钢筋混凝土的裂缝分析与控制

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-03-29 09:58 关注：(1)

钢筋混凝土的裂缝分析与控制

魏 坤1 贾翠琴2 张 丽1

摘 要：混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而又难于解决的工程技术问题。本文分析了混凝土产生裂缝的原因和影响因素，概括介绍了裂缝的控制与处理措施。

关键词： 混凝土 裂缝 控制

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引言

钢筋混凝土结构普遍的质量问题就是裂缝，且随着工程建设规模迅猛发展，裂缝问题成为具有相当普遍性的技术难题。混凝土产生裂缝的原因有多种，但根本原因是混凝土中的拉应力超过了混凝土的抗拉强度。具体可归结为温度和湿度变化、外荷载产生的变形过大和施工方法不当这三种原因。

1混凝土裂缝控制原则

尽管钢筋混凝土结构的裂缝是不可避免的，但其有害程度却是可以控制的，有害与无害的界限由工程结构使用功能决定的，裂缝控制的主要方法是通过设计、施工、材料等方面综合技术措施将裂缝控制在无害范围内。综合技术措施包括：合理选择结构形式，降低结构约束程度，对与水平构件梁、板、墙等采用中低强度级混凝土，加强构造配筋，如板顶部的受压区连续配筋，板的阳角及阴角配置放射筋，增加梁的腰筋间距200mm。优选有利于抗拉性能的混凝土级配，尽力减小水灰比、减少坍落度、降低砂率增加骨料粒径，降低含泥量及杂质含量。选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料。采取保温保湿的养护技术，尽量利用混凝土后期强度(60天)。对于超长结构可采取跳仓浇灌或后浇带方法施工。对于复杂的结构难免出现少量裂缝影响正常使用和耐久性。裂缝分为表面裂缝，浅层裂缝，纵深裂缝(深层裂缝)，贯穿裂缝等。少量有害裂缝采用近代化学灌浆技术处理，满足设计使用和耐久性要求，不应因此降低工程质量评定标准。

2 混凝土裂缝的产生与处理措施

2.1温度裂缝

（1）原因分析

水泥水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出50.2J的热量，如果以水泥用量350-550Kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500-27500KJ的热量，从而使混凝土内部温度升高，通常在浇筑温度的基础上升高35℃左右。笔者在浇筑广西柳州市工人医院X射线治疗室大体积混凝土时对其内部温度进行跟踪测定，最高时高达85.6℃。水泥水化热在1-3天可放出热量的50%，由于热量的传递、积存，混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后3-5天，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，所以混凝土中心温度低，形成温度梯度，产生温度变形和温度应力。当这种温度应力超过混凝土的内外约束力（包括混凝土抗拉强度）时，就会产生裂缝。这种裂缝一般出现在浇筑后的3-5天，初期出现的裂缝很细，随着时间的推移而继续扩大，甚至达到贯穿的情况。

（2）控制措施

混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。因此控制大体积混凝土温度裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。

a．宜选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。大量试验研究和工实践表明，每m3混凝土的水泥用量增减10Kg，其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低1℃；

b．掺加粉煤灰和外加剂：掺加原状或磨细粉煤灰，可以降低混凝土中水泥水化热，减少绝热条件下的温升，效果非常显著。试验表明：掺加20%粉煤灰的水泥混凝土，其温升和水化热约为未掺粉煤灰的水泥混凝土的80%。外加剂由于其减水作用和分散作用，在降低用水量和提高强度的同时，还可以降低水化热，推迟放热峰出现的时间，从而减少温度裂缝发生的可能性；

c．控制混凝土出机温度和浇筑温度：最有效的办法是降低石子温度，混凝土中石子比热最小，但每m3混凝土中石子所占重量最大。在气温较高时，为了防止太阳直接照射，可以在砂石堆场搭设简易遮阳棚，必要时可向集料喷淋雾状水，或者在使用前用冷水冲洗集料；

d．改进振捣工艺和养护工艺：对已浇筑的混凝土，在终凝前进行二次振捣，可排除混凝土因泌水，在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件下，是一个十分重要和关键的工作。养护条件对混凝土的收缩影响很大，养护14天的收缩比养护3天的收缩降低约20%。环境相对湿度越低，风速越大，收缩越大，高空浇灌容易引起开裂，如高架桥梁及桥墩。同时在潮湿条件下，可使水泥的水化充分、完全，从而提高混凝土的抗拉强度。

