关于混凝土结构裂缝的分析与控制的探讨

　　[摘要]混凝土的水化热、收缩、温差等变形作用引起的结构裂缝，是复杂而又常见的。本文在参阅了大量资料基础上，结合实际对裂缝的观察、分析，提出了裂缝的几点儿控制方法。
　　关键词混凝土结构裂缝分析与控制
　　半个世纪以来，我国建筑业取得了辉煌成就，设计和施工技术得到了长足发展。结构方面：球形网架结构、高层框架结构、大跨度预应力结构；材料方面：高强超高强混凝土、轻质混凝土、钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、新型外掺剂等及空心砖、灰砂砖、粉煤灰砖、混凝土砌块等小预制件也得到逐步推广。但与此同时，我们发现了一个普遍存在的质量问题，就是混凝土裂缝问题。裂缝的存在降低了结构质量，如耐久性、整体性和抗震性。同时，各种裂缝给使用者造成了感观上和心理上的不良影响。已成为评判混凝土结构物质量的首要标准。因此，加强结构裂缝的控制是非常重要的课题。
　　1.0混凝土结构裂缝的分类
　　按成因分为温缩裂缝、干缩裂缝;按出现的时间可分为:（1）早期裂缝，在一个月内出现。（2）中期裂缝，约六个月内出现。（3）后期裂缝，1-2年或更长时间出现。按裂缝深度可分为：（1）表面裂缝，h≤0.1H。（2）浅层裂缝，0.1H<h<0.5H。（3）纵深裂缝0.5H<h<1.0H。（4）h=H贯穿裂缝（注：h——裂缝深度，H——结构厚度）。
　　2.0混凝土结构裂缝的分布
　　混凝土结构裂缝常见于（1）现浇楼板、大截面梁、剪力墙及长墙等约束度较高的结构。（2）顶层楼板和墙体连接处；（3）大体积混凝土表面；（4）梁端底、板角、柱端、悬挑结构根部、预应力构件的斜面裂缝；（5）钢筋保护层过厚，预埋件表周等等。
　　3.0混凝土结构裂缝产生的原因
　　引起裂缝的因素很多，有结构设计、施工技术和施工经验上的原因，也有材料质量上的原因，但主要原因是变形作用。如基础不均匀沉降变形，温度变形，干缩变形等。此类裂缝几乎占全部裂缝的80%以上。
　　4.0混凝土结构裂缝的综合控制
　　4.1结构设计方面
　　设计人员应对结构裂缝引起足够重视，可以采用“抗与放”或“抗放兼施”进行结构设计，留伸缩缝与不留伸缩缝的方法都是以放或抗为主的方法。要严格执行GB50010-2002《混凝土结构设计规范》。对混凝土结构要进行正常使用极限状态验算。
　　4.1.1后浇带的有效作用
　　对由于温度收缩应力引起的开裂，可采取永久式伸缩的办法，即设置伸缩缝，但从防水角度考虑，永久性的变形缝（包括伸缩缝、沉降缝、抗震缝）给工程的防水质量带来严重不利，止水带渗漏是常见且又难以处理的质量缺陷，所以后浇带的应用是一种进步，但其应用需要一定条件。
　　利用后浇带取代永久伸缩缝应注意以下问题：（1）后浇带中清理垃圾困难，接缝不密实，后期可能形成两条裂缝。因此，需注意其构造措施和施工措施。（2）间距不宜过长（30m左右），填充封闭时间不宜过短，以能将总变形进行一半以上的时间为佳，从目前混凝土的收缩量来看，3-6个月方能取得明显效果，最短不少于45d，在软土地区，填充时间在结构封顶以后，方可有效释放差异沉降的应力。实践证明，从长期正常使用来看，这种以“抗”为主的无缝工程较留永久缝具有整体性好，防水性好，抗震性好，施工方便等优点。
　　4.1.2混凝土结构形式与强度等级
