浅谈混凝土结构裂缝产生的原因与防治措施

浅谈混凝土结构裂缝产生的原因与防治措施

作者：孟 炜 沈 艳

来源：《中国新技术新产品》2008年第22期

摘要：混凝土的裂缝问题是一个普遍存在而且又难于解决的工程实际问题。钢筋混凝土结构物在外部荷载作用下的破坏是从裂缝扩展开始的，尽管人们在施工中采取了各种措施，但裂缝仍然时有出现。结合实践，我们对混凝土的裂缝进行分类，并提出自己对混凝土结构裂缝产生的原因及其防治的浅显建议。

关键词：混凝土结构；裂缝；温度裂缝；裂缝宽度 1 前言

混凝土工程中材料的特性决定了结构较易产生裂缝，从实践中来看施工中混凝土出现裂缝的概率也是很大的，相当一部分裂缝对结构物的受力及正常使用无太大的危害，但裂缝的存在会影响到结构物的整体性、耐久性、会对钢筋产生腐蚀，是受力使用期应力集中的隐患，应当尽量在各方面给予重视，以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。

2 裂缝产生的原因

钢筋混凝土结构物有各种各样的裂缝，有些裂缝是在混凝土浇筑后不久就出现的，有些则在荷载作用后产生的。通常将裂缝分为两大类：一类是正常裂缝，它是由荷载（永久荷载及可变荷载）引起的。众所周知，混凝土的抗拉强度很低，抗拉极限应变大约为ε =0.0001 ~ 0.00015。混凝土即将开裂的瞬间，钢筋的应力只有 =(0.0001～0.00015) ×2.0×105 =20～30MPa。事实上，在正常使用阶段钢筋的应力远大于此值，所以说在正常使用阶段钢筋混凝土结构出现裂缝是不可避免的。因而，习惯上称这种裂缝为正常裂缝。另一类裂缝则称为非正常裂缝，它主要是由于混凝土收缩、养护不周、拆摸时间不当、构造形式不妥等引起应力集中等原因造成的。

3 钢筋混凝土结构产生裂缝的类别

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钢筋混凝土结构的裂缝按其产生的原因可分为以下几类：

3.1 由作用效应（如弯矩、剪力、扭矩及拉力等）引起的裂缝。由于构件下缘拉应力超过混凝土抗拉强度而使受拉区混凝土产生的裂缝。 3.2 地基不均匀沉降引起的裂缝

当地基发生不均匀沉降后，沉降大的部分结构与沉降小的部分结构会产生相对位移，从而使混凝土结构中产生附加的拉力或剪力，当这种附加内力超过结构的强度时，便产生相对裂缝。

3.3 收缩和温度变化引起的裂缝

热胀冷缩是绝大多数物体的基本物理性能。混凝土在塑性收缩、硬化收缩、碳化收缩、失水收缩过程中易形成各种收缩裂缝。例如在钢筋混凝土薄腹T梁的腹板表面上出现中间宽两端窄的竖向裂缝，这是混凝土结硬时，腹板混凝土受到四周混凝土及钢筋骨架的约束而引起的裂缝。

3.4 钢筋锈蚀裂缝

由于保护层混凝土碳化或冬季施工中掺氯盐过多导致钢筋锈蚀，锈蚀产物的体积比钢筋被侵蚀的体积大2～3倍，这种体积膨胀使外围混凝土产生相当大的拉应力，引起混凝土的开裂，甚至是混凝土保护层的剥落。 3.5 混凝土强度等级日趋提高

混凝土强度等级日趋提高，目前结构中已广泛使用C40～C60中高强混凝土，随着材料科学的迅速发展，C80～C120的高强混凝土在具体工程中已有应用。由于高强混凝土采用的配合比设计多为低水灰比、高标号水泥、高水泥用量、使用高效减小剂及掺加超细矿粉。这样其收缩机制与普通混凝土就有所不同。 这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混凝土，出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。 3.6 施工质量不合格、使用材料不合格而引起的裂缝

