談混凝土結構的裂縫控制

孫雪蘭  霍保東

(陜西省現代建筑設計研究院  710048  西安)

1．引言

    混凝土結構在建筑工程中占據著主導地位。混凝土的抗壓強度很高，但抗拉強度卻很低，在不大的拉應力下便會出現裂縫。混凝土結構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)引起結構性裂縫和非結構性裂縫。裂縫問題越來越引起國內外學者和工程界很大的重視。為了確保工程質量，應從設計，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

    混凝土結構構件產生裂縫的原因很多，主要有：

    2．1荷載作用引起的裂縫

    當混凝土構件中的主拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土就會出現裂縫。如受彎構件在荷載作用下產生彎矩和剪力，因而產生垂直裂縫和斜裂縫；軸心受拉構件在荷載作用下產生垂直裂縫；受扭構件在荷載作用下產生螺旋狀裂縫等。構件因受力狀態不同，裂縫形態不同，且裂縫方向大致與主拉應力方向正交。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；同時構件也應有足夠的截面尺寸。

    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，石材料與水泥發生堿一骨料反應，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生不規則的網狀裂縫等。這種裂縫主要靠嚴格把關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

    各種現澆鋼筋混凝土結構構件中，在澆灌后拆摸時發現斷斷續續的水平裂縫，裂縫中部較寬，兩端較窄，呈梭形。裂縫常出現在結構的變截面處，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，水分大量蒸發沿梁上面和板面鋼筋的位置發生的激烈收縮和不均沉縮，裂縫的深度通常達。

    到鋼筋面。防治措施：嚴格控制水灰比，混凝土下料速，度不應太快；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，促進工作性和流動性；凝固時間不宜過快，柱，墻，板等變截面結構宜分層次澆灌。

    2．4溫度引起的裂縫

    混凝土表面出現的溫度裂縫，其走向沒有一定的規律性。

    溫度裂縫多緣于較大的溫差。特別是大體積混凝土在凝結和硬化期間，水泥和水發生化學反應，放出大量的水化熱，使內部的溫度不斷上升，而混凝土表面散熱較快，使得混凝土的表面和內部溫差很大，從而產生很大的溫度應力。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，箱形基礎，大型設備基礎中常遇到。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；合理薄層連續澆筑；采用低熱水泥；對骨料進行噴水預冷卻等。

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

    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，結構中下部受拉，端部受剪，特別是由于端部地基反壓力梯度很大，墻體的剪應力很高，墻體由于剪力形成的主拉應力破裂，裂縫呈八字形。防治措施：地基處理時應采用可靠的方法，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，抗均勻沉降的基礎形式：條基比獨立基礎好；筏基比條基好。箱形基礎的空間剛度較大，具有較高的“抗”不均勻的能力，比筏基抗撓剛度高數倍，有條件時應盡量使用。

3．裂縫的影響及控制

    3.1裂縫對結構功能的影響

    一般工業和民用建筑中，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。規范允許混凝土構件及在使用階段帶裂縫工作，但過寬的裂縫會對結構功能產生影響。裂縫的影響主要表現在以下幾個方面：

    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，致使結構的承載力下降，影響結構的耐久性。

    3.1.2由于裂縫的存在，還使構件的剛度降低，變形增大。而構件的變形過大會影響結構的正常使用。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，會影響結構的使用功能。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生滲漏，使結構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，且在使用者心理產生不安全感。

    3.2對裂縫的控制要求由于裂縫影響結構功能，因此裂縫的控制很必要。規范關于裂縫寬度允許值的規定，是考慮了結構所處的環境(相對濕度)，結構的工作條件以及鋼材對腐蝕的敏感性等因素而制定的。規范將裂縫控制等級劃分為三級，分別按所處環境類別和結構類別確定相應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裂縫。如在一類環境下，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取0.02mm；對鋼筋混凝土屋面桑和托梁，其最大裂縫限值卻應取0.03mm。

4．結論

    建筑物的破壞往往都是從裂縫的擴展開始的，所以我們廣大設計同行必須通過對各種裂縫的調查測試，找出裂縫出現的主要原因，并通過綜合分析，預料到它對結構的危害性，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。同時控制結構的裂縫更要從材料的選擇，設計和計算，構造，施工和養護等方面密切配合，才能得到很好的效果。

參考文獻：

1.國家標準《混凝土結構設計規范》(GB50010一2002)

2.《工程結構裂縫控制》中國建筑工業出版社 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)