談混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制

孫雪蘭  霍保東

(陜西省現(xiàn)代建筑設(shè)計研究院  710048  西安)

1．引言

    混凝土結(jié)構(gòu)在建筑工程中占據(jù)著主導(dǎo)地位。混凝土的抗壓強度很高，但抗拉強度卻很低，在不大的拉應(yīng)力下便會出現(xiàn)裂縫。混凝土結(jié)構(gòu)在實際使用過程中由于承受外荷載和變形作用(溫度，收縮，不均勻沉陷等)引起結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。裂縫問題越來越引起國內(nèi)外學(xué)者和工程界很大的重視。為了確保工程質(zhì)量，應(yīng)從設(shè)計，施工及材料選用等各個方面采取綜合措施有效防止裂縫。

2.裂縫的成因及防治

    混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的原因很多，主要有：

    2．1荷載作用引起的裂縫

    當(dāng)混凝土構(gòu)件中的主拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，混凝土就會出現(xiàn)裂縫。如受彎構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生彎矩和剪力，因而產(chǎn)生垂直裂縫和斜裂縫；軸心受拉構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生垂直裂縫；受扭構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生螺旋狀裂縫等。構(gòu)件因受力狀態(tài)不同，裂縫形態(tài)不同，且裂縫方向大致與主拉應(yīng)力方向正交。防治措施：利用鋼筋的抗拉強度很高的特性，在混凝土構(gòu)件中配置適量鋼筋來傳遞開裂后混凝土所不能傳遞的拉力和剪力；同時構(gòu)件也應(yīng)有足夠的截面尺寸。

    2．2材料不良引起的裂縫

    由于材料本身的原因而引起的裂縫，因使用活性砂，石材料與水泥發(fā)生堿一骨料反應(yīng)，體積增大而使混凝土漲裂；因使用了安定性不良的水泥而引起的龜裂；因骨料中夾有泥土而產(chǎn)生不規(guī)則的網(wǎng)狀裂縫等。這種裂縫主要靠嚴(yán)格把關(guān)原材料和控制配合比加以避免。

    2．3混凝土硬化過程中的塑性裂縫

    各種現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，在澆灌后拆摸時發(fā)現(xiàn)斷斷續(xù)續(xù)的水平裂縫，裂縫中部較寬，兩端較窄，呈梭形。裂縫常出現(xiàn)在結(jié)構(gòu)的變截面處，梁板交接處，梁柱交接處及板肋交接處，這種裂縫通常稱為塑性裂縫。

    塑性裂縫產(chǎn)生原因：由于混凝土的流動性不足或流動性過大，硬化前沒有沉實或沉實不足或不均就會發(fā)生裂縫，這種裂縫是在混凝土澆筑后1～3小時，尚處于塑性階段，水分大量蒸發(fā)沿梁上面和板面鋼筋的位置發(fā)生的激烈收縮和不均沉縮，裂縫的深度通常達(dá)。

    到鋼筋面。防治措施：嚴(yán)格控制水灰比，混凝土下料速，度不應(yīng)太快；振搗要密實，振搗時間以5~15秒／次為宜；摻加減水劑合適量的粉煤灰，可減少沉降量，促進(jìn)工作性和流動性；凝固時間不宜過快，柱，墻，板等變截面結(jié)構(gòu)宜分層次澆灌。

    2．4溫度引起的裂縫

    混凝土表面出現(xiàn)的溫度裂縫，其走向沒有一定的規(guī)律性。

    溫度裂縫多緣于較大的溫差。特別是大體積混凝土在凝結(jié)和硬化期間，水泥和水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，放出大量的水化熱，使內(nèi)部的溫度不斷上升，而混凝土表面散熱較快，使得混凝土的表面和內(nèi)部溫差很大，從而產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力。而混凝土的早期抗拉強度和彈性模量都很低，故形成表面裂縫。這在厚筏基礎(chǔ)，箱形基礎(chǔ)，大型設(shè)備基礎(chǔ)中常遇到。防治措施：控制裂縫的主要因素是水化熱降溫引起的拉應(yīng)力。所以必須盡可能減少入模溫度，如夏季不得超過30QC，冬季不得低于200C；合理薄層連續(xù)澆筑；采用低熱水泥；對骨料進(jìn)行噴水預(yù)冷卻等。

