关于控制混凝土裂缝的措施分析与研究

关于控制混凝土裂缝的措施分析与研究
混凝土的裂缝，是一个带有普遍性被工程界非常关注的问题。

众所周知，非预应力混凝土是带裂缝工作的，如何通过相关的、合理的措施和方法，把混凝土的裂缝控制在工程允许的范围内，是一个非常重要的问题，因为过大的裂缝对工程的危害还是比较大的。

结构的破坏往往都是先从裂缝开始的，也是结构破坏的先兆，此种裂缝一般是荷载产生的；还有一些裂缝会影响工程的正常使用，加快钢筋的锈蚀，使保护层脱落，损害工程耐久性，此种裂缝一般是变形产生的。

而且过大的裂缝也会让使用者产生恐惧心理，造成一些不必要的纠纷。

混凝土的裂缝，从受力方面来分析，就是其所受拉应力超过了材料的抗拉强度。

而产生拉应力的原因却是多方面，也是非常复杂的。

外荷载与变形均会使结构产生拉应力，但在设计中，荷载产生的裂缝相对比较容易控制，而变形产生的裂缝在设计中却不容易控制，因为由于荷载产生的裂缝，基本可以通过规范给出的公式进行定量的分析；而变形产生的裂缝，设计规范中并没有给出明确的计算公式，想要进行定量的分析比较困难。

下面从荷载裂缝和变形裂缝两个方面阐述：
设计中，对荷载产生的裂缝应注意以下几点：
我们经常是用规范所给公式，计算裂缝宽度，是否符合规范规定的限值。

但设计者应特别注意，电算所得梁的裂缝宽度多数是不真实的，还需认真分析判断其真实性。

笔者就此进行过分析比较，其原因主要是因为电算所得梁的支座弯矩为柱中心线处的弯矩，配筋时不在计算柱边弯矩，梁支座处配筋也是按柱中弯矩进行配筋并且也是按单筋梁截面计算求得钢筋截面积。

而实际的状态并非如此，支座处计算配筋及裂缝所需弯矩应为支座处的弯矩，并非跨中，两者相差一般在10%~15%左右。

而且在抗震设计的框架梁支座处下部钢筋实配一般较多，应为双筋梁，因此，支座处钢筋的实际拉应力要小的很多，相应电算的裂缝宽度必然大了很多；梁的跨中截面配筋，电算是按矩形截面的单筋梁计算的，而在现在的工程中均设计为现浇板，所以跨中梁截面应按T型梁来计算截面配筋和验算裂缝，这样一来电算的结果也比实际的大了很多。

所以，电算的结果有裂缝超过规范的规定时，不能简单的进行加筋处理，应作一下分析判断，根据裂缝控制所配的支座钢筋，实际上是增强了梁的承载力，但消减了其延性，降低了地震时的变形耗能能力，而且也违反了抗震结构的强柱弱梁、强节点的基本原则。

规范中所给的计算裂缝的公式仅适合线形构件，对于楼板的裂缝宽度验算，单向板还可以按线形构件梁作近似计算，但双向板属于面构件，规范的公式并不适用，在按线形构件计算裂缝宽度并无理论依据，这一点应特别注意。

设计中，对变形产生的裂缝应注意以下几点：
在实际工程中，变形裂缝能占到80%以上，而且规范中所给公式仅限于线形构件外荷载产生的正截面裂缝。

变形裂缝主要是结构由于混凝土收缩变形、温度变化变形、不均匀沉降变形受阻后而产生的拉应力超过了混凝土的抗拉强度所
致，此种裂缝原因复杂、分布普遍，应引起设计人员的足够重视。

变形裂缝中由混凝土收缩变形引起的，与施工和原材料关系最为密切，但设计人员还应根据每一具体工程认真考虑是否分缝，注意是否需要分层浇筑的，并确定其位置，以减小温度或收缩变形的约束；认真选择混凝土的强度等级和材料性能，防止因水泥用量过多而引起的温度和收缩变形过大；注意考虑施工和原材料的因素，商品混凝土为了解决运输和现场浇筑等问题会增加其塌落度、粗骨料偏小，引发混凝土硬化前的塑性沉降变形；认真研究构造措施，在关键部位配置足够的温度筋的构造筋等。

