鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題探討

薛經(jīng)秋

(福建省建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督總站350001)

一、前言

    鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題是困擾建筑界多年的難題。裂縫的出現(xiàn)，一是影響美觀，二是影響使用壽命，嚴(yán)重的影響結(jié)構(gòu)安全，因此，裂縫問題已引起了普遍的重視。尤其是當(dāng)前工程建設(shè)的規(guī)模日趨龐大，結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，對工程質(zhì)量的要求日趨嚴(yán)格，工程結(jié)構(gòu)裂縫問題所產(chǎn)生的影響也日顯突出。

二、裂縫的種類和形狀

    混凝土結(jié)構(gòu)裂縫可分為微觀裂縫和宏觀裂縫[1]。微觀裂縫簡稱微裂，是指尚未受荷的混凝土結(jié)構(gòu)中存在的肉眼不可見的裂縫，主要有三種：l.骨料與水泥石粘結(jié)面上的裂縫，主要沿骨料周圍出現(xiàn)；2.水泥漿中的裂縫，出現(xiàn)在骨料與骨料之間；3、骨料本身的裂縫。宏觀裂縫是指肉眼可見(大于或等于0．05mm)的裂縫，微觀裂縫在外力作用下擴展生成的裂縫就是宏觀裂縫。

    按照引起裂縫產(chǎn)生原因不同來劃分，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫主要有以下幾種：溫度裂縫、收縮裂縫(自生、塑性、碳化、干縮)、外荷載引起的裂縫、不均勻沉陷裂縫、其它施工裂縫等。

    混凝土結(jié)構(gòu)裂縫按形狀有：上寬下窄、下寬上窄、外寬內(nèi)窄、中間寬兩頭窄的裂縫；按方向位置有：縱向的、橫向的、對角線向的、斜向的裂縫；按裂縫深度有：表面的、縱深的(深度達1／Z厚度)、貫穿的裂縫，等等。裂縫形狀、位置、深度與結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有直接關(guān)系，一般裂縫的方向同拉應(yīng)力方向垂直。

三、裂縫產(chǎn)生的原因

    1.溫度裂縫

    混凝土結(jié)構(gòu)受溫度影響，會產(chǎn)生熱脹冷縮變形。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到約束，變形變化不均勻時，便會產(chǎn)生約束應(yīng)力，如約束應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度，則導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

    溫度裂縫分為內(nèi)約束裂縫和外約束裂縫。內(nèi)約束裂縫主要是由于混凝土內(nèi)部溫差過大引起的，當(dāng)混凝土表面溫度急劇下降時，混凝土表面便產(chǎn)生較大的溫度差，引起混凝土變形，并由于混凝土內(nèi)部約束而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。這種裂縫多發(fā)生在早期，且通常只在混凝土表層出現(xiàn)。外約束裂縫是由于不同構(gòu)件受溫度影響所產(chǎn)生的變形變化不一樣，使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，便出現(xiàn)裂縫，這種裂縫多在混凝土澆筑后二至三個月或更長時間出現(xiàn)，裂縫較深，且多為貫穿性的，破壞結(jié)構(gòu)整體性。

    2.收縮裂縫

    混凝土在硬化過程中和硬化后，由于水分的消失，會產(chǎn)生收縮并引起裂縫。收縮裂縫的產(chǎn)生，主要是由于混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外界條件的存在。混凝土是具有大量孔隙的材料，這些孔隙中存在水份，干水份蒸發(fā)收縮變形同時發(fā)生，并對水泥石產(chǎn)生壓力。雖然最終收縮完成需要大約20年時間，但主要部分的收縮是在前面l～2年內(nèi)。另外，空氣中的二氧化碳與混凝土中的氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，也會引起混凝土收縮變形。混凝土收縮主要有自生收縮、塑性收縮、碳化收縮、干縮等。