　　在水平结构（如梁板、墙等）中，尽量采用中低档混凝土的强度等级（C25-C35），利用后期强度R60。钢筋保护层厚度过薄，对耐久性不利，过厚会增加开裂宽度和开裂率，所以要根据耐久性要求的最小允许厚度确定。如C25-C35混凝土结构，按50年设计使用年限，保护层最小厚度为25mm；混凝土强度≤C20时为35mm；≥C35时为15mm。遇有高湿环境对应加厚保护层。如果保护层厚度不均匀，也易引起裂缝。
　　在结构体系方面，已从过去大量运用简支构件组合的静定体系发展为超静定框架和剪力墙体系，它们的约束度显著增加，约束应力也相应增大，所以要尽可能降低结构的约束度（约束变形与自由变形之比）。
　　4.1.3设置控制缝来防止裂缝
　　4.2施工工艺方面
　　4.2.1混凝土的生产供应问题
　　由施工单位委托搅拌站向现场供应商砼时，委托技术依据只有设计院确定的强度等级，都忽略了工程特点对大体积混凝土性能的要求，这对控制裂缝不利，施工单位应在混凝土浇筑施工组织设计编制中，协调搅拌站、监理、设计及甲方管理部门，针对工程特点做出商品混凝土配料（包括缓凝剂、减水剂）要求，搅拌至到场时间、泵送方案、振捣、养护及坍落度控制等具体技术方案和信息联络图，严格执行方案，及时反馈信息。因为现在混凝土施工都采用不留施工缝一次浇筑完成，所以一旦开始拌料，就不能中断，必须环环相扣，不允许出现意外。
　　4.2.2新浇筑混凝土的养护
　　养护是混凝土工程施工工艺的中心工作，具体方法有（1）混凝土在振捣找平后，在终凝前应进行二次或局部多次压面收浆，防止早期的塑性开裂，（2）潮湿养护。混凝土浇筑后在其表面不断地补给水分，补水方法有淋水、湿砂层、湿麻袋、湿草袋等，最好在表面盖一层塑料薄膜。养护时越长越好，但考虑到工期等因素，一般不少于半个月，重大工程不少于一个月，即使养护完毕，也不宜长期直接暴露在风吹日晒的条件下。（3）养护剂涂层。注意养护剂质量和涂层厚度，同时还应提供一定的潮湿养护条件，覆盖一层塑料薄膜，特别要注意地下室外墙一层底板及出地面一层楼板的养护。（4）自动给水养护。对于长墙、长梁等结构可采用自动喷淋管（带细孔塑料管）。（5）保温养护用2～3层草垫保温、保温被（纤维编织布中填泡沫塑料）。补给热量也可用碘钨灯，有条件时尽可能利用混凝土的水化热进行“自养护”。（5）尽快回填。土是最佳的养护介质，地下工程混凝土施工完毕应尽快回填。（6）防风。风速对混凝土的水分蒸发有直接影响，不可忽视，在风速较在沿海或平坦地方应及早覆盖或遮挡，减少风的对流。（7）按科学顺序浇筑，振捣充分但不过振。（8）实现信息化施工。对大体积混凝土工程，应预埋测温点，跟综测试，信息反馈，指导养护工作。要注意温升、温差更应注意降温速度，只要降温速度缓慢（1-3℃/d），里表温差略超允许值也是可以的。如果降温过快，里表温差过大，就应采取措施，如对混凝土表面包草袋等保温，里面用循环水降温等。
　　4.3材质方面
　　泵送混凝土对流动性要求与抗裂要求是相互矛盾的，故应在满足泵送的坍落度下限条件下，尽可能降低水灰比，利用较精确的含水率测定仪或传感器测出配料过程中的含水率，进行计算机处理，自动调整水灰比，对控制混凝土的收缩和提高抗裂性是很必要的。为了降低用水量，保证泵送流速，可添加减水剂，但应注意选择对收缩变形有利的减水剂。夏季可选缓凝型，冬季或相对中低强度等级的混凝土可用普通型。另外，砂石的含泥量对混凝土抗拉强度与收缩影响很大，我国对含泥量规定较宽，但实际施工中还经常超标，这对裂缝控制极为不利。砂石骨料的粒径应尽可能大、级配好，以达到减少收缩的目的。
