楊勛燦

重慶中島工程建設(shè)管理有限公司 重慶 400000

1 現(xiàn)澆鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 荷載引混凝土起裂縫產(chǎn)生的方式

使混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因很多，如塑性混凝土的收縮及下沉，水化熱，荷載的作用，溫度收縮，基礎(chǔ)不均勻沉降等。

1.2 裂縫的形成和開展

1.2.1 混凝土軸心受拉構(gòu)件，在裂縫出現(xiàn)以前，鋼筋與混凝土變形相同，沿構(gòu)件軸線方向各截面的鋼筋與混凝土的應(yīng)力分布是均勻的。

1.2.2 當(dāng)?shù)谝粭l裂縫出現(xiàn)后，開裂前由混凝土承擔(dān)的拉力轉(zhuǎn)由鋼筋負(fù)擔(dān)，使開裂截面處鋼筋的應(yīng)力突然增大。

1.2.3 混凝土是指膠結(jié)料（如水泥）、水、細(xì)骨料、粗骨料以及必要時(shí)摻入化學(xué)外加劑與礦物混合料，經(jīng)過攪拌成為塑性狀態(tài)的拌合物?；炷潦且环N脆性材料，它的抗拉強(qiáng)度僅及抗壓強(qiáng)度的1/10~1/20。因此，在使用過程因超荷載、地震，以及澆筑、養(yǎng)護(hù)的原因都會(huì)使混凝土產(chǎn)生裂縫?；炷翆儆趲⒘芽p工作的結(jié)構(gòu)。

1.3 懸挑構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的原因

1.3.1 鋼筋混凝土構(gòu)件為一懸挑結(jié)構(gòu)，在框架梁一端伸出了懸挑梁，然后在懸挑梁一側(cè)面與梁整體澆筑一純懸挑板，由于純懸挑結(jié)構(gòu)的受力比較其他混凝土結(jié)構(gòu)特殊。

1.3.2 懸挑混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋綁扎設(shè)置位置在澆筑混凝土前是正確的，但在澆筑過程中，由于工人操作方法不當(dāng)，在鋼筋網(wǎng)片上踩踏致使原來設(shè)計(jì)的懸挑板鋼筋貼到模板上面，引起結(jié)構(gòu)整體受力發(fā)生質(zhì)的變化，改變了原來的設(shè)計(jì)意圖。

1.3.3 由于現(xiàn)場澆筑的混凝土是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室出的混凝土配合比單進(jìn)行配比而成，砂子、石子的顆粒級配有可能沒有很嚴(yán)格的執(zhí)行，這也是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因之一。

1.3.4 混凝土是由人工攪拌、運(yùn)輸、澆筑的，其中施工過程中混凝土的均勻性和密實(shí)性也可能是裂縫形成間接原因。

1.3.5 模板的支設(shè)、鋼筋表面污染、混凝土保護(hù)層過大或者過小等都可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫[1]。

2 現(xiàn)澆混凝土裂縫的預(yù)防措施

混凝土的優(yōu)點(diǎn)：混凝土的性質(zhì)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求確定。根據(jù)不同的工程要求，通過選擇原材料、調(diào)整混凝土的配合比，并采取各種工藝，可以制成具有各種性質(zhì)的混凝土?；炷两Y(jié)構(gòu)和構(gòu)筑物具有良好的整體性及抗震性?；炷辆哂辛己玫乃苄浴Ｖ谱骰炷恋脑牧蠘O大部分可以就地取材。

2.1 混凝土攪拌

為獲得質(zhì)量優(yōu)良的混凝土拌合物，除正確選擇攪拌機(jī)外，還必須正確確定攪拌制度、攪拌時(shí)間、投料順序。混凝土拌合物的質(zhì)量對裂縫控制具有顯著影響。

2.1.1 攪拌時(shí)間：攪拌時(shí)間是影響混凝土質(zhì)量及攪拌機(jī)生產(chǎn)率的重要因素之一，時(shí)間過短，拌和不均勻，會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度及和易性；時(shí)間過長，不僅會(huì)影響攪拌機(jī)生產(chǎn)率，而且會(huì)使混凝土和易性降低或產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象。

