浅谈钢筋混凝土裂缝控制

靳 龙 李永波 李云朋

中国建筑第七工程局有限公司华北公司（300000）

1 裂缝的直接原因

1）收缩及水化热增加

自从20世纪70年代末我国混凝土施工工艺产生了巨大的进步—泵送商品混凝土工艺。从过去的干硬性、低动性、现场搅拌混凝土转向集中搅拌、大流动性泵送浇筑，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加，骨料粒径减小，用水量增加等导致收缩及水化热增加。

2）混凝土强度等级日趋提高

建筑结构混凝土强度等级日趋提高，但有许多结构不适当的选择了过高的强度等级。习惯上认为：“强度等级越高安全度越大，就高不就低，提高强度等级没坏处”。有时迁就施工方便,采用高强混凝土，这是一种误导，导致水泥标号增加，水泥用量增加，水用量增加，细骨料及粗骨料径偏小，砂率偏大等都使水化热及收缩增加。

3）结构约束应力不断增大

结构规模日趋增大，结构形式日趋复杂，超长超厚及超静定结构成为经常采用结构形式并采用现浇施工，这种结构形式有显著的约束作用，对于各种变形作用必然引起较大约束应力。

4）外加剂的负效应

外加剂及掺合料种类繁多，只有强度指标缺乏对水化热及收缩变形影响的长期实验资料，有些试验资料并不严格，有许多外加剂严重的增加收缩变形，有的甚至降低耐久性。

5）忽略结构约束

国内外结构设计中都经常忽略构造钢筋的重要性，因而经常出现构造性裂缝。结构设计中经常忽略结构约束性质，不善于利用“抗与放”的设计原则，缺乏相应的设计施工规范、规程。

6）养护方法不当

目前在混凝土施工中采用的养护方法基本沿用过去简易的方法，这种方法已远不适应泵送混凝土的较大温度收缩变形的要求。

7）混凝土抗拉性能不足

这种裂缝在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足(抗拉强度和极限拉伸)引起的，这方面的材料级配研究很少。

综合上述，国际公认泵送商品混凝土对混凝土的质量(均质性)有很大的提高，对供应方式有重要的改进，但是对混凝土的裂缝控制的难度大大增加了。因此，这类问题不是我国特有的技术问题，是国际上钢筋混凝土的共性难题。

2 混凝土的某些基本物理力学性质

1）混凝土的收缩及水化热

在工民建领域,大部分结构构件(板墙梁等构件)均属薄壁结构,泵送混凝土浇筑的构件收缩量很大，因此经常出现收缩裂缝。混凝土的收缩机理至今尚未统一，但大多数的研究成果认为混凝土是具有大量孔隙的材料。

养护条件对混凝土的收缩影响很大，养护14 d的收缩比养护3 d的收缩降低约20%。环境的相对湿度越高，收缩越小，许多结构所处的环境湿度波动很大，如最低30%～40%，最高达80%～90%。环境温度越高，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。

混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用，但是与配筋率的高低有关，按目前构造配筋率的情况看来，降低收缩的影响是比较小的。根据泵送商品混凝土的收缩试验,其收缩值约在 6×10-4～8×10-4，有的试验还远远超过了这个数量，有些大桥的桥墩和高层建筑的厚壁立柱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大约增加2～5倍，并由于表面水份蒸发快从而形成大面积的表面裂缝。混凝土粗细骨料的含泥量和粉料含量都增加收缩。

2）混凝土的徐变(蠕变)因素的考虑

混凝土的徐变机理也有许多种，如弹性徐变理论、老化徐变理论、继效徐变理论等等。作为工程裂缝控制的应用,我们只能应用其中主要的成果，以常系数的形式，考虑在弹性计算的结果中，从而简化非线形分析。由于混凝土的徐变作用，给钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土带来有利和不利两方面的影响。从不利方面来看，它可以造成预应力损失，增加挠度，降低钢筋和混凝土的粘着力等。从有利方面来看,可以使弹性的温度收缩应力大大的松弛，根据变形速率及混凝土龄期，它对应力降低的程度约0.3～0.8倍，保温保湿养护越好，降温越慢，松弛系数越小，具体数字可参考文献[1-2]。

3）混凝土的抗拉强度及极限拉伸

泵送混凝土浇筑后，其抗压强度和抗拉强度都随着时间而增长，但增长的速率，抗拉滞后于抗压，水泥标号的提高及水泥用量的增加，对抗压强度增长较为显著，而对抗拉强度增长较小。

相对变形约束应力，混凝土的极限拉伸尤为重要，国内外曾进行过一些试验研究。通过对双掺(减水剂及粉煤灰)混凝土的抗拉试验，发现混凝土随着荷载速率及养护条件，其极限拉伸和抗拉强度波动很大,在极慢速(接近实际温度和湿度缓慢变化速度)条件下，其极限拉伸可达(2～3)×10-4，显然这里包含了徐变变形，这对温度收缩应力是很有利的(在强度计算中用松弛系数乘以弹性应力与按变形计算增加极限拉伸是等同的)。

特别值得注意的是,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了有害膨胀物引起混凝土的崩裂，因此要求泵送混凝土必须遵循“精料供应”的原则。

合理的配筋，特别是构造配筋，细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸。

3 裂缝控制设计原则与措施

钢筋混凝土结构的裂缝是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害与无害的界限是由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200 mm。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 d)。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。

为保证混凝土工程质量，防止开裂，提高混凝土的耐久性，正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一。

1）混凝土中存在大量毛细孔道，水蒸发后毛细管中产生毛细管张力，使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力，但会使混凝土强度降低。这个表面张力理论早在20世纪60年代就已被国际上所确认。

2）水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%。

3）水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土，在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。

4）减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。

5）提高水泥浆与骨料的粘结力，可提高混凝土的抗裂性能。

6）混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时，裂缝就会产生。减水防裂剂可有效的提高混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

7）掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。

8）掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

9）掺外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩。

许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性的功能，我们在工程实践中应多进行这方面的试验对比和研究，比单纯的靠改善外部条件，会更加简捷、经济。