钢筋混凝土结构的裂缝控制问题是建筑工程中的一大技术难题。本文在大量工程实践的基础上，重点分析了变形作用引起裂缝的原因并提出裂缝的相关原则与措施。
1、概述
在钢筋混凝土结构领域，一个相当普遍的质量问题就是结构的裂缝问题，且有日趋增多的趋势。由于结构在外荷载作用下的破坏和倒塌是从裂缝扩展开始的，因此人们对裂缝隙往往产生一种建筑破坏的恐惧感。裂缝问题已严重影响到人们的正常生活与生产，并困扰着大批工程技术人员和管理人员，是一个迫切需要解决的技术难题。
混凝土是粗集料、细集料、水泥石、水和气体所组成的非均质堆聚结构，在成型后随温度、湿度等环境条件的影响会形成肉眼看不到的微裂缝。由于混凝土的组成材料和微观构造不同以及受环境影响的不同，混凝土产生裂缝的原因很复杂。
钢筋混凝土结构的裂缝是不可避免的，但其有害程度却是可以控制的，有害与无害的界限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。
本文中笔者仅就大量工程实践中遇到的情况重点分析变形作用引起裂缝的原因，并提出裂缝控制的相关原则与措施。
2、有关裂缝的一些概念
2.1混凝土内部结构决定其产生裂缝
钢筋混凝土结构的任何裂缝都是微裂缝发展的结果，这是因为水泥石和集料间的粘结强度约为水泥石抗拉强度的40-70%，在混凝土凝结过程中水泥石失水干缩，在水泥石和较大集料间的界面上产生月牙形的微裂缝，接着在荷载或其它物理化学作用下，这些微裂缝在集料和水泥石接触面上传播发展。
2.2混凝土裂缝进一步发展的原因
混凝土抗拉强度比抗压强度小得多，在不大的拉应力下就可能出现明显的裂缝。钢筋混凝土结构产生裂缝的原因很多，也很复杂，主要有以下4类：
（1）荷载和约束或外加变形引起的裂缝；
①由外荷载（静、动荷载）直接应力引起的裂缝和次应力引起的裂缝。
②由变形变化引起的裂缝：包括温度变形（水泥的水化热、气温变化、环境生产热），收缩变形（塑形收缩、干燥收缩、碳化收缩）及地基不均匀沉降（膨胀）变形。其特征是结构要求变形，当受到约束和限制时产生内应力，应力超过混凝土的抗拉强度后产生裂缝，裂缝出现后变形得到满足，内应力松驰。这种裂缝宽度大、内应力小，对荷载的影响小，但对耐久性损害大。
据国内外调查资料表明，工程结构产生属于变形变化引起的裂缝约占８０％；属于荷载引起的裂缝约占２０％。
（2）施工过程中形成的裂缝；
（3）因混凝土组成成份所产生的裂缝；
（4）因使用和环境条件导致的裂缝。
２.３关于平均裂缝宽度和裂缝宽度控制值的概念
（１）平均裂缝宽度
平均裂缝宽度是指裂缝长度１０-１５％范围内较宽区段平均裂缝宽度和裂缝长度１０１５％范围较窄区段平均裂缝宽度的平均值即最大与最小平均裂缝的平均值。
（２）最大裂缝宽度
①无侵蚀介质、无抗渗要求，结构处于正常状态为０.３ｍｍ；
②有轻微侵蚀、无抗渗要求及允许出现裂缝的一般预应力构件为０.２ｍｍ；
③有严重侵蚀、抗渗要求及混凝土有自防水要求时为0.1mm。
3、变形裂缝的原因分析与控制措施
3.1温度裂缝
（1）原因分析
水泥水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出50.2J的热量，如果以水泥用量350-550Kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17500-27500KJ的热量，从而使混凝土内部温度升高，通常在浇筑温度的基础上升高35℃左右。笔者在浇筑广西柳州市工人医院X射线治疗室大体积混凝土时对其内部温度进行跟踪测定，最高时高达85.6℃。水泥水化热在1-3天可放出热量的50%，由于热量的传递、积存，混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后3-5天，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，所以混凝土中心温度低，形成温度梯度，产生温度变形和温度应力。当这种温度应力超过混凝土的内外约束力（包括混凝土抗拉强度）时，就会产生裂缝。这种裂缝一般出现在浇筑后的3-5天，初期出现的裂缝很细，随着时间的推移而继续扩大，甚至达到贯穿的情况。
（2）控制措施
混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚，水泥用量越大，水化热越高的水泥，其内部温度越高，温度应力越大，产生裂缝的可能性越大。因此控制大体积混凝土温度裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。
①宜选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。大量试验研究和工实践表明，每m3混凝土的水泥用量增减10Kg，其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低1℃。
②掺加粉煤灰和外加剂
掺加原状或磨细粉煤灰，可以降低混凝土中水泥水化热，减少绝热条件下的温升，效果非常显著。试验表明：掺加20%粉煤灰的水泥混凝土，其温升和水化热约为未掺粉煤灰的水泥混凝土的80%。外加剂由于其减水作用和分散作用，在降低用水量和提高强度的同时，还可以降低水化热，推迟放热峰出现的时间，从而减少温度裂缝发生的可能性。
