許衍彬

（華北水利水電大學(xué)土木與交通學(xué)院，河南鄭州450000）

1 前言

鋼筋與混凝土之所以能夠協(xié)調(diào)工作，主要是因?yàn)閮烧叩恼辰Y(jié)力和相近的溫度膨脹系數(shù)。盡管如此，鋼筋混凝土構(gòu)件在正常使用下是帶裂縫工作的。在裂縫出現(xiàn)前，受拉區(qū)混凝土與鋼筋共同受力，沿著長(zhǎng)度方向二者應(yīng)力保持均等，但在裂縫出現(xiàn)后，受拉區(qū)混凝土退出工作，應(yīng)力釋放后向兩邊彈性回縮，裂縫處應(yīng)力全由鋼筋承擔(dān)，導(dǎo)致裂縫處鋼筋應(yīng)力與應(yīng)變突增。裂縫寬度過(guò)大，會(huì)造成鋼筋銹蝕和裂縫發(fā)展的惡性循環(huán)，并且造成保護(hù)層剝落。裂縫雖然不可避免，但其危害程度是可以通過(guò)措施來(lái)降低的。

2 荷載裂縫

（1）荷載作用造成的裂縫稱(chēng)為荷載裂縫或結(jié)構(gòu)性裂縫，包括正截面裂縫和斜截面裂縫。一般來(lái)說(shuō)，正截面裂縫由截面正應(yīng)力引起，包括彎矩、軸向拉壓力或者偏心拉壓力等荷載產(chǎn)生的正應(yīng)力，而斜截面裂縫由剪力或者扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)力引起。當(dāng)縱向受力鋼筋與混凝土的粘結(jié)遭到破壞，還會(huì)出現(xiàn)沿著鋼筋的粘結(jié)裂縫與撕裂裂縫。

（2）荷載作用下裂縫寬度的影響因素：

①縱向受拉鋼筋的等效直徑。鋼筋等效直徑與鋼筋的直徑和表面形狀有關(guān)。采用細(xì)而密的鋼筋，能夠增大鋼筋的總外表面積，增大粘結(jié)力，并且通過(guò)粘結(jié)力將鋼筋的拉力擴(kuò)散到混凝土上去，有效約束混凝土收縮的區(qū)域，使裂縫分散，減小裂縫寬度。同時(shí)，配置與混凝土粘結(jié)力較好的變形鋼筋，也能減小裂縫寬度。

②混凝土保護(hù)層厚度?；炷帘Ｗo(hù)層可以將鋼筋與外部酸性環(huán)境進(jìn)行隔離，防止鋼筋的銹蝕。但是，混凝土保護(hù)層厚度越厚，混凝土外表面離受拉鋼筋距離就越遠(yuǎn)，鋼筋對(duì)裂縫擴(kuò)張的約束作用就越小，因此，裂縫寬度就越大。

③配筋率?；炷吝_(dá)極限拉應(yīng)變開(kāi)裂時(shí)，鋼筋的應(yīng)力還很小，遠(yuǎn)小于其屈服強(qiáng)度。因此鋼筋對(duì)防止混凝土開(kāi)裂不能起很大作用。但是，一旦混凝土開(kāi)裂，縱向受拉鋼筋相對(duì)于有效受拉混凝土截面面積的配筋率對(duì)裂縫寬度的影響很大。

④荷載性質(zhì)。反復(fù)荷載，動(dòng)力荷載以及長(zhǎng)期作用荷載作用下，裂縫的擴(kuò)張得到量與質(zhì)的積累，因此裂縫寬度會(huì)增加。

3 溫度裂縫

（1）水泥水化反應(yīng)釋放大量的水化熱，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件溫度急劇上升，然而混凝土內(nèi)部散熱慢，表層散熱快，形成較大的溫度梯度，造成內(nèi)部膨脹比外部大得多，當(dāng)構(gòu)件表層拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生裂縫。溫度裂縫主要發(fā)生在混凝土構(gòu)件表面，因?yàn)闇囟忍荻仍诒砻孑^大，在內(nèi)部較小。裂縫寬度會(huì)隨著溫度變化而變化，溫度升高其擴(kuò)張，溫度降低其合攏。

（2）預(yù)防溫度裂縫的措施：

①抑制外表面的散熱，降低溫度梯度。a.保證模板周轉(zhuǎn)率的情況下，延緩拆模時(shí)間，使混凝土表面散熱慢一些，降低溫差；b.拆模后，對(duì)混凝土表面采取保溫措施(如覆蓋草席)。