    外界溫度變化引起的裂縫。混凝土結(jié)構(gòu)隨著溫度變化會產(chǎn)生熱脹冷縮變形，這種變形稱為溫度變形。如高溫或低溫時，由于環(huán)境溫度變化較大或構(gòu)件兩面溫差很大，構(gòu)件便會產(chǎn)生高溫裂縫或冷縮裂縫。防治措施：對于突然降溫，應(yīng)采取保溫措施；對于高溫，應(yīng)采取隔溫措施等。

    2．5地基變形引起的裂縫

    一般情況下，地基受到上部傳遞的壓力，引起地基的沉降變形呈凹形，這種沉降使得建筑物形成中部沉降大，端部沉降小的彎曲，結(jié)構(gòu)中下部受拉，端部受剪，特別是由于端部地基反壓力梯度很大，墻體的剪應(yīng)力很高，墻體由于剪力形成的主拉應(yīng)力破裂，裂縫呈八字形。防治措施：地基處理時應(yīng)采用可靠的方法，如樁基；對土體加固(旋噴法，攪拌法，強夯法)；作為與地基處理相適應(yīng)，抗均勻沉降的基礎(chǔ)形式：條基比獨立基礎(chǔ)好；筏基比條基好。箱形基礎(chǔ)的空間剛度較大，具有較高的“抗”不均勻的能力，比筏基抗撓剛度高數(shù)倍，有條件時應(yīng)盡量使用。

3．裂縫的影響及控制

    3.1裂縫對結(jié)構(gòu)功能的影響

    一般工業(yè)和民用建筑中，寬度小于0.05mm的裂  縫對使用(防水，防腐，承重)都無危險性，且微裂的存在也是材料本身固有的一種物理性質(zhì)。規(guī)范允許混凝土構(gòu)件及在使用階段帶裂縫工作，但過寬的裂縫會對結(jié)構(gòu)功能產(chǎn)生影響。裂縫的影響主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

    3.1.1由于裂縫的存在，在大氣或有害介質(zhì)的長期侵蝕下會使鋼筋銹蝕，逐漸削弱鋼筋的截面積，致使結(jié)構(gòu)的承載力下降，影響結(jié)構(gòu)的耐久性。

    3.1.2由于裂縫的存在，還使構(gòu)件的剛度降低，變形增大。而構(gòu)件的變形過大會影響結(jié)構(gòu)的正常使用。如屋  面板撓度過大，會妨礙屋面排水，同時使吊頂容易開裂；吊車梁撓度過大，會影響吊車的正常運行等。

    3.1.3由于裂縫的存在，會影響結(jié)構(gòu)的使用功能。對儲存液體或氣體的容器，或壓力管道，裂縫可能使液體或氣體發(fā)生滲漏，使結(jié)構(gòu)的正常使用受到影響。

    3.1.4過寬的裂縫會影響建筑物的美觀，且在使用者心理產(chǎn)生不安全感。

    3.2對裂縫的控制要求由于裂縫影響結(jié)構(gòu)功能，因此裂縫的控制很必要。規(guī)范關(guān)于裂縫寬度允許值的規(guī)定，是考慮了結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境(相對濕度)，結(jié)構(gòu)的工作條件以及鋼材對腐蝕的敏感性等因素而制定的。規(guī)范將裂縫控制等級劃分為三級，分別按所處環(huán)境類別和結(jié)構(gòu)類別確定相應(yīng)的裂縫等級及最大裂縫寬度限值，要求在荷載作用下的裂縫寬度不能超過某一限值或不允許出現(xiàn)裂縫。如在一類環(huán)境下，對鋼筋混凝土屋架，托架及需作疲勞驗算的吊車梁，其最大裂縫寬度限值應(yīng)取0.02mm；對鋼筋混凝土屋面桑和托梁，其最大裂縫限值卻應(yīng)取0.03mm。

4．結(jié)論

    建筑物的破壞往往都是從裂縫的擴(kuò)展開始的，所以我們廣大設(shè)計同行必須通過對各種裂縫的調(diào)查測試，找出裂縫出現(xiàn)的主要原因，并通過綜合分析，預(yù)料到它對結(jié)構(gòu)的危害性，就能對它是否需要處理和如何處理的問題作出正確的判斷。同時控制結(jié)構(gòu)的裂縫更要從材料的選擇，設(shè)計和計算，構(gòu)造，施工和養(yǎng)護(hù)等方面密切配合，才能得到很好的效果。

參考文獻(xiàn)：

1.國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》(GB50010一2002)

2.《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》中國建筑工業(yè)出版社 

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)