浅谈钢筋混凝土结构的裂缝

许衍彬

（华北水利水电大学土木与交通学院，河南郑州450000）

1 前言

钢筋与混凝土之所以能够协调工作，主要是因为两者的粘结力和相近的温度膨胀系数。尽管如此，钢筋混凝土构件在正常使用下是带裂缝工作的。在裂缝出现前，受拉区混凝土与钢筋共同受力，沿着长度方向二者应力保持均等，但在裂缝出现后，受拉区混凝土退出工作，应力释放后向两边弹性回缩，裂缝处应力全由钢筋承担，导致裂缝处钢筋应力与应变突增。裂缝宽度过大，会造成钢筋锈蚀和裂缝发展的恶性循环，并且造成保护层剥落。裂缝虽然不可避免，但其危害程度是可以通过措施来降低的。

2 荷载裂缝

（1）荷载作用造成的裂缝称为荷载裂缝或结构性裂缝，包括正截面裂缝和斜截面裂缝。一般来说，正截面裂缝由截面正应力引起，包括弯矩、轴向拉压力或者偏心拉压力等荷载产生的正应力，而斜截面裂缝由剪力或者扭矩产生的剪应力引起。当纵向受力钢筋与混凝土的粘结遭到破坏，还会出现沿着钢筋的粘结裂缝与撕裂裂缝。

（2）荷载作用下裂缝宽度的影响因素：

①纵向受拉钢筋的等效直径。钢筋等效直径与钢筋的直径和表面形状有关。采用细而密的钢筋，能够增大钢筋的总外表面积，增大粘结力，并且通过粘结力将钢筋的拉力扩散到混凝土上去，有效约束混凝土收缩的区域，使裂缝分散，减小裂缝宽度。同时，配置与混凝土粘结力较好的变形钢筋，也能减小裂缝宽度。

②混凝土保护层厚度。混凝土保护层可以将钢筋与外部酸性环境进行隔离，防止钢筋的锈蚀。但是，混凝土保护层厚度越厚，混凝土外表面离受拉钢筋距离就越远，钢筋对裂缝扩张的约束作用就越小，因此，裂缝宽度就越大。

③配筋率。混凝土达极限拉应变开裂时，钢筋的应力还很小，远小于其屈服强度。因此钢筋对防止混凝土开裂不能起很大作用。但是，一旦混凝土开裂，纵向受拉钢筋相对于有效受拉混凝土截面面积的配筋率对裂缝宽度的影响很大。

④荷载性质。反复荷载，动力荷载以及长期作用荷载作用下，裂缝的扩张得到量与质的积累，因此裂缝宽度会增加。

3 温度裂缝

（1）水泥水化反应释放大量的水化热，导致混凝土构件温度急剧上升，然而混凝土内部散热慢，表层散热快，形成较大的温度梯度，造成内部膨胀比外部大得多，当构件表层拉应力大于混凝土的抗拉强度时，便会产生裂缝。温度裂缝主要发生在混凝土构件表面，因为温度梯度在表面较大，在内部较小。裂缝宽度会随着温度变化而变化，温度升高其扩张，温度降低其合拢。

（2）预防温度裂缝的措施：

①抑制外表面的散热，降低温度梯度。a.保证模板周转率的情况下，延缓拆模时间，使混凝土表面散热慢一些，降低温差；b.拆模后，对混凝土表面采取保温措施(如覆盖草席)。

②降低水化反应水化热。a.选择合理水泥。采用硅酸二钙和铝酸三钙含量较少的中低热水泥、矿渣水泥；b.大体积混凝土工程，以冰块代替水，降低混凝土入模温度；c.保证混凝土和易性和强度情况下，适当降低水灰比和混凝土单位体积水泥用量，并适当提高粉煤灰和矿渣的含量；d.限制当天混凝土浇筑厚度，并适当减缓浇筑速度。

4 收缩裂缝

4.1 分类

（1）干燥收缩裂缝。混凝土浇筑后一段时间，如果暴露在不饱和空气中，毛细孔吸附水便会蒸发。然而，表层水分蒸发快，内部水分蒸发慢，导致表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩。此时表层混凝土收缩受到内部混凝土的约束，产生拉应力导致开裂。

（2）塑性收缩裂缝。混凝土成型后最初几小时，弹性模量很低。如果暴露在高温下，水分会不断蒸发，毛细负压产生收缩力，引起表面开裂。此外，由于混凝土原材料上存在密度、形状的差异，水灰比不稳定，浇筑过程中容易分层离析，水泥浆上浮，粗骨料下沉，当骨料沉降受钢筋阻挡时，便会引起剪切开裂。

（3）自身收缩裂缝。水化反应过程中，反应生成物和反应物在密度上有区别。随着水化反应的进行，水泥浆的体积会发生收缩或者膨胀，一般普通水泥产生收缩，而矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥产生膨胀。

（4）碳化收缩裂缝。混凝土成型后期，空气中二氧化碳与水化产物氢氧化钙发生反应，生成比较坚硬的碳酸钙，同时生成游离态的水分蒸发掉，引起表层混凝土的收缩，但内部混凝土未能碳化或者碳化程度不深，体积不变，因此表层混凝土的收缩受到内部混凝土的约束，产生拉应力，导致开裂。

4.2 影响收缩裂缝的因素

(1)水灰比与砂率。水灰比如果太大，保水性和粘聚性不足，同时水蒸发后留下的空隙很大，就会导致混凝土收缩大。砂率如果太小，石子周围不能形成砂浆润滑层，砂浆不足以包裹石子表面和填充空隙，也会导致收缩增大。

(2)骨料。①骨料种类。采用吸水率较小的骨料如石灰岩，花岗岩等能显著降低混凝土的收缩；采用有棱角，表面粗糙的碎石，能提高混凝土的粘结力，间接降低混凝土的收缩。②骨料粒径。骨料粒径大，总表面积就小，需要的包裹水泥就越少。③骨料级配。骨料级配良好，空隙率小，密实度高，增大了混凝土强度同时减少了水泥用量。

(3)水泥品种。矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥和快硬水泥干缩都比较大，粉煤灰水泥、普通硅酸盐水泥收缩性较小。此外，水泥标号越低，磨细度越大，收缩就越大。

(4)外加剂。减水剂降低了水灰比，减少水泥的用量，以此降低混凝土收缩。缓凝剂可以使水化反应变慢，使水化物更均匀，减小干缩。

[1]梁兴文.混凝土结构设计原理[M]北京:中国建筑工业出版社.

[2]黄军生.钢筋混凝土桥梁裂缝成因综述.中交第二公路勘察设计研究院.

[3]朱耀台.混凝土裂缝成因与防治措施研究[M].