②降低水化反應(yīng)水化熱。a.選擇合理水泥。采用硅酸二鈣和鋁酸三鈣含量較少的中低熱水泥、礦渣水泥；b.大體積混凝土工程，以冰塊代替水，降低混凝土入模溫度；c.保證混凝土和易性和強(qiáng)度情況下，適當(dāng)降低水灰比和混凝土單位體積水泥用量，并適當(dāng)提高粉煤灰和礦渣的含量；d.限制當(dāng)天混凝土澆筑厚度，并適當(dāng)減緩澆筑速度。

4 收縮裂縫

4.1 分類(lèi)

（1）干燥收縮裂縫。混凝土澆筑后一段時(shí)間，如果暴露在不飽和空氣中，毛細(xì)孔吸附水便會(huì)蒸發(fā)。然而，表層水分蒸發(fā)快，內(nèi)部水分蒸發(fā)慢，導(dǎo)致表面收縮大、內(nèi)部收縮小的不均勻收縮。此時(shí)表層混凝土收縮受到內(nèi)部混凝土的約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂。

（2）塑性收縮裂縫?；炷脸尚秃笞畛鯉仔r(shí)，彈性模量很低。如果暴露在高溫下，水分會(huì)不斷蒸發(fā)，毛細(xì)負(fù)壓產(chǎn)生收縮力，引起表面開(kāi)裂。此外，由于混凝土原材料上存在密度、形狀的差異，水灰比不穩(wěn)定，澆筑過(guò)程中容易分層離析，水泥漿上浮，粗骨料下沉，當(dāng)骨料沉降受鋼筋阻擋時(shí)，便會(huì)引起剪切開(kāi)裂。

（3）自身收縮裂縫。水化反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)生成物和反應(yīng)物在密度上有區(qū)別。隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行，水泥漿的體積會(huì)發(fā)生收縮或者膨脹，一般普通水泥產(chǎn)生收縮，而礦渣硅酸鹽水泥和粉煤灰硅酸鹽水泥產(chǎn)生膨脹。

（4）碳化收縮裂縫?；炷脸尚秃笃?，空氣中二氧化碳與水化產(chǎn)物氫氧化鈣發(fā)生反應(yīng)，生成比較堅(jiān)硬的碳酸鈣，同時(shí)生成游離態(tài)的水分蒸發(fā)掉，引起表層混凝土的收縮，但內(nèi)部混凝土未能碳化或者碳化程度不深，體積不變，因此表層混凝土的收縮受到內(nèi)部混凝土的約束，產(chǎn)生拉應(yīng)力，導(dǎo)致開(kāi)裂。

4.2 影響收縮裂縫的因素

(1)水灰比與砂率。水灰比如果太大，保水性和粘聚性不足，同時(shí)水蒸發(fā)后留下的空隙很大，就會(huì)導(dǎo)致混凝土收縮大。砂率如果太小，石子周?chē)荒苄纬缮皾{潤(rùn)滑層，砂漿不足以包裹石子表面和填充空隙，也會(huì)導(dǎo)致收縮增大。

(2)骨料。①骨料種類(lèi)。采用吸水率較小的骨料如石灰?guī)r，花崗巖等能顯著降低混凝土的收縮；采用有棱角，表面粗糙的碎石，能提高混凝土的粘結(jié)力，間接降低混凝土的收縮。②骨料粒徑。骨料粒徑大，總表面積就小，需要的包裹水泥就越少。③骨料級(jí)配。骨料級(jí)配良好，空隙率小，密實(shí)度高，增大了混凝土強(qiáng)度同時(shí)減少了水泥用量。

(3)水泥品種。礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥和快硬水泥干縮都比較大，粉煤灰水泥、普通硅酸鹽水泥收縮性較小。此外，水泥標(biāo)號(hào)越低，磨細(xì)度越大，收縮就越大。

(4)外加劑。減水劑降低了水灰比，減少水泥的用量，以此降低混凝土收縮。緩凝劑可以使水化反應(yīng)變慢，使水化物更均勻，減小干縮。

[1]梁興文.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理[M]北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

[2]黃軍生.鋼筋混凝土橋梁裂縫成因綜述.中交第二公路勘察設(shè)計(jì)研究院.

[3]朱耀臺(tái).混凝土裂縫成因與防治措施研究[M].