2.2沉陷（塑性）收缩裂缝

（1）原因分析

这种裂缝产生的原因是流动性过大和流动性不足以及不均匀，在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够，当混凝土沉陷时受到钢筋、模板抑制以及模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇筑后1-3小时出现，裂缝的深度通常达到钢筋上表面。

（2）控制措施

a．要严格控制混凝土单位用水量在170Kg/m3以下，水灰比在0.6以下，在满足浇筑要求时，尽可能减少坍落度。b．混凝土搅拌时间要适当，过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷。c．混凝土浇筑时，下料不宜太快，防止堆积或振捣不充分。d．在炎热的夏季和大风天气，为防止水分激烈蒸发，形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝，应采取措施缓凝和覆盖。e．遵循“精料供应”的原则，混凝土中的较大含泥量及其它杂质可以明显地降低混凝土的抗拉性能，有的混凝土骨料中混入有害膨胀物引起混凝土的崩裂。

2.3干缩裂缝

（1）原因分析

干燥收缩的主要原因是水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。混凝土的干燥收缩由于集料的干燥收缩很小，因此主要是由于水泥石干燥收缩造成的。混凝土的水分蒸发、干燥过程是由外向内、由表及里，逐渐发展的，由于混凝土蒸发干燥非常缓慢，产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上，有时甚至一年半载，而且裂缝发生在表层很浅的位置，裂缝细微。但是应当特别注意，由于碳化和钢筋锈蚀的作用，干缩裂缝不仅严重损害薄壁结构的抗渗性和耐久性，也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成为更严重的裂缝，影响结构的耐久性和承载能力。

（2）控制措施

a．从减少收缩的角度出发，宜采用中低水泥和粉煤灰水泥。不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为：矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。

b．严格控制单方混凝土用水量：混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大，在同一水泥用量条件下，混凝土的干燥收缩和用水量成正比，为直线关系；当水泥用量较高的条件下，混凝土的干燥收缩随用水量的增加而急剧增大。综合水泥用量和用水量来说，水灰比越大，干燥收缩越大。

c．合理使用“双掺”技术：为降低用水量，掺加适当数量干燥收缩小的、减水率高、分散性好的外加剂是非常必要的。矿渣、硅藻土、火山灰等粉状掺合料，一般都会增大混凝土的干燥收缩。但是质量良好，含有大量球状颗粒的一级粉煤灰，由于内比表面积小，需水量少，却能降低混凝土的干燥收缩值。

d．掺加膨胀剂补偿收缩：在地下室和防水工程中，掺加入适量的膨胀剂可以起到收缩补偿作用，有利于防止裂缝。但一定要严格控制掺量和保证混凝土有足够强度，否则混凝土会肿胀和开裂。

e．养护时间和方法：混凝土浇筑面受到风吹日晒，表面干燥过快，产生较大的收缩，受内部混凝土的约束，在表面产生拉应力而开裂。必须在混凝土终凝之前进行早期保温、保湿养护。

f．合理配置构造钢筋、重视施工质量：混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用，但与配筋率的高低有关。构造钢筋细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸。有些桥梁工程的桥墩由于施工质量及过大的坍落度，形成了中部骨料多，外部或上表面砂浆厚，从而形成极不均匀的收缩，砂浆和水泥浆的收缩比混凝土的收缩约增加2-5倍。

3 结语

裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会对外观造成影响，而且降低材料的耐久性，影响结构的承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，贯彻预防为主的原则，加强设计施工及使用等方面的管理，在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。

作者简介：魏坤（1980- ），女，工程师，大学本科毕业，从事技术管理工作。