    3.外荷載引起的裂縫

    外荷載(包括靜荷載、動荷載)作用于結(jié)構(gòu)上，所產(chǎn)生的應(yīng)力如超過混凝土的抗拉強度時，混凝土結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)裂縫。另外，許多結(jié)構(gòu)的實際工作狀態(tài)同常規(guī)計算模型有出入，所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)此應(yīng)力也會引起結(jié)構(gòu)裂縫。

    4.不均勻沉陷收縮

    地基土質(zhì)不均勻或上部荷載相差大，設(shè)計又沒有采取相應(yīng)的措施，會產(chǎn)生不均勻沉降；混凝土結(jié)構(gòu)座落在未經(jīng)加固處理的回填土或松軟地基上，地基浸水引起不均勻沉降，也是導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂的原因之一。

    5.其它施工裂縫

    施工過程中由于采取的措施不當(dāng)，也能引起混凝土裂縫的產(chǎn)生。如模板剛度不足、支撐間距過大、支撐底部松動、過早拆模，以及混凝土養(yǎng)護不足、攪拌和振搗時問控制不好、樓板厚度和架立筋有效高度控制不好等，都會導(dǎo)致}昆凝土開裂。材料使用方面，水泥的品種、用量、骨料質(zhì)量、用水量、摻合料的使用等，都是影響混凝土裂縫產(chǎn)生的因素。另外混凝土澆搗過程中的氣候情況(氣溫、相對濕度、降雨、風(fēng)速等)也會對混凝土質(zhì)量產(chǎn)生影響，如雨中澆灌混凝土，會嚴(yán)重增加混凝土的水灰比，降低抗裂性，低溫會直接增加溫度收縮應(yīng)力，造成混凝土開裂。

四、預(yù)防裂縫產(chǎn)生的措施

    1.設(shè)計方面

    由于結(jié)構(gòu)在約束狀態(tài)下，首先要求有變形的余地。如結(jié)構(gòu)沒有條件滿足此要求，則必然產(chǎn)生約束應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，就導(dǎo)致開裂。因此在工程設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的具體時空條件對預(yù)防混凝土開裂的方法加以靈活的應(yīng)用，如從結(jié)構(gòu)形式的選擇方面(微動、設(shè)縫措施等)及材料性能方面(提高抗拉強度、抗拉變形能力和韌性等)采取綜合措施，即遵循“抗與放”的設(shè)計準(zhǔn)則，來防止裂縫的產(chǎn)生。

    具體設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)考慮建筑物長度因素，如建筑物長度較長，但又在規(guī)范規(guī)定不需要設(shè)置變形縫的范圍內(nèi)，可考慮留置后澆帶；盡量采取規(guī)則的結(jié)構(gòu)形狀和平面布局，避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中；對某些可能出現(xiàn)溫度和收縮應(yīng)力集中的部位，采取加強配筋措施；對大體積混凝土合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑、密間距分布鋼筋(直徑8～14mm、間距100～150mm較為適宜)；加強構(gòu)造配筋，如板頂部的受壓區(qū)連續(xù)配筋，板的陽角、陰角配置放射筋，增加梁的腰筋設(shè)置；盡可能選用中低強度混凝土，現(xiàn)澆樓板混凝土強度等級不宜大于 C30，大體積混凝土可根據(jù)具體情況，考慮采用60d或90d強度；基礎(chǔ)設(shè)計考慮不均勻沉陷對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的影響，避免因不均勻沉陷導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)開裂。

    2.材料方面

    在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫中，溫度裂縫和收縮裂縫占有較大的比例，而溫度裂縫和收縮裂縫的產(chǎn)生與所使用的材料有很大的關(guān)系。水泥品種、標(biāo)號、水泥顆粒大小、骨料含泥量、摻加外加劑等，都會對水泥水化熱和混凝土收縮產(chǎn)生影響。如采用礦渣水泥比普通硅酸鹽水泥水化熱低了，但收縮增加；水泥顆粒越細，活性越大；水泥標(biāo)號越高，用量越多，其收縮越大；骨料含泥量和粉料含量都增加收縮。