2.1.2 投料順序：按攪拌制度進(jìn)行投料。

2.1.3 使用攪拌機(jī)時(shí)，必須注意安全。在攪拌工作結(jié)束時(shí)，也應(yīng)立即清洗筒內(nèi)外。葉片磨損面積如超過10%左右，就應(yīng)按原樣修補(bǔ)或更換。

2.2 混凝土運(yùn)輸

在運(yùn)輸過程中，應(yīng)保持混凝土的均勻性，避免產(chǎn)生分層離析現(xiàn)象，以致影響混凝土的澆筑密實(shí)度而產(chǎn)生裂縫?；炷恋倪\(yùn)輸工作分為地面運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸和樓面運(yùn)輸三種情況。

2.2.1 混凝土地面運(yùn)輸，距離較遠(yuǎn)時(shí)，可采用自卸汽車或混凝土攪拌運(yùn)輸車。

2.2.2 混凝土的垂直運(yùn)輸，多采用塔式起重機(jī)、井架，也可采用混凝泵。塔式起重機(jī)運(yùn)輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)是地面運(yùn)輸、垂直運(yùn)輸和樓面運(yùn)輸都可以采用。

2.2.3 混凝土泵，結(jié)合工程實(shí)際情況，泵送的揚(yáng)程高度通過計(jì)算確定。目前，泵送混凝土的揚(yáng)程高度可達(dá)上百米。極大地提高了工作效率和保證工程質(zhì)量。

2.3 混凝土澆筑

2.3.1 鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的澆筑?？蚣芙Y(jié)構(gòu)澆筑，首先需要?jiǎng)澐质┕雍褪┕ざ?，施工層一般按結(jié)構(gòu)樓層劃分，而每一施工層如何劃分施工段，則要考慮工序數(shù)量，技術(shù)要求，結(jié)構(gòu)特點(diǎn)等。混凝土澆筑前應(yīng)做好必要的準(zhǔn)備工作，如模板、鋼筋和預(yù)埋管線的檢查和清理及隱蔽工程的驗(yàn)收，澆筑用腳手架、走道的搭設(shè)和安全檢查，并做好施工用具的準(zhǔn)備等。

2.3.2 大體積混凝土結(jié)構(gòu)澆筑。大體積混凝土的澆筑方法，一般分為全面分層等方式進(jìn)行。澆筑前，應(yīng)按專項(xiàng)方案要求，進(jìn)行現(xiàn)場施工技術(shù)交底。落實(shí)施工澆筑管理、旁站等措施，確保澆筑質(zhì)量。避免造成混凝土產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性貫穿開裂。

2.3.3 混凝土養(yǎng)護(hù)。①按專項(xiàng)方案要求實(shí)施養(yǎng)護(hù)。②混凝土澆筑完成后，結(jié)合天氣溫度采取養(yǎng)護(hù)措施。一般氣溫不低于20℃左右，澆筑完成后4h內(nèi)覆蓋灑水養(yǎng)護(hù)。③澆筑混凝土氣溫低于5℃時(shí)，應(yīng)采取混凝土保溫措施。避免混凝土受凍后引起結(jié)構(gòu)開裂[2]。

3 受彎構(gòu)件的變形計(jì)算

3.1 鋼筋混凝土梁的剛度變化

在均布荷載作用下，簡支梁的跨中擾度為：

簡支梁跨中受有集中荷載作用時(shí)，跨中擾度為：

其中EI為梁的抗彎剛度，M為梁中最大彎矩。上兩式可統(tǒng)一寫成：

式中，C為與荷載類型和支承條件有關(guān)的系數(shù)。當(dāng)梁為勻質(zhì)彈性材料時(shí)，它是一個(gè)常數(shù)，擾度f與彎矩M成線性關(guān)系。對鋼筋混凝土梁來講，由于材料的非彈性性質(zhì)和受拉區(qū)裂縫的發(fā)展，梁的剛度不是常數(shù)，而是隨著荷載的增加不斷降低。一般配筋適量的鋼筋混凝土梁的彎矩M與擾度f的關(guān)系。M-f曲線可以分為三個(gè)階段。

