影响钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度的主要因素有哪些

【专家解说】：混凝土裂缝控制 1、混凝土裂缝控制标准 混凝土的裂缝是不可避免的,其微观裂缝是本身物理力学性质决定的,但它的有害程度是可以控制的,有害程度的标准是根据使用条件决定的。目前世界各国的规定不完全一致,但大致相同。如从结构耐久性要求、承载力要求及正常使用要求,最严格的允许裂缝宽度为0.1mm。近年来,许多国家已根据大量试验与泵送混凝土的经验将其放宽到0.2mm。当结构所处的环境正常,保护层厚度满足设计要求,无侵蚀介质,钢筋混凝土裂缝宽度可放宽至0.4mm;在湿气及土中为0.3mm;在海水及干湿交替中为0.15mm。沿钢筋的顺筋裂缝有害程度高,必须处理。 近年来预应力混凝土应用范围逐渐推广到更多的结构领域,如大跨超长、超厚及超静定框架结构,其混凝土强度等级必须提高至C50。在采用泵送条件下,其收缩与水化热大大增加,约束应力裂缝很难避免,张拉前开裂,张拉后又不闭合,裂缝控制的难度更加困难。预应力结构裂缝允许宽度是严格的,预应力筋腐蚀属“应力腐蚀”并有可能脆性断裂,预兆性较小,裂缝扩展速度快。裂缝深度h与结构厚度H的关系如下:h≤0.1H表面裂缝;0.1H<h<0.5H浅层裂缝;0.5H≤h<1.0H纵深裂缝;h=H贯穿裂缝。 钢筋混凝土的裂缝控制有两个基本方面:(1)作为到达使用极限状态界限的临界裂缝宽度的限值;(2)裂缝宽度的计算。国内外对裂缝宽度都有相应的规定; 根据国内外设计规范及有关试验资料,混凝土最大裂缝宽度的控制标准大致如下 (1)无侵蚀介质,无防渗要求、0.3～0.4mm; (2)轻微侵蚀,无防渗要求,0.2～0.3mm; (3)严重侵蚀,有防渗要求,0.1～0.2mm。 目前所用的裂缝宽度的计算理论主要是: (1)粘结滑移理论:钢筋和混凝土相对滑移导致裂缝开展。 (2)无滑移理论:表面裂缝是由混凝土回缩形成的。 (3)半经验半理论方法:以理论为基础的实验回归方法。 2.　混凝土结构设计或施工中近似计算的模型选择 　 这些年在工民建领域解决变形作用引起裂缝的问题主要是按混凝土设计规范采取设永久性变形缝的办法,根据现浇、预制、土中、室　内、露天等条件,有明确的伸缩缝许可间距规定。 　　的确,该法解决了许多工程裂缝问题,其缺点是伸缩缝止水带经常渗漏并难以维修。更重要的是在实践中发生了许多反常现象:有的工程尺寸很小,却出现了严重开裂;另外也有的工程超长而未出现明显开裂,说明设缝与否,不是决定开裂与否的唯一因素。其它如材料级配、结构约束、结构配筋、施工工艺、养护条件以及环境温湿度气象条件等综合因素都影响结构约束内力及裂缝的出现。通过实际工程裂缝反算与现场推力试验,假定结构相互连续式约束采用水平弹簧模型,弹簧侧移刚度由试验和经验给出。推导出长墙中部正截面法向拉应力,端部剪应力,伸缩缝许可间距以及一再从中间开裂的机理。 3.　裂缝控制设计原则 　　钢筋混凝土结构的裂缝是不可避免的,但其有害程度是可以控制的,有害与无害的界限由结构使用功能决定的。裂缝控制的主要方法是通过设计、施工、材料等方面综合技术措施将裂缝控制在无害范围内。综合技术措施包括:合理选择结构形式,降低结构约束程度,对与水平构件梁、板、墙等采用中低强度级混凝土,加强构造配筋,如板顶部的受压区连续配筋,板的阳角及阴角配置放射筋,增加梁的腰筋间距200mm。优选有利于抗拉性能的混凝土级配,尽力减小水灰比、减少坍落度、降低砂率增加骨料粒径,降低含泥量及杂质含量。选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料。采取保温保湿的养护技术,尽量利用混凝土后期强度(60天)。对于超长结构可采取跳仓浇灌或后浇带方法施工。对于复杂的结构难免出现少量裂缝影响正常使用和耐久性.裂缝分为表面裂缝,浅层裂缝,纵深裂缝(深层裂缝),贯穿裂缝等。少量有害裂缝采用近代化学灌浆技术处理,满足设计使用和耐久性要求,不应因此降低工程质量评定标准。 裂缝控制措施的分类:(1)设计方面的措施;(2)材料、配合比方面的措施; (3)施工方面的措施。每方面又分为必须采取的“基本措施”和特殊情况时采取的“特殊措施。 4、钢筋混凝土与素混凝土裂缝控制的区别 　　任何尚未荷载作用的混凝土,它的组合材料包括水泥、水、砂、　石、外加剂及掺合料等组分相互物理化学作用硬化成为一种多空隙复合材料,由于初始温度收缩应力作用而形成内部许多微观裂缝,这种裂缝在外力作用下不断扩展,成为宏观裂缝,继续扩展对素混凝土迅速导致破坏。 　　但是,对于钢筋混凝土,特别是有充分构造配筋的钢筋混凝土出现一定程度的裂缝,不会迅速导致破坏,只是限制裂缝宽度问题,使其不达到有害程度。