钢筋混凝土的裂缝分析

钢筋混凝土的裂缝分析
于太伏张丽魏坤
摘要：钢筋混凝土结构的裂缝控制问题是混凝土结构工程中的一大技术难题。本文在引起工程裂缝的原因分析基础上，阐述了钢筋混凝土裂缝对钢筋混凝土结构性能的影响，引起裂缝的原因并提出裂缝控制的相关原则与措施。
关键词：裂缝耐久性裂缝控制
引言
裂缝是钢筋混凝土结构普遍存在的一种缺陷和主要的病害。一般裂缝有两种类型，一种是由于结构的承载力或刚度不足，在荷载作用下产生的裂缝。通常有纵向裂缝和横向裂缝两种。另—种是施工时由于质量缺陷而出现的裂缝，由于裂缝是结构上的重大病害之一，因此不管是哪一种裂缝，只要裂缝的宽度和数量超出规范允许的范围和限度，都会导致结构恶化，影响到桥梁的承载能力和使用寿命，应该引起高度的重视，分析裂缝产生的原因，进行预防与控制，可以有效解决混凝土质量问题。
1 变形荷载与外荷载产生的裂缝
引起人们关注的工程裂缝外在表现是宏观肉眼可见的，裂缝载体的混凝土是一种由粗集料、细集料、水泥石、水和气体所组成的非均质堆聚结构，在成型后随温度、湿度等环境条件的影响会形成肉眼看不到的微裂缝。由于混凝土的组成材料和微观构造不同以及受环境影响的不同，混凝土产生裂缝的原因很复杂，下面就工程中比较常见的裂缝进行阐述。
1.1 外荷载作用引起的裂缝
结构受载后产生裂缝的因素很多，在施工中和使用中都可能出现裂缝。例如早期受地震，脱模过早或方法不当，构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当，施工超载，张拉预应力值过大等均可能产生裂缝。
1.2 混凝土干缩引起的裂缝
在混凝土硬化过程中，产生内部干缩而引起体积变化，当这种体积变化受到约束时，就可能产生干缩裂缝。干缩裂缝处在结构的表面，较细，其走向纵横交错，没有规律性。这类裂缝一般在混凝土露天养护完毕一段时间后，在表层或侧面出现，并随湿度和温度变化而逐渐发展。
1.3 温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩的性质，当环境温度发生变化时就会产生温度变形，由此产生附加应力，当这种应力超过混凝土的抗拉强度时就会产生裂缝，在工程中，这类裂缝比较常见，譬如现浇屋面板上的裂缝、大体积混凝土的裂缝。温度裂缝大多发生在施工的中后期间，缝宽受温度变化影响较明显。
1.4 结构基础不均匀沉降引起的裂缝
　　当结构的基础沉降不均匀时，结构构件受到强迫变形，导致结构物中构件与构件之间产生斜拉和剪切作用，从而使得结构构件开裂，随着不均匀沉降的进一步发展，裂缝会进一步扩大。这类裂缝的大小、形状、方向取决于地基变形的情况。由于地基变形造成的应力一般较大，因此裂缝裂缝宽度较大、多呈45°，并且通常是贯穿性的。
1.5塑性收缩裂缝
塑性裂缝又称龟裂，严格说来属于干缩裂缝，出现很普遍。产生这种裂缝的因素是多方面的：如当新拌混凝土的坍落度较大，而振动时间过长时，水泥浆浮在上层，骨料下沉时受到钢筋或其他物质的约束，出现不均匀沉降，从而使混凝土的表层产生裂缝；浇筑后混凝土表面没有及时覆盖，受风吹日晒，表面水分蒸发过快，产生急剧收缩，而此时混凝土早期强度不能抵抗这种变形应力，因而开裂；使用收缩率较大的水泥，水泥用量过多，或使用过量的细砂和粉砂混凝土水灰比过大，也会导致这种裂缝出现。
2施工阶段产生裂缝的原因
2.1 设计原因：如截面不够、梁的跨度过大、高度偏小，或结构中的受力钢筋截面偏小或板太薄、配筋位置不当、节点不合理、结构构件断面突变或因开洞、留槽引起应力集中，产生的构件裂缝；设计中对构件施加预应力不当，造成构件的裂缝（偏心、应力过大等）；构造处理不当，现浇主粱在搁次梁处如没有设附加箍筋，或附加吊筋以及各种结构缝设置不当等因素导致混凝土开裂，设计中构造钢筋配置过少或过粗等引起构件裂缝（如墙板、楼板）；设计中未充分考虑混凝土构件的收缩变形，采用的混凝土等级过高，造成用灰量过大，对收缩不利。
2.2 材料原因：粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大；集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生；骨料粒径越细、针片含量越大，混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大；水泥等级越高、细度越细、早强越高对混凝土开裂影响很大；混凝土设计强度等级越高，脆性越大，越易开裂。
2.3 混凝土配合比设计原因：当前广泛采用泵送混凝土，对混凝土坍落度、和易性要求高，水灰比和水泥用量增大，水化热相应增大，混凝土收缩加剧；设计中水泥等级或品种选用不当；配合比中水灰比（水胶比）过大；单方水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越大，收缩越大；配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离淅、泌水、保水性不良，增加收缩值；配合比设计中混凝土膨胀剂掺量选择不当。
2.4 施工及现场养护原因：模板构造不当，漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等造成混凝土开裂；施工过程中，钢筋表面污染、混凝土保证层太小或太大，浇筑中碰撞钢筋使其移位引起裂缝，施工控制不严，超载堆荷，导致出现裂缝；现场浇捣混凝土时，振捣或插入不当，漏振、过振或振捣棒抽撤过快，影响混凝土的密实性和均匀性，诱导裂缝的产生；高空浇注混凝土，风速过大、烈日暴晒，混凝土收缩值大；对大体积混凝土工程，缺少两次抹面，易产生表面收缩裂缝。
2.5 使用阶段（外界因素与徐变）：构筑物基础不均匀沉降，产生沉降裂缝；使用荷载超负。野蛮装修，随意拆除承重墙或凿洞等，引起裂缝；周围环境影响，酸、碱、盐等对构筑物的侵蚀，引起裂缝；意外事件，火灾、轻度地震等引起构筑物的裂缝。
同时，泵送混凝土的大量采用，混凝土强度等级日趋提高，水泥标号和用量都增加，导致收缩及水化热增加；结构规模日趋增大，结构形式日趋复杂，超长超厚及超静定结构成为经常采用结构形式，对于各种变形作用的结构约束应力不断增大；外加剂及掺合料种类繁多，有许多外加剂严重的增加收缩变形，甚至降低耐久性；结构设计中经常忽略构造钢筋重要性，因而经常出现构造性裂缝。
3 结语
综上所述，环境的影响、设计的错误、劣质的材料、粗糙的施工是构件产生裂缝的主要原因。在实践中,应根据裂缝的不同特点采用不同的治理方法,使裂缝对构件或结构的危害降到最小，以延长构筑物的使用寿命，从而使钢筋混凝土构筑物能够安全可靠地运行。
作者简介：于太伏（1980,7- ），男，助理工程师。
通讯地址：天津市河西区平山道39#，300070