3.2 第I階段是裂縫出現(xiàn)以前

這一階段梁的性能接近彈性，M與f基本上成直線關(guān)系。臨近裂縫出現(xiàn)時(shí)，M-f關(guān)系由直線轉(zhuǎn)向曲線，這是由于拉區(qū)混凝土塑性變形的發(fā)展，使梁的剛度有所降低。這一階段梁的短期剛度可按下式計(jì)算：

式中 E-混凝土的彈性模量，I-換算截面的慣性矩。

3.3 裂縫出現(xiàn)以后到受拉區(qū)鋼筋屈服以前為第II階段

裂縫出現(xiàn)以后，M-f關(guān)系曲線發(fā)生轉(zhuǎn)折，梁的剛度有明顯的降低。這主要是由于受拉區(qū)混凝土裂縫開展使混凝土逐步退出工作，以及壓區(qū)混凝土塑性變形所引起的。

3.4 第Ⅲ階段

當(dāng)受拉區(qū)鋼筋屈服以后，M-f關(guān)系曲線出現(xiàn)第二個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，進(jìn)入第Ⅲ階段。這一階段，當(dāng)M增加很少甚至不增加時(shí)，f很快增大，說明剛度急劇降低，處于承載力的極限狀態(tài)。

對普通鋼筋混凝土梁來講，在使用荷載作用下，絕大多數(shù)屬于第Ⅱ階段。

3.4.1 第Ⅱ階段的應(yīng)變分布特征。裂縫出現(xiàn)以后，梁處于第Ⅱ階段。由純彎鋼筋混凝土梁的試驗(yàn)可知，這一階段的應(yīng)變分布具有下列特征：①鋼筋應(yīng)變沿梁長呈波浪形變化。在開裂截面，應(yīng)變最大。這是由于開裂截面混凝土退出工作，使鋼筋應(yīng)變明顯增大。隨著離裂縫截面距離的增加，鋼筋應(yīng)變逐漸減少。這是由于黏結(jié)應(yīng)力將鋼筋應(yīng)力向混凝土傳遞，使混凝土參與受拉，在裂縫中間截面鋼筋應(yīng)變最小。②壓區(qū)混凝土的應(yīng)變分布也是不均勻的。開裂截面應(yīng)變較大，裂縫之間應(yīng)變較小，但其波動(dòng)幅度比鋼筋應(yīng)變波動(dòng)的幅度要小得多[3]。

4 混凝土結(jié)構(gòu)耐久性

4.1 混凝土中鋼筋腐蝕的機(jī)理

由于水泥水化作用產(chǎn)生大量氫氧化鈣，混凝土中水分為高堿性（pH＞12.5）的電解質(zhì)，即使大氣中的氧、水和有害介質(zhì)可以通過混凝土中孔隙滲入到鋼筋。通常有兩種途徑可使鈍化膜遭到破壞，一種是混凝土的碳化到達(dá)鋼筋表面，另一種是氯離子侵入。

4.2 鋼筋腐蝕速度（反映速度）的快慢取決于陰極區(qū)氧的可供度

即腐蝕速度是由陰極過程來控制的?；炷恋臐B透性越高，氧向鋼筋表面擴(kuò)散的速度越大，鋼筋腐蝕的速度也越快。

4.3 影響腐蝕的因素

4.3.1 保護(hù)層厚度?；炷林刑蓟疃群吐入x子侵入深度都與時(shí)間的平方根成正比。如果在正常的保護(hù)層厚度情況下，需要50年鋼筋才開始腐蝕（脫鈍）。當(dāng)環(huán)境條件不變時(shí)，若保護(hù)層的厚度減少一半則只需要12.5年鋼筋即可出現(xiàn)腐蝕。

4.3.2 水灰比?；炷恋乃冶葘炷恋臐B透性有決定性的影響。尤其是當(dāng)水灰比超過0.6時(shí)，由于毛細(xì)孔的增加，透水性將隨水灰比的增大而急劇增大。由試驗(yàn)可知，鋼筋相對腐蝕量與水灰比和保護(hù)層厚度有很大關(guān)系。當(dāng)保護(hù)層厚度c=20mm時(shí)，水灰比從0.62降低到0.49，腐蝕量減少了52%。當(dāng)水灰比為0.49時(shí)，保護(hù)層厚度c從20mm增加到38mm時(shí)，腐蝕量減少了55%。