因此,构造配筋显得十分重要,可以有效地控制裂缝的出现及分散裂缝(用许多微细无害裂缝取代少量粗大的有害裂缝)。 5、 混凝土裂缝的控制措施 (1)、沉降和塑性收缩裂缝: 沉降收缩裂缝是在泵送混凝土现浇的各种钢筋混凝土结构中,特别是板、墙面系数大的结构之中经常出现的一种早期裂缝。这种裂缝位于钢筋上部,裂缝中部较宽,两端较窄,呈梭状,与混凝土上表面垂直,其深度往往从表面一直延伸到钢筋表面,如果不加以预防和消除,将会加速钢筋的锈蚀。裂缝宽度为1 mm～4 mm,深度不一塑性收缩裂缝出现在暴露于空气中的混凝土表面,裂缝较浅,长短不一,短的仅20 cm～30 cm,长的可达2 m～3m,宽1mm～5mm,裂缝互不连贯,类似干燥的泥浆面。 主要控制措施是:控制混凝土的泌水量,即在满足设计和施工的前提下,严格控制混凝土的水灰比,混凝土单方用水量,还应注意混凝土一次振捣、持续时间,提倡对混凝土进行二次振捣。 (2)、 干缩裂缝: 干燥收缩主要是由水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。混凝土的干燥收缩由于集料的收缩很小,因此主要是水泥干燥收缩造成的。水泥石干燥收缩理论有毛细管张力学说、表面吸附学说和夹层水学说等。混凝土的水分蒸发、干燥过程是由外向内、由表及里逐渐发展的。由于混凝土蒸发干燥非常缓慢,产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上,有时甚至一年半载,而且裂缝发生在表层很浅的位置,裂缝细微,有时呈平行线状或网状,常常不被人们重视。但是要特别注意,由于碳化和钢筋锈蚀的作用,干缩裂缝不仅损害薄壁结构的抗渗性和耐久性,也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成为更严重的裂缝,影响结构的耐久性 和承载能力。 控制的措施:一是降低单方混凝土用水量。在满足设计和施工的要求下,尽量控制单方混凝土的用水量,这是提高混凝土耐久性的必要条件。另外,砂率及砂料的粒径级配也要注意控制。二是选用干燥收缩量小的骨料及水泥。试验证明,使用石灰石碎石的混凝土,比使用其他品种岩石的碎石混凝土干燥收缩量小。三是使用降低混凝土收缩的外加剂。在混凝土中掺入这种外加剂之后,可使毛细管张力降低,混凝土干燥收缩变形减小。 (3)、温度裂缝: 水泥水化过程中放出大量的热,且主要集中在浇筑后的前7天内,一般水泥可以放出502 J/g的热量,如果以水泥用量350 kg/m3 550 kg/m计算,混凝土将放出17 500 kJ/m3 27 500 kJ/m 的热量,从而使混凝土内部温度升高(可达70℃左右,甚至更高)。尤其对大体积混凝土来说,这种现象更为严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同,所以混凝土中心温度低,形成温度梯度,造成温度变形和温度应力,温度应力和温度差成正比。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力(包括混凝土抗拉强度)时,就会产生裂缝。这种裂缝初期出现时很细,随着时间的发展而继续扩大,甚至达到贯穿的情况。 具体措施为:(1)从材料方面着手,降低水化热,控制混凝土内部最高温升,减少总降温差;(2)从设计方面着手,优化配合比,减少水泥用量,掺加减水剂和外掺料(如:粉煤灰),提高混凝土抗拉强度,改善约柬条件;(3)从施工方面着手,延缓混凝土降温速率,降低浇筑温度;(4)从养护方面着手,提高混凝土的表面温度,降低混凝土的内外温差。 (4)、大体积混凝土裂缝控制 大体积混凝土结构产生温度裂缝的主要原因是水泥在硬化过程中释放大量的水化热,使混凝土内部产生的温度应力超过混凝土的极限抗拉强度,因此,如何控制大体积混凝土水化热升温和混凝土结构物内外温差,成为大体积混凝土是否产生温度裂缝的关键,为了降低水化热,延缓温升值和温升速度,首先要优化配合比,采用低热水泥,通过适当掺粉煤灰及外加剂提高混凝土的品质,在结构物内埋设冷却水管,分层分块浇注混凝土,加强表面覆盖及养护等,对降低内外温差能起到良好的效果。各种温控措施是相互联系、相互补充和制约的,各项措施各有利弊,在具体工程的设计和施工中根据温度应力计算和技术经济条件分析,结合工程实际和全面考虑,合理采取相应措施。总之,大体积混凝土温度控制是一项综合技术,涉及很多因素,需结合当地的气温、环境,选择既经济又有效的施工方法,确保工程质量。 (5)、其它 由于混凝土裂缝产生的原因很多,而且通常由多种原因综合作用的结果,所以所采取的控制措施要根据实际情况,从原材料控制、改进设计与施工技术措施、提高施工工艺质量、改善养护措施、表面防护等加强控制以达到较好的控制水平。