钢筋混凝土裂缝的机理与控制策略研究

通常在钢筋混凝土受弯构件中，如果混凝土抗拉强度低于混凝土拉应力，将会发生裂缝，这种荷载所导致的结构性裂缝在设计过程中必须要充分考虑。此外，还存在非结构性裂缝。一般而言，非结构性裂缝形成因素较多，难以量化计算，因此要规范设计以及施工。近年来，裂缝控制方法研究取得了新的进展，我国主要通过规范裂缝宽度来进行控制，而国外主要是通过设置钢筋应力以及间距来实现控制。通常情况下，运用裂缝宽度控制方法要注意预测短期裂缝宽度以及长期裂缝宽度，同时还要明确裂缝宽度限值的最大与最小取值。本文在分析钢筋混凝土裂缝的机理的前提下，具体阐述了钢筋混凝土裂缝的控制策略。

一、钢筋混凝土裂缝机理概述

（一）裂缝限制分析

通常情况下，有限制的裂缝在设计过程中是允许的，裂缝能够自行愈合。就其机理而言，主要是由于硬化水泥浆体中氢氧化钙在接触周围空气、水份中的二氧化碳后，形成碳酸钙，进而与氢氧化钙结晶聚于钢筋混凝土裂缝内，发生力学粘结效应，致使裂缝被密封，难以自行愈合。一般认为，将裂缝宽度控制在0.20mm以下，能够实现自动愈合。但就人流频繁地带，例如地铁、车站等地区来讲，为了提高防水性能，裂缝限制严格，尤其是降雨量大的区域，必须要防止出现大的裂缝。

（二）混凝土时变特性分析

混凝土基本组成部分是砂、水泥、石子以及水，当混凝土出现硬化现象后，一定程度上加大了单位体积重量，这主要是由于混凝土级配更具有合理性，在凝结硬化过程中产生收缩，使孔隙得到密实。这种凝结硬化收缩由于机理、条件不同，主要分为三种类型：第一，分塑性收缩；第二，自生收缩；第三，干燥收缩。在混凝土凝结硬化中，其极限拉应力作为一个变量因素，强度直到一个月左右才能稳定。除此之外，还存在温度收缩，主要是由混凝土内部与表面温差或者环境温差所引起的一种收缩。当温差越大时，温度拉应力将会相应增大，当超过混凝土极限拉应力时，混凝土就会产生开裂现象。

（三）混凝土开裂机理

相关的研究表明，假设混凝土初始硬化温差处在不受力的状况下，那么能够实现自由收缩变形，此时混凝土内部无应力。当混凝土在外部约束固定条件下，其长度不能自由发生改变，混凝土内产生拉应力，基于这种应力作用的前提下，将会产生徐变现象，致使原有拉应力值下降，降为净拉应力值，如果净拉应力大于或者与抗拉强度等同，就会出现开裂。由此可知，混凝土开裂的影响因素主要有五个方面：第一，收缩；第二，约束；第三，弹性模量；第四，徐变；第五，抗拉强度。

二、钢筋混凝土裂缝控制策略研究

（一）收缩裂缝控制

1.塑性收缩裂缝控制

塑性收缩裂缝主要分为两种，即塑性干缩裂缝以及塑性沉降裂缝。就塑性干缩裂缝而言，塑性收缩主要是由于新拌混凝土在凝结中接触表面水份，而引起的一种干缩裂缝，其机理可以运用毛细水拉力来进行阐述，当毛细孔隙水在蒸发作用下出现减少时，容易导致弯液面生成拉力，塑性收缩值较高。控制塑性收缩开裂的方法主要可以从八个方面来阐述：一是降低混凝土入模温度；二是湿润混凝土上方空气；三是设置风障与遮荫棚；四是将搅拌时间控制在合理范围内；五是缩短养护时间；六是于浇筑前润湿模板以及底板；七是浇筑后及时利用塑料膜进行覆盖；八是通过压光消除施工后的抹面塑性裂缝。就塑性沉降裂缝来讲，其部位与方向明确，主要措施表现在六个方面：一是尽可能地降低混凝土坍落度；二是在高度差处设置施工缝，可以采用分层浇筑法进行施工缝处理；三是增加表面钢筋保护层厚度；四是振捣方式合理，并科学外掺引气剂；五是稳定模板刚度及地基；六是表面实施抹平与压光消除较浅沉降裂缝。

2.自生收缩裂缝控制

自生收缩作为一种水泥水化作用下的收缩，依据常规干缩测定方法，其收缩值为干缩值与自生收缩值总和。一般而言，自生收缩需要进行测定，避免与环境湿度发生交换。在实际工程应用过程中，需要具体问题具体分析，当利用高强混凝土时，必须要注意自生收缩危害，例如在施工现场，要完善标号较低混凝土自生收缩，及时进行加水养护，通常情况下其控制策略与防止塑性干缩措施具有一致性。

3.凝结硬化收缩裂缝控制

凝结硬化收缩裂缝控制主要可以从四个方面来进行：第一，在混凝土配制过程中，使用低收缩量材料，尽可能减少拌和水用量，提高粗骨料含量；第二，降低混凝土干燥速率，有效控制表层水份损失，强化养护时，尤其是早期养护，模板外侧保持湿润，在保证混凝土强度符合标准的前提下松开模板，进行养护。在浇筑混凝土后防止干燥空气进入；第三，在混凝土中，采用膨胀水泥进行配制，最大限度地补偿收缩混凝土，预防开裂；第四，实施后浇带申缩缝，运用分段间隔浇筑方法，减少约束应力。

（二）温度收缩裂缝控制

对于温度收缩裂缝控制而言，首先要降低水化热及其释放速度减少水泥用量，掺加粉煤灰等矿料，采用低热水泥，降低水化热。其次，降低混凝土入模温度，控制投料时的原材料温度，一般采用冷水或冰水来降低混凝土的温度。同时，控制散热过程，防止混凝土表面温度出现骤然变化，改善混凝土热学性能，最大限度地提高混凝土抗拉性能，降低混凝土的热膨胀系数，防止温度收缩开裂。再者，设置构造钢筋，控制裂缝宽度，限制其发展，减少裂缝间距，将裂缝宽度控制在标准范围内。

三、结语

综上所述，混凝土收缩开裂影响因素复杂，为了有效预防开裂现象的发生，尽可能地提高抗裂强度，必须要加强原材料的选用以及配合比设计，强化温度控制，严格执行相关施工要求，加强养护管理，结合后浇带与构造配筋等控制开裂策略，从而防止开裂。

【参考文献】

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社，1997

[2]尹玉先.建筑技术混凝土早期收缩裂缝成因分析及控制措施[J].科学技术与工程，2007（04）

[3]姜德民，高振林，程海丽.住宅墙体混凝土裂缝的分析与控制[M].北京：北方工业大学出版社，2002