4.4 養(yǎng)護(hù)

如混凝土養(yǎng)護(hù)不足（即混凝土表面早期干燥），表層混凝土的滲透性將增加5～10倍，其深度通常等于或大于保護(hù)層厚度。在混凝土第一次干燥以后再采取養(yǎng)護(hù)措施是無效的，因?yàn)橛不^程一旦中斷就很難繼續(xù)。

4.5 水泥用量

水泥含量對混凝土滲透性的影響，不如水灰比、振搗質(zhì)量及養(yǎng)護(hù)的影響大。但對混凝土的和易性及養(yǎng)護(hù)敏感性有重要影響。通常，如水灰比不超過0.5～0.6，采用300kg/m3的水泥用量即足以實(shí)現(xiàn)較低滲透性和較高耐久性混凝土的要求。

4.6 混凝土分類

混凝土是以膠凝材料、粗細(xì)骨料和水以及外加劑、混合料經(jīng)合理配置而成。根據(jù)骨料分類有，碎石混凝土、卵石混凝土。根據(jù)密度分類有，重混凝土、普通混凝土，輕骨料混凝土。根據(jù)強(qiáng)度分，有高強(qiáng)度混凝土、超高強(qiáng)混凝土和中低混凝土。按水泥用量分類，有貧水泥混凝土，富水泥混凝土。

4.7 混凝土外加劑

混凝土外加劑主要包括提高早期混凝土強(qiáng)度的早強(qiáng)劑，一般氣溫較高是適量添加緩凝劑，提高混凝土耐久性的引氣劑等。以及膨脹劑、防水劑等。根據(jù)設(shè)計(jì)要求混凝土等級進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)。

4.8 混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土在滿足施工和易性的條件下，當(dāng)水泥用量維持不變時(shí)，用水量越少，水灰比越小，則混凝土密實(shí)性越好，收縮值越小。當(dāng)水灰比維持不變時(shí)，在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，用水量越少，水泥用量越省，同時(shí)混凝土的體積變化也越小。石子最大粒徑越大，則總表面越小，表面上需要包裹的水泥將就越小，混凝土的密實(shí)性提高?；炷潦且允訛橹黧w，砂子填充石子的孔隙，水泥漿則使砂石膠成一體。石子用量越多、則需要的用的水泥漿越少。要使石子用量最多，砂石骨料混合物級配合適。

4.9 拌和物的試配與調(diào)整

混凝土的理論配合比初步計(jì)算出來以后，還需要通過試配進(jìn)行調(diào)整。

4.9.1 坍落度的調(diào)整：經(jīng)試拌后，如坍落度小于要求時(shí)，可保持水灰比不變，適量增加水泥漿用量。

4.9.2 試配混凝土的強(qiáng)度檢驗(yàn)及水灰比調(diào)整。檢驗(yàn)混凝土強(qiáng)度時(shí)至少應(yīng)采用三個(gè)不同的配合比。其中一個(gè)為基準(zhǔn)配合比，另外兩個(gè)配合比的水灰比值，應(yīng)按基準(zhǔn)配合比分別增加及減少0.05，其用水量應(yīng)該與基準(zhǔn)配合比相同，但砂率值可以適當(dāng)調(diào)整。

4.9.3 配合比的確定。由試驗(yàn)得出的各水灰比值時(shí)的混凝土強(qiáng)度，用作圖法或計(jì)算求出所要求的混凝土相對應(yīng)的灰水比值。即初步定出混凝土所需的配合比。

5 結(jié)束語

由以上分析可見，在裂縫出現(xiàn)以前，鋼筋與混凝土變形相同，沿構(gòu)件軸線方向各截面的鋼筋與混凝土的應(yīng)力分布是均勻的。鋼筋混凝土裂縫的原因是復(fù)雜的，控制措施也同樣多種多樣。鋼筋混凝土梁的抗彎剛度不是一個(gè)始終不變的常數(shù)，而是隨著荷載的增加而不斷降低的。