浅谈钢筋混凝土结构的裂缝成因及其控制

　　摘要：钢筋混凝土裂缝问题一直严重困扰着混凝土的施工质量，需要设计、监理及施工等各方的重视和多方面的努力，尽可能采取有效的技术措施控制裂缝，使结构尽量不出现裂缝，特别是避免有害裂缝的出现，以确保工程质量，使建筑物具备良好的耐久性和结构稳定性。
　　关键词：钢筋混凝土，结构裂缝，控制措施
　　一、钢筋混凝土结构的裂缝概述
　　在建筑物的建造和使用过程中，结构的裂缝问题，是一个相当普遍的质量问题，不仅影响到结构的美观，也可能影响结构的正常使用与耐久性。因此如何解决这种常见的混凝土裂缝，是设计者和施工者都不可忽视的问题。
　　二、裂缝的种类及成因分析
　　实际上，钢筋混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因，比如：原材料不符合要求，设计不当，温度和湿度的变化，基础不均匀沉降，模板变形和养护不及时等。混凝土结构裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：
　　1、材料质量引起的裂缝。
　　混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。混凝土所采用材料的质量不合格，可能导致结构出现裂缝。①水泥安定性不良，过期受潮，含碱量较高会导致混凝土的裂缝产生。②沙石含泥量超过规定，不仅降低混凝土的强度和抗渗性，还会使混凝土干燥时产生不规则的网状裂缝。砂石的级配差，或砂颗粒过细，用这种材料拌制的混凝土常造成侧面裂缝。③拌和用水及外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。
　　2、设计构造。
　　如结构受力假设与实际受力不符、荷载少算或漏算、内力与配筋计算错误、钢筋设置偏少或布置错误、节点不合理、结构构件断面突变或因凿槽、开洞、设置牛腿引起应力集中,构造处理不当，以及各种结构缝设置不当等因素均容易导致混凝土开裂。
　　3、温度裂缝
　　混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或原有混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。
　　4、湿度变形。
　　混凝土在空气中结硬时，体积会逐渐减小，一般谓之干缩。收缩裂缝较普遍，常见于现浇墙板式结构、现浇框架结构等，通常是因为养护不良造成。其发展规律是早期快，后期缓慢。
　　5、沉陷裂缝
　　沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。裂缝宽度受温度变化的影响较小。地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
　　6、施工工艺
　　混凝土的搅拌、运输、浇捣、振实各道工序中的任何缺陷和疏漏,都可能是裂缝产生的直接或间接原因。模板构造不当,漏水、漏浆、支撑刚度不足、支撑的地基下沉、过早拆模等都可能造成混凝土开裂。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等都可能引起裂缝,施工控制不严,超载堆荷,也可能导致出现裂缝。混凝土养护,特别是早期养护质量与裂缝的关系密切,混凝土尚处于未完全硬化状态时,如干燥过快,则产生收缩裂缝,通常发生在表面上,裂缝不规则,宽度小。
　　三、裂缝的控制措施
　　裂缝控制的主要措施是通过对设计、原材料、施工等方面进行控制的综合技术措施。包括：合理选择结构形式，加强构造配筋，降低砂率，增加骨料粒径，选用适宜的外加剂，采取保温保湿的养护措施等。
　　（一）设计方面的控制措施
　　（1）建筑平面造型在满足使用要求的前提下，力求简单，平面复杂的建筑物，容易产生扭曲等附加应力而造成墙体及楼板开裂；控制建筑物的长高比，增强整体刚度和调整不均匀沉降的能力。
　　（2）设计中应尽量避免结构断面突变带来的应力集中。当无法回避时，应做局部处理，如转角处做圆角，突变处做成渐变过渡，同时加强构造配筋，转角处增配斜向钢筋。
　　（3）减少地基的不均匀沉降。在基础设计中可以采取调整基础的埋置深度、不同的地基计算强度和采用不同的垫层厚度等方法，来调整地基的不均匀变形。
　　（4）构件配筋要合理，间距要适当。在构件截面允许、配筋率不变而且浇筑方便的条件下，钢筋直径越细、间距越小则对预防开裂越有利。