③控制混凝土出机温度和浇筑温度
最有效的办法是降低石子温度，混凝土中石子比热最小，但每m3混凝土中石子所占重量最大。在气温较高时，为了防止太阳直接照射，可以在砂石堆场搭设简易遮阳棚，必要时可向集料喷淋雾状水，或者在使用前用冷水冲洗集料。
④改进振捣工艺和养护工艺
对已浇筑的混凝土，在终凝前进行二次振捣，可排除混凝土因泌水，在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。
混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件下，是一个十分重要和关键的工作。养护条件对混凝土的收缩影响很大，养护14天的收缩比养护3天的收缩降低约20%。环境相对湿度越低，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。同时在潮湿条件下，可使水泥的水化充分、完全，从而提高混凝土的抗拉强度。
3.2沉陷（塑性）收缩裂缝
（1）原因分析
这种裂缝产生的原因是流动性过大和流动性不足以及不均匀，在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够，当混凝土沉陷时受到钢筋、模板抑制以及模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇筑后1-3小时出现，裂缝的深度通常达到钢筋上表面。
（2）控制措施
①要严格控制混凝土单位用水量在170Kg/m3以下，水灰比在0.6以下，在满足浇筑要求时，尽可能减少坍落度。
②混凝土搅拌时间要适当，过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷。
③混凝土浇筑时，下料不宜太快，防止堆积或振捣不充分。
④在炎热的夏季和大风天气，为防止水分激烈蒸发，形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝，应采取措施缓凝和覆盖。
⑤遵循“精料供应”的原则，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有害膨胀物引起混凝土的崩裂。
3.3干缩裂缝
（1）原因分析
干燥收缩的主要原因是水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。混凝土的干燥收缩由于集料的干燥收缩很小，因此主要是由于水泥石干燥收缩造成的。混凝土的水分蒸发、干燥过程是由外向内、由表及里，逐渐发展的，由于混凝土蒸发干燥非常缓慢，产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上，有时甚至一年半载，而且裂缝发生在表层很浅的位置，裂缝细微。但是应当特别注意，由于碳化和钢筋锈蚀的作用，干缩裂缝不仅严重损害薄壁结构的抗渗性和耐久性，也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成为更严重的裂缝，影响结构的耐久性和承载能力。
（2）控制措施
①从减少收缩的角度出发，宜采用中低水泥和粉煤灰水泥。不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为：矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。
②严格控制单方混凝土用水量
混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大，在同一水泥用量条件下，混凝土的干燥收缩和用水量成正比，为直线关系；当水泥用量较高的条件下，混凝土的干燥收缩随用水量的增加而急剧增大。综合水泥用量和用水量来说，水灰比越大，干燥收缩越大。
③合理使用“双掺”技术
为降低用水量，掺加适当数量干燥收缩小的、减水率高、分散性好的外加剂是非常必要的。
矿渣、硅藻土、火山灰等粉状掺合料，一般都会增大混凝土的干燥收缩。但是质量良好，含有大量球状颗粒的一级粉煤灰，由于内比表面积小，需水量少，却能降低混凝土的干燥收缩值。
④掺加膨胀剂补偿收缩
在地下室和防水工程中，掺加入适量的膨胀剂可以起到收缩补偿作用，有利于防止裂缝。但一定要严格控制掺量和保证混凝土有足够强度，否则混凝土会肿胀和开裂。
⑤养护时间和方法
混凝土浇筑面受到风吹日晒，表面干燥过快，产生较大的收缩，受内部混凝土的约束，在表面产生拉应力而开裂。必须在混凝土终凝之前进行早期保温、保湿养护。
⑥合理配置构造钢筋、重视施工质量
混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用，但与配筋率的高低有关。构造钢筋细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸。有些桥梁工程的桥墩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约增加2-5倍。 |
经验交流