因为变形裂缝产生的原因复杂，控制因素较多，所以设计人员应当先充分了解其特点、分布规律，才能做到有的放矢。

下面就三种裂缝的特点和控制因素进行一下的分析：
1、混凝土的收缩变形裂缝，影响其收缩变形的主要因素有：
（1）水灰比：水灰比过大，表明单位用水加大，混凝土中自由水分增多，且碳化收缩也加大。

施工中应严格控制水灰比，若要曾加混凝土和易性，可采用添加减水剂等措施。

（2）水泥用量：水泥用量加大，其硬化收缩相应加大，且水泥颗粒越细，收缩越是加大。

（3）振捣影响：混凝土的浇筑振捣是增大混凝土密实度最有效的方法之一，混凝土密实度越好，收缩变形越小。

2、混凝土的温度变形裂缝：
（1）季节性的降温：这是温度变形对整个结构影响最大的因素，它主要指混凝土的施工浇筑在温度较高的季节，在逐渐进入冬季的一个降温过程。

此降温的时间一般较长，从总体上说是一个渐变连续的过程，结构只要按规范规定设置温度缝，一般不会出现温度裂缝。

一个建筑如果始终处于恒温，是不会产生温度变形的，因此一个建筑物最终合拢后的阶级温差，对后期的温度变形影响是比较大的。

我们知道，混凝土的抗压强度是其抗拉强度的十倍左右，混凝土的特性是抗压不抗拉，因此负的阶级温差越大对温度变形产生的裂缝影响越大。

随着我国的社会进步、经济发展，建筑物的体量越来越大，若一味按照规范留温度缝已不适合当今的需要，设计中经常需要做一些超长的技术措施：留温度后浇带，应特别注意主体合拢时的施工温度，此时的温度越低越好，负的阶级温差越小，温度的收缩变形越小，因此，设计人员应特别注意施工的工期和确定主体合拢温度；加强建筑的外保温措施，使结构主体不直接暴露于室外，对于减小阶级温差也非常有效。

（2）混凝土在浇筑时的水化热：水泥与水发生水化反应是一个放热的过
程，水化放热量与放热速度主要取决于水化熟料的矿物成分、水泥细度、水泥正掺和料多少及外加剂的性能，它对大体积混凝土的影响是比较大的。

对于大体积混凝土，随着浇筑厚度不同，混凝土厚度越大，放热越大；浇筑时气温越高，材料入模温度越高，温度峰值就越高。

3、不均匀沉降引起的裂缝：
所谓不均匀沉降引裂缝，实际上是结构相邻的两个部分，由于荷载或地基承受压缩能力不同性层结构间的剪切作用，这种剪切作用大于结构抗剪能力，造成结构开裂发生相对位移，即沉降差，它是由于剪切作用形成，裂缝一般是斜向的。

工程中一般是留沉降缝或留沉降后浇带来解决。

变形产生的裂缝是一个动态的过程，而不是静止的。

它是一个变形约束的积累，当应变积累到一定成度而使拉应力大于了混凝土的抗拉强度，混凝土才会开裂，而在后开裂的变形和约束进一步发展，会是裂缝的宽度进一步发展。

变形约束，根据约束的形式，一般分为自约束和外约束。

自约束是指同一种构件本身各质点变形不均匀而引起的相互约束作用。

自约束作用一般的后果是混凝土表面出现裂缝。

但随着约束程度的加大，裂缝宽度也会加大，宽度越大，越向深度发展，其延伸长度也越长。

自约束一般包括收缩和温度两种。

外约束是指不同构件之间由于变形或变形不均匀而引起的相互约束作用。

外约束一般使混凝土出现表面或贯穿裂缝，产生原因一般包括收缩、温度和不均匀沉降三种。

裂缝是一个足够让设计人员引起重视的问题，只有正确地分析其产生的原因，才能从计算上、从构造中做一些合理的措施，把裂缝控制在规范规定的范围之内。