外，還應控制有害裂縫的產生。為此，事先要妥善制訂好能滿足上述要求的施工組織設計、相關的技術方案和質量控制措施，并應進行技術交底， 切實貫徹執行。在各道工序各個環節配置具備相應技能熟練人員，按這些計劃進行施工。因水泥水化熱產生裂縫的控制措施：在施工技術方案中，應制訂好入模混凝土的溫度控制、澆筑后的混凝土溫度控制、養護及拆除模板后的養護等措施，并組織實施。因初期凍害產生裂縫的控制措施:在施工技術方案中，應做好混凝土澆筑后初期避免遭受凍害的養護措施， 并組織實施。
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| 原作者： 周建榮 |
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