　　（5）正确地设置沉降缝。沉降缝位置和缝宽的选定合适，构造要合理，可以和其它结构缝合并设置。
　　（二）材料方面的控制措施
　　(1)水泥：根据工程条件不同，尽量选用矿渣水泥、粉煤灰水泥等水化热较低、强度较高的水泥，严禁使用安定性不合格的水泥。
　　(2)粗骨料：适用表面粗糙、质地坚硬的石料。级配良好、空隙率小、有害物质及泥土含量和压碎指标值等满足相关规范及技术规范规定。
　　(3)细骨料：一般采用天然砂。宜用颗粒较粗、空隙较小的砂、对运送混凝土宜选用中砂；所选的砂有害物质及混凝土含量和坚固指标等应满足相关规范及技术规程规定。
　　(4)外掺加料：宜选用具有减水、增强和缓凝的外加剂，可提高混凝土的流动性、粘聚性及泵送性能，降低用水量和水泥用量，降低水化热，减少收缩。
　　（三）混凝土配料、搅拌、运输及浇筑措施
　　(1)配合设计应尽量采有低水灰比、低水泥用量、低用水量。配制混凝土时计量应准确，要严格控制水灰比和水泥用量，禁止任意增加水泥用量。搅拌要均匀，离析的混凝土必须重新拌匀后，方可浇灌。
　　(2)混凝土运输过程中，车鼓保持在每分钟约6转，并到工地后保持搅拌车高速运转到4至5分钟，以使混凝土浇筑前充分再次混合均匀。
　　(3)混凝土浇筑时应防止离析现象，振捣应均匀、适度、根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除泌水、混凝土内部的水分和气泡。
　　(4)一次浇筑长度由垂直施工缝分割，最好是设置在变截面处或承受拉、剪、弯应力较小的部位。除控制一次浇筑厚度外，分层位置即水平施工缝留设位置也应加以注意，一般来说，因尽量留在变截面处，或远离受拉钢筋部位而设在混凝土的受压区。
　　（四）施工过程工艺控制
　　(1)模板工程的模板构造要合理，以防止模板各构件间的变形不同而导致混凝土裂缝；模板和支架要有足够的刚度，防止施工荷载作用下，模板变形过大造成开裂；合理把握拆模时机，拆模时间不能过早，应保证早龄期混凝土不损坏或开裂。
　　(2)加强地基的检查与验收工作，基坑开挖后应及时通知勘察及设计单位到现场验收。对较复杂的地基，设计方在基坑开挖后应要求勘察补钻探，当探出有不利地质情况时，必须先对其加固处理，并经验收合格后，方可进行下一步施工。
　　(3)钢筋绑扎位置要正确，保护层厚度要尽量准确，不要超出规范规定；钢筋间距过大,易引起钢筋之间的混凝土开裂；钢筋表面应洁净，钢筋品种、规格、数量的改变、代用,必须考虑对构件抗裂性能的影响。
　　(4)大体积混凝土施工，应做好温度测控工作，采取有效的保温措施，保证构件内外温差不超过规定。确定浇筑时间的原则应尽量避开炎热天气和昼夜温差大的日子，如果必须在夏季施工，则应采取材料降温措施来控制砼入模温度。
　　（五）养护、保护
　　养护的目的是使混凝土正常硬化，强度增长，不受或少受外界影响。技术关键是设法使混凝土的温度慢慢下降到接近外界气温，缩小降温过程中的温差。以便减小温度应力，阻止裂缝的产生。
　　(1)早期养护：在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要。加强混凝土的早期养护，并适当延长养护时间，以减少混凝土的收缩变形。刚浇筑后的混凝土尚处于凝固硬化阶段，水化速度较快，须采取覆盖保湿措施防止混凝土表面脱水而产生干缩裂缝。在气温高、湿度低或风速大的条件下，更应及早进行喷水养护。
　　(2)成品保护：对于厚大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施(埋设散热孔、通水排热等)，避免水化热高峰的集中出现、降低峰值。浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝。混凝土浇筑完后，待混凝土达到一定强度后方可允许在混凝土表面进行施工作业。
　　四、结论与建议
　　综上所述，钢筋混凝土裂缝问题一直严重困扰着混凝土的施工质量，需要设计、监理及施工等各方的重视和多方面的努力，尽可能采取有效的技术措施控制裂缝，使结构尽量不出现裂缝，特别是避免有害裂缝的出现，以确保工程质量，使建筑物具备良好的耐久性和结构稳定性。随着当今对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高，相信钢筋混凝土结构裂缝问题可以得到有效解决。