浅析钢筋混凝土结构的裂缝成因及控制

沈 伟 高兴岩 候召松

钢筋混凝土结构应用于土木工程的各个领域，但混凝土材料拥有自身缺陷。由于混凝土抗拉强度低、延性差，在使用中由于荷载或其他因素会导致裂缝产生。如果这些裂缝过宽、过多、或过深，不仅会使混凝土中钢筋外露，导致钢筋锈蚀，加快结构破坏速度，而且还会影响结构美观。因此，为了减小裂缝和变形对结构的使用性、耐久性和安全性的影响，在设计和施工过程中应充分认识钢筋混凝土结构裂缝产生的原因、控制方法，将裂缝宽度和变形控制在允许的范围内。

1 产生裂缝的原因

1.1 荷载作用裂缝

荷载产生的裂缝也称结构性裂缝，荷载引起的裂缝是设计中应该考虑的裂缝。

1)抗弯裂缝。梁、悬臂梁、楼板等构件，在其受弯矩较大的地方，受拉的一侧会产生裂缝。

2)抗压裂缝。轴心受压短柱的裂缝首先出现细微裂缝，不断扩展出现细小的纵向裂缝，在临近破坏时，这些纵向裂缝相互贯通，外层混凝土剥落，并逐渐向内发展;轴心受压长柱的裂缝在受压侧最先出现数条纵向裂缝，随后混凝土被压碎。纵筋压曲向外鼓出，使这一侧混凝土受拉，出现垂直于柱的纵轴横向裂缝;偏心受压柱会在受拉区首先产生横向裂缝并不断向内部扩展，临近破坏时，主裂缝明显开展，而后受压区出现纵向裂缝。

3)抗剪切裂缝。钢筋混凝土在其剪力和弯矩共同作用下的弯剪区段内将产生斜裂缝。斜裂缝主要有两类:腹剪斜裂缝和弯剪斜裂缝。腹剪斜裂缝中间宽两头细，呈枣核形。弯剪斜裂缝是最常见的，起初出现一些较短的垂直裂缝，然后扩展成斜裂缝，向受力点方向发展，这种裂缝上细下宽。

4)抗扭裂缝。裂缝多与截面呈 45°角，并以螺旋形向相邻截面延伸。

1.2 非荷载作用裂缝

1)塑性收缩裂缝。混凝土浇筑完成后不久，由于混凝土表面水分的蒸发速度超过泌水速度时，就容易产生这种形式的裂缝。当水泥浆量大、水泥细度大、水灰比低和初期养护时间短时，混凝土易产生塑性收缩裂缝。

2)温度裂缝。混凝土硬化期间水泥放出大量的水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在温度降低过程中由于受到基础或老混凝土的约束，又会在水泥内部出现拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即出现裂缝[1]。

3)塑性沉降裂缝。由于重力作用，骨料下沉，会使混凝土表面泌水，如果混凝土的沉陷受到钢筋限制，就会产生此裂缝。

4)干缩裂缝。干缩是混凝土出现裂缝的一个重要原因，由于混凝土硬化，混凝土中水分散失，体积收缩，当收缩受到限制时，混凝土中将产生拉应力，这种拉应力会产生裂缝。干缩裂缝常出现在垂直于拉应力方向。

5)钢筋锈蚀裂缝。混凝土内部环境对钢筋起保护作用，当混凝土处于腐蚀的环境作用下，由于保护层厚度有限，振捣不密实时，外界腐蚀物质进入混凝土，使混凝土碱度降低，引起钢筋锈蚀。钢筋锈蚀后体积膨胀，使混凝土产生裂缝，严重时混凝土保护层成片剥落。

2 裂缝的控制

2.1 裂缝控制的含义

混凝土裂缝控制首要含义是混凝土微观裂缝演化的全过程控制，包括微观裂缝的产生控制、微观裂缝的演化过程控制和微观裂缝演化结果控制。裂缝控制的另一层含义是构件开裂程度的控制，包括裂缝宽度控制、裂缝数量和长度控制、裂缝分布和稳定性控制。这也是混凝土微观裂缝演化全过程控制的最终目的和结果[2]。