材料本身的质量不合格，砂浆强度不够，这些都会造成整个结构的强度不够，而造成砂浆强度偏低的原因是使用了不合格的水泥，施工配合比不准确，施工过程中不按设计要求放置钢筋等，这些都可能在混凝土结构中产生裂缝。

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4 裂缝的控制措施

过多的裂缝或过大的裂缝宽度会影响结构的外观。同时，某些裂缝的发生或发展，将会影响结构的使用寿命。为了保证钢筋混凝土构件的耐久性，必须在设计、施工等方面控制裂缝。对于非正常裂缝，只要在设计与施工中采取相应的措施，大部分是可以限制并被克服的，而正常裂缝则需要进行裂缝宽度的验算。 4.1 设计措施

增配构造筋提高抗裂性能，配筋应采用小直径、小间距，截面的配筋率满足规范要求。 避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。

4.2 施工措施

严格控制混凝土原材料的质量和技术标准，选用低水化热水泥，应尽量减少粗细骨料的含泥量。细致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减少剂。浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上，混凝土的现场试块强度不低于C5。对于高强混凝土，应尽量使用中热微膨胀水泥，掺超细矿粉和膨胀剂，使用高效减水剂。 4.3 裂缝宽度的验算

根据试验研究结果分析，影响裂缝宽度的主要因素有：受拉钢筋的应力、受拉钢筋直径、受拉钢筋配筋率、混凝土保护层厚度、混凝土抗拉强度、受拉钢筋的粘着特征和荷载特征等。 混凝土抗拉强度的影响。多数研究认为混凝土抗拉强度对裂缝宽度影响不大，可略去不计。

保护层厚度对裂缝宽度是有影响的，保护层越厚，裂缝越宽。但是，从另一方面讲，允许裂缝宽度也与保护层厚度有关，也就是说，保护层越厚，钢筋锈蚀的可能越小。保护层厚度对计算裂缝宽度和允许裂缝宽度限值的影响可大致抵消，从设计观点出发可以同时略去此项影响。

受拉钢筋应力的影响。裂缝截面的受拉钢筋应力是影响裂缝宽度的最重要因素。取受拉钢筋应力与最大裂缝宽度为线性关系。

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钢筋直径的影响。试验表明，在受拉钢筋配筋率及钢筋应力大致相同的情况下，裂缝宽度随钢筋直径而变化。

受拉钢筋配筋率的影响。试验表明，当钢筋直径相同，钢筋应力大致相等的情况下，裂缝宽度随配筋率的增加而减小。当配筋率ρ接近某一数值（如ρ≥0.02时），裂缝宽度基本不变。

荷载特征的影响。在裂缝宽度公式中引用系数来考虑荷载特征对最大裂缝宽度的影响。 钢筋粘结特征的影响。在裂缝宽度公式中，引用系来考虑钢筋粘结特征对裂缝宽度的影响。

长期或重复荷载的影响。重复荷载作用下不断发展的裂缝宽度是初始使用荷载下裂缝宽度的1.0~1.5倍。因而，在裂缝宽度计算中取用扩大系数来考虑长期或重复荷载的影响。在使用荷载作用下，裂缝的间距不随荷载作用时间而变，但裂缝宽度则随时间以逐渐减低的比率在增加。 结束语

混凝土是一种耐久性较好的建筑材料，但是在钢筋混凝土结构中，如果混凝土出现较大的裂缝，由于水份的侵入会导致钢筋的锈蚀，这就大大地缩短了结构的寿命。混凝土结构应针对裂缝成因减少裂缝或控制裂缝的宽度,确保结构安全和避免不必要的损失。 参考文献

[1]中华人民共和国行业标准JTG D62-2004公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范北京:人民交通出版社 2004

[2]贾艳敏.《结构设计原理》.北京:人民交通出版社,2006. [3]李乔.《混凝土结构设计原理》. 北京：中国铁道出版社,2001.