谈钢筋混凝土结构裂缝及其控制

郭文强

(临汾市建筑规划设计院，山西临汾 041000)

0 引言

成型后的混凝土的天然特性，其在试验中的抗拉强度远远低于其抗压强度。混凝土结构物由于天然缺陷和外加荷载作用可能在结构施工和使用过程中出现不同程度的裂缝，随着时间的变化有的裂缝宽度还可能发生变化。一般混凝土结构构件的破坏是从裂缝逐渐开始的，而且有些裂缝的出现会使人们在日常生活中产生危险的感觉，另外，虽然有些裂缝无害，或者裂缝的发展在可控制的范围内，但裂缝的存在会影响整个结构和构件的整体性和耐久性，尤其在空气中的二氧化碳和水分共同作用下，钢筋容易腐蚀，会降低构件的承载力。

1 混凝土的力学性能

从混凝土材料的本构关系和应力应变曲线的特点，以及混凝土的耐久性试验结果看，混凝土的收缩、极限拉伸值、弹性模量以及松弛和徐变等性能指标影响最大。

1)混凝土的收缩。

混凝土的收缩主要由外界环境空气干燥、水分蒸发过快引起的干燥收缩，表层混凝土与空气中水分或二氧化碳作用产生碳化引起的收缩和温度差变化较大引起的收缩等组成。干燥收缩中，当水泥水化和水分蒸发会引起“自生变形”，这部分收缩与温度和外荷载无关。简化计算中，只考虑体积收缩和温度收缩，而“自生变形”和碳化引起的收缩则由于其值较小而不予考虑。

2)极限拉伸值。

混凝土的抗裂能力最终取决于混凝土的极限拉伸值，但极限拉伸值离散性很大，且影响因素较多，必须综合各方面的因素改善混凝土的非匀质性和提高极限拉伸值。合理的配筋和构造可以提高混凝土的抗裂性能。

3)弹性模量。

混凝土成型初期没有承载能力，弹性模量忽略不计。随着龄期增长，混凝土的弹性模量值也随着时间迅速增大，此时温度应力也随着由于弹性模量的增大引起的变形变化而显著增大，因此必须全面考虑弹性模量随时间的变化规律。

4)混凝土的松弛和徐变。

钢筋混凝土结构在荷载的长期作用下，还会产生非弹性变形——徐变。徐变会引起混凝土内部应力松弛，荷载作用时间越长松弛也越大。徐变和应力松弛对混凝土抗拉强度的增加是有利的。

2 钢筋混凝土结构裂缝产生的原因

钢筋混凝土结构中，由于混凝土和钢筋有效的结合在一起共同工作，因此裂缝的产生与材料性质、施工过程、使用环境等因素有关。

材料因素:水泥的非正常凝结、水泥的水化热、骨料的含泥量、骨料的级配、有害物质含量。

施工因素:掺拌合、搅拌、配合比、浇捣、加载、养护、钢筋扰动、保护层厚度、模板变形、漏水、支撑下沉等。

环境因素:环境温度变化、构件两边的温湿度差过大、有害物质。

根据结构部位或构件形式，裂缝产生的原因各有特点。以下简要介绍几种常见部位混凝土裂缝产生的原因:

1)大体积混凝土。

高层建筑基础工程中普遍采用体积较大的整体钢筋混凝土箱基或筏基。由于结构尺寸庞大且一般都是一次性连续浇筑，必须采取相应技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展。水泥水化过程中释放大量的水化热，从而引起温度的变化，由于散热不均匀、内外温差、混凝土的收缩和周围约束的共同作用，当产生的温度应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土的表面逐渐出现收缩裂缝，严重时会贯穿整体。这些裂缝严重影响了结构的整体性和耐久性，如图1所示。

2)地下室混凝土墙板。

钢筋混凝土地下室墙板由于在施工工艺、体量和散热条件上与大体积混凝土底板有些不同，地下室墙板在施工过程中可以预留施工缝，待墙板主体混凝土整体施工结束后再将所留置的施工缝浇筑成型。目前高层建筑结构地下室混凝土墙板设计厚度一般在300 mm～600 mm之间，远小于基础底板的厚度，墙体表面积较大，而且竖向墙体要蓄热保温，养护难度较大，因此降温速率大，温度应力引起墙体产生裂缝的可能性很小。但是因受基础底板的约束而产生约束力，这种约束力在墙体内引起的拉应力大于混凝土的抗拉强度时，很有可能在混凝土墙体内产生贯穿裂缝，如图2所示。