2.2 裂缝控制的措施

2.2.1 设计构造方面

在进行结构设计时，应严格遵循设计规范要求，充分考虑施加在结构上的荷载及其产生的附加应力，合理配置钢筋及保护层厚度。具体方法有[3]:1)在普通钢筋混凝土结构中，不宜采用高强钢筋。否则，在使用阶段荷载作用下，结构中钢筋应力会较高，导致裂缝过宽，无法满足正常使用要求;2)带肋钢筋的粘结强度较光面钢筋大得多，因此采用带肋钢筋是减小裂缝宽度的有效措施;3)采用小直径钢筋，因表面积大而使粘结力增大，可使裂缝间距和裂缝宽度减小。因此，只要施工方便，应尽可能选用较细直径的钢筋;4)混凝土保护层越厚，裂缝宽度越大，因此从维护建筑外观出发不宜采用过厚保护层。但保护层越厚，混凝土越密实，钢筋越不宜被锈蚀，所以从防止钢筋锈蚀角度出发，保护层宜适当加厚;5)解决裂缝宽度问题的最有效的方法是采用预应力混凝土结构，它可以使构件减小裂缝或不出现裂缝。

2.2.2 选材方面

1)水泥。一般来说，水泥品种优选次序是硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥。选择品种时应充分了解各种水泥特性，同时水泥强度应与配制的混凝土等级相适应。为防止混凝土早期开裂，在保证混凝土强度前提下，尽量少放水泥;2)细骨料。细骨料应采用级配良好、质地坚硬、含泥量小的砂子。用砂应同时考虑细度模数和级配两项指标。必要时应清洗有害杂质和进行碱活性检测，使裂缝产生几率降至最低;3)粗骨料。粗骨料应具有足够的强度。采用连续粒级可以使混凝土和易性较好，不易产生分层离析现象，必要时应进行碱活性检测;4)外加剂。可以选择使用膨胀剂和减缩剂。膨胀剂可以补偿混凝土自身收缩、干缩和温度变形，提高混凝土密实性。减缩剂可以减小自收缩，具有防裂功能;5)拌合用水。优选生活饮用水，如选用其他水源，必须按国家规定检测水质，合格后方能使用。

2.2.3 施工方面

1)坍落度控制。坍落度影响混凝土均匀性。为保证混凝土均匀性，应随时测定混凝土坍落度，严格控制坍落度上限，以防止混凝土产生裂缝。

2)浇筑厚度控制。对于大体积混凝土的浇筑应采用分层浇筑的方法。每次浇筑不宜太厚，以保证振捣密实和混凝土的均匀性，同时在浇筑混凝土时产生的大量热量有足够时间释放出来。

3)混凝土入模时，应进行充分的振捣，使混凝土充满模板，特别是有棱角处和钢筋交叉铺设密集的地方，排出气泡，从而获得最大的密实度。为防止裂缝产生，可在初凝前进行二次振捣。

4)模板控制。选用模板时，模板表面应光滑，吸水性小，干净无杂物，同时模板和支架应满足必要的强度要求。支模板时可在模板上铺设塑料膜，防止水分泥浆漏掉，以减少裂缝产生的几率。拆模板时混凝土强度应符合设计要求，同时应小心谨慎，防止构件掉棱坏角。

5)混凝土内全部钢筋必须准确定位，同时应避免浇筑时人为导致钢筋错位。

6)养护控制。混凝土初凝至终凝间应覆盖塑料膜或草垫，并派专人看护，构件表面缺水时，应及时喷水，以达到养护要求，防止产生裂缝。

7)施工管理控制。为保证浇筑质量，应加强施工管理，落实施工质量责任制，对施工人员讲清裂缝控制的关键环节、关键部位，出现施工质量问题应及时调整。

3 结语

影响混凝土裂缝产生的原因很多，各种因素相互作用，所以防治裂缝就必须从设计、选材和施工等各方面加以控制，将裂缝问题控制在允许的“度”之内，使结构满足可靠性的要求。因此，了解混凝土结构裂缝形成原因、控制方法，有助于减少混凝土结构裂缝的产生，这样可以充分利用混凝土结构，为今后混凝土应用领域的扩展，提供有效的指导作用，使该结构更好的造福于人。

[1] 崔玲翠.谈谈混凝土裂缝的成因与控制措施[J].山西建筑，2006，32(12):121-122.

[2] 张 雄，张小伟，李旭峰.混凝土结构裂缝防治技术[M].北京:化学工业出版社，2007.

[3] 李晓文.混凝土结构设计原理[M].武汉:华中科技大学出版社，2009.