摘要 由于種種原因，在建筑工程中混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致施工困難或者出現(xiàn)危險(xiǎn)，如何控制裂縫的出現(xiàn)成為混凝土結(jié)構(gòu)使用的必須考慮的問(wèn)題。本來(lái)主要就從混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因出發(fā)，討論了控制裂縫的措施。

關(guān)鍵詞 混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫控制；建筑工程

混凝土結(jié)構(gòu)在現(xiàn)代工程建設(shè)中有著廣泛的應(yīng)用，比如各種型式的混凝土大壩、橋梁港工建筑物、高層建筑的地下室混凝土底板以及很多大型設(shè)備的基礎(chǔ)承臺(tái)等都是用混凝土澆筑而成的。建筑物的滲漏和破壞往往始于裂縫，所以人們一般把裂縫的出現(xiàn)視作危險(xiǎn)的征兆，甚至產(chǎn)生“裂縫恐懼癥”。多年來(lái)，通過(guò)大量混凝土試驗(yàn)研究，已經(jīng)證實(shí)了在尚未受荷的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中存在著肉眼看不見(jiàn)的微觀裂縫(簡(jiǎn)稱微裂)?？梢哉f(shuō)，混凝土出現(xiàn)裂縫是絕對(duì)的，沒(méi)有裂縫是相對(duì)的。所謂“裂縫控制”就是通過(guò)適當(dāng)?shù)募夹g(shù)措施控制建筑物使其不產(chǎn)生有害裂縫，達(dá)到抗裂防滲等目的。

一、裂縫產(chǎn)生的原因分析

根據(jù)有關(guān)資料，由施工因素造成的混凝土早期裂縫占80％左右，因混凝土材料方面的原因造成的裂縫占15％左右，因設(shè)計(jì)不當(dāng)造成的裂縫占5％左右。按照技術(shù)規(guī)程，混凝土裂縫的產(chǎn)生主要與材料、施工、設(shè)計(jì)、使用環(huán)境等有關(guān)。因此，下面就這幾個(gè)方面討論產(chǎn)生裂縫的原因。

1、混凝土本身因素的影響

(1)混凝土在抵抗物理、化學(xué)作用下產(chǎn)生變形的能力。體積穩(wěn)定性不好的混凝土容易開(kāi)裂，使混凝土的抗?jié)B性等物理、化學(xué)性能降低，溶液性的物質(zhì)滲透到混凝土中，從而造成混凝土的耐久性能下降。(2)在沒(méi)有負(fù)載的情況下，混凝土往往由于收縮變形(自收縮、干燥收縮、塑性收縮、溫度收縮、化學(xué)減縮、碳化收縮、沉降收縮等)而導(dǎo)致開(kāi)裂。(3)混凝土結(jié)構(gòu)在任意荷載作用下，除了發(fā)生彈性變形外，還產(chǎn)生一種隨時(shí)間緩慢增加的非彈性變形，稱為“徐變變形”。徐變變形比瞬時(shí)彈性變形大1-3倍。這種徐變變形的性質(zhì)，是混凝土內(nèi)部質(zhì)點(diǎn)的粘性滑動(dòng)現(xiàn)象。(4)混凝土中骨料界面處常由于水膜層或氣孔的存在造成局部的結(jié)構(gòu)疏松，形成孔隙與水化品體的富集與定向排列。在荷載的作用和微裂縫的引發(fā)作用下，原生孔縫和次生縫互相連通導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)破壞。另外混凝土所用材料的也會(huì)對(duì)裂縫產(chǎn)生一定的影響。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面的因素

我們?cè)谶M(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算的時(shí)候，總是先對(duì)結(jié)構(gòu)物的受力體系作一些假定，而很多結(jié)構(gòu)物的實(shí)際工作狀態(tài)與常規(guī)的計(jì)算模型有一定的出入，使得內(nèi)力計(jì)算的結(jié)果與實(shí)際不符，這些假定的常規(guī)計(jì)算模型之外的內(nèi)力往往會(huì)引起結(jié)構(gòu)裂縫。

3、施工方面的因素

(1)違章施工、不當(dāng)施工造成混凝土裂縫。(2)不正確的振搗方式會(huì)造成混凝土分層離析、表面浮漿而使混凝土面層開(kāi)裂，或造成混凝土砂漿大量向低處流淌致使混凝土產(chǎn)生不均勻沉降收縮而在結(jié)構(gòu)厚薄交界處出現(xiàn)裂縫。(3)現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)是造成混凝土收縮開(kāi)裂最主要的原因。

4、環(huán)境氣候的因素

混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，外界氣溫的變化情況對(duì)防止大體積混凝土開(kāi)裂有重大影響。外界氣溫越高，混凝土的澆筑溫度也越高。如果外界溫度下降，會(huì)增加混凝土的降溫幅度，特別是在外界溫度驟降時(shí)，會(huì)增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫差，這時(shí)對(duì)大體積混凝土抗裂極為不利。

二、建筑工程中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制

既然混凝土工程的裂縫受結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，混凝土原材料、配合比、施工方法、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)、環(huán)境等多種因素的影響，那么進(jìn)行混凝土工程的裂縫控制就應(yīng)該從多方面采取綜合性措施，加大技術(shù)投入，健全技術(shù)管理制度，實(shí)現(xiàn)混凝土工程跟蹤、監(jiān)測(cè)、監(jiān)控，建立混凝土的制備及施工工藝，進(jìn)行嚴(yán)格的質(zhì)量控制和管理，有一個(gè)環(huán)節(jié)沒(méi)有處理好就有可能導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂。

