鋼筋混凝土結構開裂原因簡析及預防

陳立壯　許娜　李開熹

【摘要】鋼筋混凝土結構已成為我國建筑工程中重要組成部分，而其開裂現(xiàn)象很普遍，一直是工程界難以解決的問題。隨著新材料的涌現(xiàn)，如纖維，作為混凝土的一種抗裂手段，在工程中開始使用。實踐證明，纖維材料在正確的使用條件下，可以提高混凝土抗裂性能。當然，不等于摻加纖維后就能保證混凝土不開裂，還應注重結構設計、材料、配合比、施工、養(yǎng)護等幾個重要因素。

【關鍵詞】混凝土；結構；裂縫；預防

下面分析下由于結構設計、原材料及配合比、施工、養(yǎng)護等不當而引起的混凝土開裂的情況。

1.結構設計

某工程70m連續(xù)鋼筋混凝土側墻，35m處留有一條伸縮縫，混凝土澆筑1個月內墻體出現(xiàn)明顯規(guī)律的開裂（每2-3m出現(xiàn)裂縫）。

依據(jù)長墻及地基板的溫度收縮應力公式，混凝土長墻的溫度收縮最大應力σxmax可表示為：

上式中，為地基板計算系數(shù)；E為混凝土彈性模量（N/mm2），α為混凝土的熱膨脹系數(shù)（1/0C），T為溫度變化，L為板的長度（mm），H為板厚，Cx為地基水平阻力系數(shù)（N/mm3），其中，當側墻板外為軟粘土Cx取1～3×10-2N/mm3，側墻板外為風化巖、低標號素混凝土Cx取60～100×10-2N/mm3。（注：T=-300C；fct=1.43N/mm2）。本工程混凝土墻厚為500mm，Cx取0.1N/mm3，當混凝土側墻外混凝土的松弛系數(shù)為0.3，混凝土長墻臨界設縫距離為34m；當松弛系數(shù)為0.5，混凝土長墻臨界設縫距離為22.8m。而本工程連續(xù)側墻長70m，35m留有一條施工縫，在高溫等惡劣條件下的，側墻混凝土自身收縮應力無法得到充分釋放，最后導致了混凝土開裂。

因此合理設計伸縮縫距離，可提高混凝土結構抗裂能力。

2.原材料及配合比

工程出現(xiàn)開裂的混凝土配合比見表1；

從上述表看，存在兩點異常。1、作為C30混凝土，總體膠凝材料用量偏高，大于C35，接近C40。2、混凝土單位用水量偏高。

混凝土配合比不良導致混凝土開裂風險分析

（1）水泥用量偏高，會增加水化熱的釋放，由于混凝土導熱性能差，因此容易在水泥水化高峰（1～2周）過后，形成較大的溫度梯度，從而造成較大的溫度應力。

（2）用水量偏高，會增加早期混凝土的塑性收縮及干燥收縮，嚴重的干燥收縮勢必造成混凝土早期階段的開裂。

3.施工手段及養(yǎng)護條件

現(xiàn)場的施工手段及養(yǎng)護條件也是重要環(huán)節(jié)之一。

（1）施工時間宜應避開白天高溫時期，降低混凝土出機溫度和入模溫度，使得混凝土水化到早期養(yǎng)護過程中釋放出較高的應力。

（2）澆筑振搗：不宜過振，在現(xiàn)場施工中，往往出現(xiàn)這種現(xiàn)象，振搗人員為趕出表面剩余氣泡，長時間振搗，造成表面局部泛漿不均勻，導致混凝土面層泛漿過多，局部失水嚴重，干燥收縮加大。

（3）養(yǎng)護，若有膨脹劑的存在，側墻灑水養(yǎng)護顯得很關鍵，由于膨脹劑膨脹源發(fā)揮作用，是化學過程，是吸附水到形成結晶水的體積發(fā)生膨脹的過程。因此，必須早期有足夠的水分養(yǎng)護，否則，膨脹源早期未發(fā)揮作用，在后期接觸水分后，隨時發(fā)生膨脹，反而造成膨脹開裂。普通混凝土養(yǎng)護，早期養(yǎng)護越早，養(yǎng)護時間越長，收縮越??；保濕養(yǎng)應護避免劇烈干燥，能有效的降低收縮應力。分析本次裂縫的產生，未能在初凝后，及時鋪蓋塑料布或者草袋養(yǎng)護、灑水等濕養(yǎng)護不足及養(yǎng)護時間不足14天都會造成養(yǎng)護不良而導致的混凝土本身開裂。

三、預防措施

1.結構設計

設伸縮縫或減小施工縫距離，宜控制在20～30m。

2.配合比及材料

（1）在滿足混凝土強度等級基礎上，盡量減少水泥用量，以降低混凝土內部的水化熱。

（2）降低用水量，控制在160kg/m3為好，充分利用減水劑的減水效果。

（3）采用水化熱較小的水泥。

（4）砂子最好用中砂和粗砂，選擇骨料時，盡量避免采用砂巖，因為砂巖骨料會大幅度增加混凝土的收縮。

（5）根據(jù)實際需要、優(yōu)選最大粒徑的骨料，骨料粒徑越大、收縮越小；骨料粒徑越細，砂率越高，收縮越大。

（6）適當選擇外加劑和摻和料，可以有效的減少收縮，特別是早期收縮，如果選擇不當，會顯著增加收縮。

3.施工手段及養(yǎng)護條件

（1）控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度。應控制在30℃以下。

（2）避免過振現(xiàn)象，避免側墻表面形成不均勻漿體，降低開裂風險。

（3）可以采用后澆帶或短距離跳倉法施工手段，降低混凝土整體溫度應力及干燥收縮。

（4）施工現(xiàn)場要嚴格控制混凝土的泌水量，泌水量大會造成混凝土表面含水率過高，表面早期收縮加大，盡可能的避免混凝土早期脫水。

（5）養(yǎng)護要求：超過28℃的高溫條件下，從澆筑結束后就應該適當采取加蓋養(yǎng)護棚操作；及時鋪蓋塑料布或者草袋養(yǎng)護，確保灑水濕養(yǎng)護；保證膨脹劑發(fā)揮有利作用及減小干燥收縮。若施工現(xiàn)場平均溫度連續(xù)處于20℃以上的溫度，養(yǎng)護時間應至少14天。

四、結語

鋼筋混凝土產生裂縫的原因是多方面的，裂縫的產生輕則影響結構外觀，重則危及結構物安全。本文通過對設計、材料、配合比、施工、養(yǎng)護等方面的分析，提出了有效預防鋼筋混凝土開裂的手段，對保障工程質量有實際意義。

參考文獻

[1]趙春生.混凝土橋梁裂縫原因分析[J].山西建筑，2005，31（14）：78-79

[2]徐新光，馮立燕.混凝土結構早期裂縫控制.科技信息，2009（25）

[3]金學俊.混凝土裂縫的成因及預防.黑龍江科技信息，2011（4）

[4]桂苗苗.混凝土早期塑性收縮開裂的研究進展.材料導報，2011[21]

作者簡介

1陳立壯（1980.11），男，湖北省宜昌市（籍貫），現(xiàn)職稱：工程師，學歷：本科，研究方向：混凝土性能研究、材料研發(fā)。