鋼筋混凝土裂縫機理與控制措施研究

摘 要：鋼筋混凝土施工技術與措施直接關系到混凝土結(jié)構(gòu)的使用性能，如何采取更好的方法來降低混凝土的水化熱，摻和料的用量該如何控制，混凝土原材料的溫度是否可以再降低，這些都有待于在施工實踐中進一步積累經(jīng)驗，采取有效措施，使鋼筋混凝土澆筑中出現(xiàn)的開裂問題能得到更好的解決。本文重點就鋼筋混凝土裂縫機理與控制措施進行了探討和分析。

關鍵詞：鋼筋混凝土；裂縫成因；機理分析

雖然鋼筋混凝土裂縫的出現(xiàn)是無法避免的，但卻可以通過設計中的嚴格控制、混凝土原料的精確選用、提高施工過程中的監(jiān)管力度和落實裂縫出現(xiàn)后的維護方法來有效地控制，從而減少鋼筋混凝裂縫現(xiàn)象的發(fā)生，從而達到鋼筋混凝土裂縫有效控制的目的。混凝土裂縫在建筑中經(jīng)常可以見到，而且隨著科學技術的發(fā)展和實驗技術的完善，特別是有關大體積混凝土的現(xiàn)代實驗設備的出現(xiàn)（如各種實驗顯微鏡、X 光照相設備、超聲儀器、滲透觀測儀等），已經(jīng)證實了大體積混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中也存在著肉眼不可見的裂縫。

一、混凝土裂縫產(chǎn)生的影響因素分析

混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度變化，由此形成的溫度應力是導致產(chǎn)生裂縫的主要原因。這種裂縫分為兩種：混凝土澆筑初期，水泥水化產(chǎn)生大量水化熱，使混凝土的溫度很快上升。但由于混凝土表面散熱條件較好，熱量可以向大氣中散發(fā)，因而溫度上升較少；而混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量散發(fā)少，因而溫度上升較多，內(nèi)外形成溫度梯度，形成內(nèi)外約束。結(jié)果混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應力，面層產(chǎn)生拉應力，當該拉應力超過大體積混凝土的抗拉強度時，大體積混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。混凝土澆筑后數(shù)日，水泥水化熱基本上已釋放，混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結(jié)果引起大體積混凝土收縮，再加上由于混凝土中多余水份蒸發(fā)、碳化等引起的體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束（外約束），不能自由變形，導致產(chǎn)生溫度應力（拉應力），當該溫度應力超過大體積混凝土抗拉強度時，則從約束面開始向上開裂形成溫度裂縫。如果該溫度應力足夠大，嚴重時可能產(chǎn)生貫穿裂縫。混凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果。

二、鋼筋混凝土梁板裂縫成因的分析

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是鋼筋和混凝土構(gòu)成的，是由兩種性質(zhì)不同的材料構(gòu)成的復合型結(jié)構(gòu)。造成鋼筋混凝土裂縫的原因很多，現(xiàn)大概歸納為以下幾點：混凝土因材料選用而產(chǎn)生的質(zhì)量問題或裂縫，一般認為是因為混凝土材料變形受約束所引起的內(nèi)應力大于材料抗拉強度的緣故。另外材料的選用不當，材料中雜質(zhì)含量過多易造成了早期裂縫的產(chǎn)生，并且這種裂縫容易發(fā)展為貫通縫。大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥用量多，水泥水化釋放的水化熱能產(chǎn)生很大的溫度變化和收縮作用，是導致大體積混凝土溫度裂縫的主要原因。任何一個結(jié)構(gòu)的設計均有其計算模型，當計算模型與實際工作狀態(tài)的差異較大時，在外荷載作用下結(jié)構(gòu)就很可能形成裂縫。且設計中采用的混凝土等級過高，造成用灰量過大，對收縮不利，也易造成裂縫。在使用過程中，改變原來使用功能的舉動也會導致計算與實際荷載的不相符，增大結(jié)構(gòu)使用荷載加速裂縫的開展。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在受到外部因素影響時，比如溫度、拉伸力等，會產(chǎn)生一定的變形，形成收縮裂縫或者膨脹裂縫等。另外，混凝土結(jié)構(gòu)如果存在不均勻沉降的情況，也容易產(chǎn)生裂縫。基礎的沉降變形，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應力，當附加應力超過了混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強度時，就導致混凝土出現(xiàn)裂縫。這類裂縫的大小、形狀、方向取決于地基變形的情況。由于地基變形造成的應力較大，故裂縫寬度較大，并且通常是貫穿性的，危害也是非常大的。

三、鋼筋混凝土裂縫控制策略分析

（一）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(xiàn)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(shù)，防止溫度收縮開裂。再者，設置構(gòu)造鋼筋，控制裂縫寬度，限制其發(fā)展，減少裂縫間距，將裂縫寬度控制在標準范圍內(nèi)。

（二）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(jié)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(fā)作用下出現(xiàn)減少時，容易導致彎液面生成拉力，塑性收縮值較高。自生收縮作為一種水泥水化作用下的收縮，依據(jù)常規(guī)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(huán)境濕度發(fā)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(xiàn)場，要完善標號較低混凝土自生收縮，及時進行加水養(yǎng)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。凝結(jié)硬化收縮裂縫控制主要可以從下幾個方面來進行：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(yǎng)護時，尤其是早期養(yǎng)護，模板外側(cè)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(yǎng)護。在澆筑混凝土后防止干燥空氣進入。

四、結(jié)束語

混凝土收縮開裂影響因素復雜，為了有效預防開裂現(xiàn)象的發(fā)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(zhí)行相關施工要求，加強養(yǎng)護管理，結(jié)合后澆帶與構(gòu)造配筋等控制開裂策略，從而防止開裂。對體形復雜、地基不均勻沉降值大的構(gòu)筑物更應嚴格控制，同樣， 也可以和其它結(jié)構(gòu)縫合并使用。

參考文獻：

[1]陳肇元. 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設計中鋼筋保護層的建議[J]. 企業(yè)文化，2015.

[2]張嘉譯.混凝土結(jié)構(gòu)技術規(guī)范的問題討論與研究[J].混凝土，2014.