3)混凝土楼(屋)面板。

高层建筑和多层建筑楼板一般是一次性连续浇筑，对于一些楼面面积较大的混凝土楼(屋)面，可以在设计上采取在施工中预留温度缝或在施工中根据经验确定易产生温度应力集中的地方预留后浇混凝土带，由于拉应力下降，裂缝数量也相应减少。混凝土楼面板或屋面板中所产生的裂缝大部分是表面裂缝和贯穿裂缝。表面裂缝产生的原因主要是浇筑混凝土时振捣反浆，水泥浆上浮，表面水灰比增大;当后期混凝土表面蒸发加快，表面产生的收缩受到底层混凝土的约束而产生拉应力，收缩应力大于表面抗拉强度时，表面混凝土开裂。此类裂缝属混凝土在终凝前由于环境干燥、水分蒸发快而导致的干缩裂缝，并非由于构件受力而产生的裂缝，当混凝土硬化完成后裂缝也不会进一步发展。楼(屋)面板的贯穿裂缝大多是施工环境温度变化较大，或上下层施工不能同步进行，在板中会产生温度不均变化而引起温度拉应力，这种裂缝会影响结构的承载力和变形能力。尤其要注意这几个部位:受地下连续墙约束的地下室楼板、地下室顶板、屋面板和停建工程复建后施工的第一层楼板。

4)钢筋混凝土深梁。

现代高层建筑由于建筑上的需要，一般要设置结构转换层将上部剪力墙荷载转换到下部结构。所以转换层在混凝土施工过程中要求一次浇筑、一次成型、连续施工。但转换层大梁截面尺寸大，一般是采用叠合梁原理浇筑，将转换层大梁分二次或三次浇筑，把下部钢筋混凝土梁作为支撑和模板底部，起到为后浇筑混凝土提供施工支撑的作用。这样大梁施工荷载的传递也逐渐随着强度的增加而越来越安全。但深梁因其重要性而安全等级很高，所以在施工中仍应按大体积混凝土的施工规程和工艺采取保障措施。钢筋混凝土深梁容易产生沉降裂缝、收缩裂缝及温度裂缝。

3 钢筋混凝土结构中裂缝的控制方法

多年来，从混凝土构件的长期加载试验或受荷载后混凝土的微观研究，混凝土结构或构件都无法避免裂缝的产生，若对裂缝控制过度，则代价过高。对裂缝的控制是一项长期的系统工程。从混凝土的力学性能和产生裂缝的原因分析，裂缝控制要从提高混凝土的抗拉强度和减小由于温度、收缩和约束的共同作用产生的拉应力两方面着手。但从实际出发，混凝土强度只能在施工中做好养护予以保证，因此，裂缝控制研究的重点还是应放在产生的拉应力方面。下面就文中常见部位的裂缝，从设计角度提出一些控制方法:

1)大体积混凝土。

a.利用混凝土后期强度。

高层建筑工期较长，从总体上说，荷载的施加是缓慢、均匀、连续的，相应混凝土基础上的受力也是逐步增加的，若在计算中考虑混凝土的后期强度，那么由水化热产生温差而引起的温度应力就可以不予考虑，同时也降低了由于需要采取保温措施和特殊养护而产生的施工费用。

b.避免结构突变。

在结构受到荷载作用后，在结构突变的部位会产生应力集中，同样，由于温度变化引起的收缩由于约束作用也会在这些部位产生应力集中，拉应力突然增大超过抗拉强度，也会产生裂缝，当设计上无法避免结构突变时，应做成逐渐变化的过渡形式。

c.增配构造钢筋提高抗裂性能。

大量工程实践证明适当配筋将约束混凝土的塑性变形，从而分担混凝土的内应力，提高混凝土极限拉伸。

2)地下室混凝土墙板。

除了利用混凝土后期强度和增配构造钢筋外，还采取以下措施:

a.设置后浇缝。

结构长度对温度应力有影响，研究和实践表明结构长度越小温度应力的减小越明显，那么就可以取消伸缩缝来减小温度应力。在施工期间，采用后浇缝与施工缝相结合，把结构分成许多小段，有效地减少温度收缩应力，一定时间后再把这些段浇成整体，两部分的温差和收缩应力叠加应小于混凝土的设计抗拉强度。

b.设置暗圈梁。

圈梁属于构造设置，在混凝土墙板中，沿着高度每隔一定间距布置构造钢筋和箍筋，类似于圈梁一样，能有效抑制裂缝的产生和限制裂缝的进一步发展。

3)混凝土楼(屋)面板与钢筋混凝土深梁。这两种结构形式主要还是依靠施工措施来控制裂缝的产生和发展。

4 结语

钢筋混凝土结构中，除荷载作用引起的裂缝以外，更多的是混凝土的收缩变形差产生收缩拉应力，水化热积聚使温度发生变化，由于温差产生的变形差导致产生拉应力裂缝，当拉应力大于混凝土抗拉强度时会产生裂缝，有时这类裂缝不易察觉，成因不易鉴别，有时当结构加载后，裂缝会反复闭合、展开。因此，我们还需从设计、施工等方方面面做大量的、长期的研究和工作。

［1］王铁梦.超长大体积混凝土裂缝控制［J］.混凝土工程新技术，1994(5):108-109.

［2］王铁梦.工程结构裂缝控制［M］.北京:中国建筑工业出版社，1997:97-99.