浅析钢筋混凝土构件裂缝成因与防控

浅析钢筋混凝土构件裂缝成因与防控

周 鹏

上海同豪土木工程咨询有限公司，湖北 武汉 430070

摘要：应对社会经济的快速发展，我国的基础建设持续多年大规模投入，完善交通体系的同时，桥梁的建设规模、难度不断增大。裂缝作为钢筋混凝土构件的主要病害之一，对结构的安全性、耐久性造成巨大威胁。文章简要分析了钢筋混凝土构件的裂缝主要成因，进一步阐述控制裂缝产生、发展的主要方法。

关键词：混凝土结构、裂缝成因、裂缝控制

0. 引言

混凝土构件裂缝成因较多，自然环境、施工条件、施工工法、施工水平、材料性能、养护条件、运营等均会对其造成较大影响，本文仅对主要非随机因素展开论述。

0. 裂缝的主要成因

1. 环境温度

普通钢筋砼构件经受各种自然环境条件变化的影响。其中对其影响最大的是温度。自然环境条件变化引起的温度荷载一般可分为三种类型：日照温度荷载、骤然温降温度荷载和季节温度荷载。

1. 日照温度荷载

日照温度荷载对结构物的影响作用主要是针对混凝土材料而言，由于混凝土材料较差的导热性能导致日照温度荷载对其影响较大，太阳辐射作用下，混凝土构件的局部升温和较大的温度梯度，使结构物处于一个很复杂的温度场中。工程应用方面对于日照温度的考虑只能通过大量实测资料进行近似的数值分析。日照温度荷载对结构物的作用时间较短。

2. 骤然温降温度荷载

骤然温降温度荷载产生的主要原因为强冷空气的侵袭，在这种荷载作用下，混凝土外部结构及主构件外的表面骤然降温，较大的混凝土构件内外会形成温度梯度。这种温度荷载与日照温度荷载有相似之处，二者都会在混凝土构件内产生较大的温差作用。骤然温降温度荷载的温度变化较日照温度荷载要缓慢一些，但降温幅度一般较大。对于工程结构来说，这种荷载的主要考虑因素为温度降低值和风速。

3. 季节温度荷载

季节温度荷载的特点为对结构物产生长期而缓慢的作用，结构物整体温升或温降。工程中考虑季节温度荷载较为方便，大多都以结构物的平均温度为依据，根据史料考虑温度荷载一般采用月平均气温，温度变化幅度一般以年最高与最低月平均气温差值来定义。

下面列出三种荷载的不同特性，见表1-1。

表1-1 各种温度荷载特点表

2. 混凝土内部影响因素

1. 混凝土水化热

混凝土结构浇筑后，伴随混凝土凝固过程，其内部有大量的热量产生，由于混凝土的导热性能较差，结构物内部热量不易散出，表面温度通过与空气的热交换温度较低，这样在混凝土构件中就形成了较大的温度梯度。

混凝土结构内部由于水化热产生的最高温度一般出现在浇筑后1d~3d，其浇筑早期受力主要由于水化热产生的温度荷载作用，故水化热是混凝土早期开裂的重要因素。

2. 混凝土收缩

混凝土在凝结硬化的过程中产生的体积缩小现象统称为收缩，根据原因的不同混凝土收缩主要分为三类：第一类干燥收缩，主要原因为混凝土凝固过程中水分的散失，在混凝土浇筑早期所占比重较大，也是混凝土收缩的主要部分。第二类是自生收缩，主要由于混凝土内部的化学反应产生，是由水泥水化反应所产生的固有收缩。第三类是碳化收缩，这种收缩伴随混凝土的全部龄期，主要是由于水泥的水化物与空气中二氧化碳发生的化学反应。素混凝土在无约束的条件下，收缩只会导致其体积缩小，不会有应力产生，但配有钢筋的混凝土中，钢筋会对混凝土收缩产生约束作用，在混凝土内产生拉应力。较大的收缩应变将会产生较大的拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉极限强度时，混凝土内部就会有裂缝产生。

3. 外荷载的作用

混凝土抗拉强度远小于其抗压强度值，在外荷载的作用下，结构物中较小的应力状态都会导致混凝裂缝的产生，混凝土结构由于荷载作用产生的裂缝根据荷载的不同具有不同的特点：

1. 中心受拉构件，裂缝一般贯穿与构件横截面，钢筋混凝土结构在钢筋附近可能会产生次裂缝；

2. 中心受压构件，裂缝会沿轴向分布且相互平行；

3. 受弯构件的裂缝一般出现在受拉区边缘，与裂缝出现位置主应力方向垂直。

4. 受剪构件，这里主要指梁的受剪裂缝，这种受力状态一般会出现梁端腹部45度方向的斜裂缝。

0. 裂缝防控措施

1. 设计优化

钢筋混凝土构件设计过程中，应当充分的考虑当地温度、气候及地质条件。

1. 采用合理的结构型式及结构尺寸，减小由日照、季节、气候等条件产生的整体升降温、梯度温差等作用，降低温度应力；

2. 选用合理的基础类型及边界条件，减小由基础变形对结构物产生的附加荷载；

3. 根据环境类别选取混凝土构件钢筋保护层厚度，根据荷载要求合理配筋、配束，提高构件自身的抗裂性能；

4. 设置伸缩机构满足构件变形的需求，降低结构内应力水平。

2. 材料选取

1. 选择水化热较低的水泥品种，采用合理的混凝土配合比设计，在保证混凝土强度的前提下，适当增加其他掺合料的用量，降低混凝土水化热；

2. 选择良好集配的粗骨料，严格控制其含泥量，降低水泥用量，减少干缩裂缝的产生；

3. 特殊部位混凝土可通过掺加纤维等方式，提高混凝土抗拉性能。

3. 施工工艺控制

1. 施工过程中，应严格控制钢筋保护层厚度，避免因保护层厚度过大，造成构件局部配筋数量不足，混凝土表面应力过大产生裂缝。

2. 严格控制原材料温度、混凝土出罐温度，以降低混凝土浇筑的原始温度。

3. 分段、分层浇筑，混凝土在浇筑过程中均匀摊铺，分层浇筑，避免拌合物堆积过大造成混凝土局部温度过高。对构件进行分段，以减少单次浇筑混凝土方量。

4. 混凝土凝固早期采取合理的保温措施，延缓构件外表面降温速度，以降低混凝土内外温差产生的应力；浇筑后及时排除构件表面积水，加强早期养护，提高混凝土早期或相应龄期的强度及弹性模量

4. 运营及养护

1. 运营过程中严禁超载，避免外荷载达到或超过结构正常使用极限状态，造成构件产生初始裂缝或使既有裂缝发展；

2. 已产生的裂缝，须及时修补，必要情况下可通过结构加固的方法，增加结构的承载能力和耐久性。

0. 结束语

综上所述，对于混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题，需经过设计、施工和管养各个环节上的控制和配合。随着我们对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不断发展和施工技术水平的不断提高，相信混凝土裂缝问题在不远的将来能够得以圆满的解决。

参考文献

[1]马浪.关于道路桥梁施工中裂缝成因分析及预防对策[J].黑龙江交通科技，2020（5）：85-87.

[2]徐有航.道路桥梁施工中的裂缝成因及预防措施[J].住宅

与房地产,2017(18):270.