    因此要根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的不同情況選用不同的水泥品種。樓板混凝土宜選用低堿、低水化熱、非早強水泥，如硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥；超厚的大底板或大塊式基礎(chǔ)，由于水化熱起控制作用，宜選用粉煤灰水泥或礦渣水泥。

    控制好骨料級配、泥砂含量、堿含量和氯離子含量。良好的級配可減少水泥用量，從而減少混凝土的干縮性；泥砂含量少也會減少混凝土的干縮性；堿含量過高，遇水作用會造成體積膨脹引起裂縫；氯離子含量高(主要是海砂)，會使混凝土中鋼筋腐蝕產(chǎn)生體積膨脹而引起裂縫。

    考慮在混凝土中摻加一些摻和料或外加劑，如粉煤灰、減水劑、膨脹劑等。減水劑可有效降低水灰比和用水量，粉煤灰具有圓珠效應(yīng)和火山灰效應(yīng)，既可提高混凝土和易性又可減少收縮；膨脹劑可以使混凝土在硬化過程中具有微膨脹性，以抵消絕大部分混凝土收縮，并可等量取代水泥，減少水泥用量，降低水化熱。有條件的話還可以考慮在混凝土中摻加纖維(如聚丙烯改性纖維)等抗裂材料，提高混凝土的抗裂性能。

    3.施工方面

    混凝土裂縫不僅取決于設(shè)計計算、材料選用，也貫穿于混凝土的施工及使用過程，為了防止和減少混凝土裂縫的產(chǎn)生，需要采取適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施。

    重視模板工程的質(zhì)量控制，采取措施保證模板系統(tǒng)的強度、剛度和穩(wěn)定性，使之能可靠地承受新澆混凝土的重量和側(cè)壓力，以及施工過程中產(chǎn)生的其它荷載；施工中注意對鋼筋的保護，避免因板面負(fù)筋踩彎導(dǎo)致板面裂縫的產(chǎn)生，另外應(yīng)注意大梁兩側(cè)樓板的不均勻沉降使支座產(chǎn)生負(fù)彎矩造成梁橫向裂縫。

    嚴(yán)格控制混凝土施工配合比，根據(jù)混凝土強度等級以及和易性要求確定配合比；現(xiàn)場應(yīng)嚴(yán)格控制好混凝土坍落度；混凝土澆搗前，應(yīng)先將基層和模板澆水濕透，避免過多吸收水分；澆搗過程中應(yīng)盡量做到既振搗充分又避免過振(5～15s為宜)，以免混凝土表面出現(xiàn)浮漿；大體積混凝土宜分層澆搗，每層厚度泵送混凝土不大于600mm，非泵送混凝土不大于400mm，這樣既便于振搗密實，也利于加快熱量散發(fā)，使溫度均勻分布。    加強對已澆搗混凝土的養(yǎng)護和拆模時間的控制。混凝土的保濕養(yǎng)護對其強度增長和各類性能的提高十分重要，特別是早期的妥善養(yǎng)護可以避免混凝土表面脫水并有效減少早期收縮裂縫的產(chǎn)生；嚴(yán)格執(zhí)行施工操作程序，不盲目趕工，杜絕過早上荷載；拆模時間應(yīng)符合規(guī)范要求，嚴(yán)禁早拆模造成混凝土內(nèi)傷，尤其大跨度梁板、懸挑構(gòu)件及后澆帶的拆模更應(yīng)慎重。

    注意環(huán)境因素對混凝土開裂的影響，施工前盡量掌握氣候情況，避免在雨中、低溫、刮風(fēng)等惡劣氣候條件下澆灌混凝土。

五、結(jié)語

    綜上所述，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生取決于設(shè)計、材料、施工、環(huán)境等因素。實踐中應(yīng)根據(jù)工程的實際情況來選定經(jīng)濟有效的措施，將混凝土結(jié)構(gòu)有害裂縫的產(chǎn)生降到最低程度。

參考文獻：

[1]王鐵夢．鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制[M]．北京：中國建筑工業(yè)出版社，2000．

[2]013,50010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[s]．

[3]GB50204，混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范[s]．

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