浅析混凝土的开裂问题

徐 驰，徐晓枫，赵扬成

(江苏润扬交通工程集团有限公司)

1 结构性裂缝

主要是荷载引起，表现为横向开裂。

因此，混凝土在浇注后的养护期内，不能让其承受荷载。

因结构性裂缝的宽度与保护层的厚度是矛盾的，英国：裂缝宽度为保护层厚度×0.04，因此对保护层的厚度应控制在3 cm左右。

图1 混凝土受弯、受剪构件的裂缝

2 变形作用引起的裂缝(80%)

在温度变化时，混凝土结构的伸长或缩短的变形值(△L)与长度、温差和材料有关

式中：△L为随温度变化而伸长或缩短的变形值，cm;L为结构长度，cm;t2-t1为温度差，℃;α为材料的膨胀系数，混凝土为1.0×10-5。

这个问题的关键是控制温差，我们应控制温差不大于25℃。(规范规定)。

对于大体积混凝土，它的中心点各龄期水化热升降温度曲线。

图2 混凝土入模温度28℃

为控制由温差引起的变形而导致混凝土开裂，规范规定，一般混凝土浇注完成后，应在收浆后尽快予以覆盖和洒水养护。对于炎热天气浇筑的混凝土以及桥面等大面积裸露的混凝土，有条件的可在浇筑后立即加设棚罩，待收浆后再予覆盖和洒水养生。当气温低与5℃时，应覆盖保温，不得向混凝土面上洒水。

3 混凝土收缩变形

终凝前的收缩，主要是水分蒸发，骨料下沉，砂浆上浮。

各龄期混凝土收缩变形值εy(t)随许多具体条件和因素的差异而变化，一般按下列指数函数表达式计算：

混凝土(钢筋混凝土)是多相复合材料(不同的膨胀系数，不同的收缩)，内部潜伏着随时间变化的残余应力，在自发和诱发因素作用下引起内部与外部裂缝，混凝土微观裂缝是不可避免，一定程度宏观裂缝也是不可避免，就将裂缝定了有害与无害裂缝的界限。0.1～0.2mm防渗混凝土，0.3～0.4mm正常混凝土，我国允许无害为＜0.3mm。

预应力为0，因预应力钢筋的锈蚀比普通钢筋快，预应力混凝土不允许开裂，但混凝土的强度高C50，混凝土就易开裂，这是一个矛盾，08奥运规定混凝土不许超过设计强度30%，当裂缝宽度W≥0.02～0.05mm，就成为肉眼可见，当W＜0.02mm时，肉眼不可见。

4 混凝土裂缝控制施工计算

(1)水化热绝热温升值，按下式计算。

式中：T(t)为浇完一段时间后，混凝土的绝热温升值，℃;mc为每立方米混凝土水泥用量，kg/m3;Qc为水泥水化热量，J/kg，见表;c为混凝土的比热，一般取0.92 ～1.00，取0.965/kg·k;ρ为混凝土的质量密度，取2 400kg/m3;e为常数，为2.718;m为与水泥品种，浇捣时与温度有关的经验系数，一般为0.2～0.4;t为混凝土浇筑后至计算时的天数d。

(2)各龄期混凝土的收缩变形值，见前三。

(3)混凝土的收缩变形换成当量的温差，按下式计算。

式中：Ty(t)为各龄期(d)混凝土收缩当量温差，℃，负号表示降温;εy(t)为各龄期混凝土的收缩相对变形值;α为混凝土的线膨胀系数，取1.0×10-5。

(4)各龄期混凝土的弹性模量按下式计算。

式中：E(t)为混凝土从浇筑后至计算时的弹性模量，MPa;计算温度应力时，一般取平均值;Ec为混凝土的最终弹性模量，MPa，可近似取28 d 的弹性模量：C20为 2.55 ×104，C25为2.8 ×104，C30为 3.0×104，C35为 3.15 ×104，C40为 3.25 ×104，C45为3.35 ×104，C50为3.45 ×104，C55为3.555 ×104，C60为3.6 ×104。

(5)混凝土的温度收缩应力。

大体积结构(厚度大于1m)贯穿性或深进的裂缝，主要是由平均降温差和收缩差引起过大温度收缩应力所造成的，混凝土因外约束引起的温度(包括收缩)应力(二维时)可按下简化公式计算：

式中：σ为混凝土的温度，(包括收缩)应力，MPa;△T为混凝土的最大综合温差，℃;T0为混凝土的入模温度，℃，如为负则是降温;Th为混凝土浇筑后达到稳定时的温度，一般根据历年气象资料取当年平均温度，℃;S(t)为考虑徐变影响的松弛系数，一般取0.3～0.5，(可见徐变不产生裂缝);R为混凝土的外约束系数，当为岩石地基时R=1;当为可滑动垫时，R=0;一般基地取0.25～0.5;ν为混凝土的泊松比，可采用0.15 ～0.20。

例：大型基础混凝土采用C20，用425#矿渣水泥配制，水泥用量为275 kg/m3，水灰比为0.6，Ec=2.55 ×104MPa，T(y)=9，S(t)=0.3，R=0.32，混凝土浇筑灌入模温度为14 ℃，当地平均温度为15℃，由天气预报知养护期间月平均最低温度为3℃，试计算可能产生的最大收缩应力和露天养护期间(15 d)可能产生的温度收缩应力及抗裂安全度。

解：由表可知，Q=335 J/kg·c;c=0.96 J/kg·k，ρ=2 400kg/m3。

混凝土15 d水化热绝热温度及最大的水化热绝热温度为：

由计算知基础在露天养护期间混凝土有可能出现裂缝，在此期间混凝土表面应采取养护和保温措施，使养护温度加大(即Th加大)，综合混差△T减小，使计算的 σ15小于0.975/1.15=0.85 MPa，则可控制裂缝出现。

在大体积混凝土浇灌后，根据实测温度值和绘制的温度升降曲线，分别计算各降温阶段的混凝土温度收缩拉应力，如果累计总拉应力不超过同龄期的混凝土抗拉强度，则表示可采取防裂措施能有效的控制预防裂缝的出现，如超过该阶段时的混凝土抗拉强度，则应采取加强养护，保温(即使覆盖回填土)等措施，使其缓慢降温和收缩，提高该龄期的混凝土的抗拉强度，以控制裂缝的出现。