　　水泥品种选择上，应根据结构特点和混凝土体积，以水化热或收缩控制。以水化热控制，可选用粉煤灰水泥、矿渣水泥及中热硅酸盐水泥；以收缩控制，可选用普通硅酸盐水泥及粉煤灰水泥等，不要轻易采用早强水泥。
　　粉煤灰是泵送砼的重要组成部分，由于其火山灰活性效应及微珠效应，在一定掺量下（水泥重量15%-20%，粉煤灰不低于II级），可提高混凝土强度（包括早期强度），增加密实度，减少收缩变形，泌水量下降，坍落度损失减少。粉煤灰与减水剂掺入混凝土被称为“双掺技术”，应用于施工中，能提高混凝土可泵性，明显延缓水化热峰值出现，降低温度峰值，降低收缩变形。
　　混凝土配合比应尽量减少用少量，不宜大于170Kg/m3，在满足强度及可泵性情况下,尽量减少含浆量.
　　4.4环境因素
　　混凝土结构的裂缝，与施工期及其后的环境条件有很大关系，尤其是混凝土结构裂缝受环境影响更大。施工过程中，应注意气温和湿度变化，采取有效措施控制高温、低温和激烈干燥冲击。另外，不得在雨中浇筑，因为将严重改变水灰比。特别注意浇筑后经过一定养护的混凝土，仍然需要保护（维护），不宜长期裸露。
　　5.0裂缝限制标准
　　建筑物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，有害程度的标准根据使用条件决定。目前世界各国的规定大体一致，如从结构耐久性、承载力及正常使用等方面要求，最严格的裂缝宽度为0.1mm，即认为≤0.1mm的裂缝是无害的；≤0.2mm对外部构件（墙体）耐久性没有危险。许多国家已根据大量实验与经验将混凝土裂缝规定为0.2mm。当处于正常环境，无侵蚀介质，保护层厚度满足设计要求时，钢筋混凝土裂缝宽度可放宽至0.4mm；在湿气及土中为0.3mm；在海水及干湿交替环境中为0.15mm。
　　近年来预应力混凝土逐渐被推广到更多结构领域，如大跨超长、超厚结构及超静定框架结构，其混凝土强度等级必须提高至C50。在采用泵送时，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，裂缝控制难度更大，必须考虑大体积混凝土的特性，进行设计、施工与材料优选，并适当降低强度等级。其裂缝限制分三级，即不出现拉应力，允许出现拉应力，但不超过抗拉强度（拉而不裂）和最大允许宽度0.2mm。预应力腐蚀属于“应力腐蚀”，并有可能脆性断裂，预兆性小，裂缝扩展速度快，应严格控制。
　　应当尽量避免贯穿性及纵深裂缝，如果出现应采取化学灌浆处理，并保证强度，即贯缝抗拉强度必须超过混凝土抗拉强度。沿钢筋顺筋裂缝有害程度高，必须处理。应对悬挑结构的裂缝出现及扩展要留有观测条件（如装修工程中人孔通道。）裂缝扩展状况给人们以预兆，籍以控制结构性破坏。
　　虽然控制裂缝的方法是综合的，在施工前后应综合运用，但在结构出现裂缝后的诊断中，还应根据工程的具体设计、施工及材料等条件来寻找引起开裂的主次原因。
　　参考文献：
　　1、GB5000-2002《混凝土结构设计规范》02.4.1实施
　　2、王铁梦《工程结构裂缝控制综合方法》《施工技术》2000.5