1、混凝土材料方面的選擇

在材料方面控制混凝土的開(kāi)裂，主要從減小混凝土的收縮，降低水化熱，增強(qiáng)混凝土抗拉強(qiáng)度等方面人手。

(I)由于水泥水化熱而導(dǎo)致的溫度應(yīng)力是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。所以合理利用混凝土原材料，首先應(yīng)優(yōu)先使用低熱和中低熱水泥。其次，可通過(guò)采取適當(dāng)?shù)拇胧p少水泥用量來(lái)控制混凝土的溫升，降低溫度應(yīng)力，減少混凝土開(kāi)裂的可能性。再其次，在便于施工操作并保證振搗密實(shí)的前提下，混凝土應(yīng)盡可能取較小的坍落度，減少用水量，并把離析、泌水現(xiàn)象降到最低程度。

(2)選擇骨料時(shí)應(yīng)優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)小、含泥量低的骨料，并強(qiáng)調(diào)骨料的連續(xù)級(jí)配。在裂縫控制中決定混凝土抗力的抗拉強(qiáng)度(即極限拉伸)的提高不足以彌補(bǔ)增大的水化熱所帶來(lái)的負(fù)面影響。為了解決泵送混凝土的問(wèn)題合理地選擇外加劑就十分重要。

(3)大體積混凝土的配合比設(shè)計(jì)要在滿足設(shè)計(jì)與施工要求的強(qiáng)度、耐久性及和易性的條件下，盡量減少水泥用量。水泥的用量不但直接影響到水化熱和收縮，而且與經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)密切相關(guān)。減少水泥用量既對(duì)裂縫控制有利，又可以降低工程投資。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面措施

避免混凝土開(kāi)裂，在設(shè)計(jì)上要進(jìn)行混凝土的抗裂設(shè)計(jì)，主要是指合理地設(shè)計(jì)平面和立面，避免截面的突變，從而減小約束應(yīng)力；合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑、小間距；變截面處加強(qiáng)分布鋼筋；避免選用高強(qiáng)度混凝土，充分利用混凝土60天或90天強(qiáng)度；采用滑動(dòng)層來(lái)減小基礎(chǔ)的約束等。

(1)設(shè)置分布鋼筋的影響。

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫一般均由拉應(yīng)力引起。材料的極限拉伸是指最終相對(duì)拉伸變形。混凝土材料結(jié)構(gòu)是非均質(zhì)的，承受拉力作用時(shí)，截面中各質(zhì)點(diǎn)受力是不均勻的，有大量不規(guī)則的應(yīng)力集中點(diǎn)，這些點(diǎn)由于應(yīng)力首先達(dá)到抗拉強(qiáng)度極限，引起了局部塑性變形，如不配筋，便在應(yīng)力集中處出現(xiàn)裂縫。如進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐浣?，鋼筋將約束混凝土的塑性變形，從而分擔(dān)混凝土的內(nèi)應(yīng)力，推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)，同時(shí)也提高了混凝土的極限拉伸。大量的工程實(shí)踐證明了適當(dāng)?shù)臉?gòu)造配筋能夠控制溫度收縮裂縫。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在混凝土結(jié)構(gòu)中適當(dāng)?shù)嘏渲眉?xì)而密的構(gòu)造鋼筋，無(wú)論對(duì)于溫度應(yīng)力或收縮應(yīng)力，都能提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能。

(2)抗與放相結(jié)合的設(shè)計(jì)原則

“抗”與“放”是目前大體積混凝土裂縫控制的主要原則。在許多情況下，我們更適合采取“抗放兼施”的方法，使結(jié)構(gòu)既不產(chǎn)生很大的變位，又不產(chǎn)生很大的應(yīng)力，確保承載力極限狀態(tài)，又滿足使用極限狀態(tài)。這一原則與一方面提高結(jié)構(gòu)的“抗力”，另一方面降低外來(lái)的“作用力”原則是一致的。

(3)地基處理。

減小地基對(duì)混凝土基礎(chǔ)的阻力，可以減小溫度應(yīng)力，避免發(fā)生溫度裂縫。當(dāng)?shù)鼗鶠檐浲翆訒r(shí)，可以優(yōu)先考慮采用砂墊層加固地基。砂墊層不但可以提高地基的承載力，減小地下水或地表水的影響，而且還可以減小地基對(duì)混凝土基礎(chǔ)的約束作用；當(dāng)?shù)鼗鶠閳?jiān)硬的基巖或老混凝土基層時(shí)，可考慮在基礎(chǔ)底部設(shè)置滑動(dòng)層。

3、施工技術(shù)措施

(1)混凝土的澆筑與振搗

為了進(jìn)一步提高混凝土質(zhì)量，可采用二次投料的砂漿裹石或凈漿裹石攪拌新工藝。這樣可以有效地防止水分向石子與水泥砂漿界面的集中，使硬化后的界面過(guò)渡層的結(jié)構(gòu)致密，粘結(jié)加強(qiáng)，從而使混凝土強(qiáng)度提高10％左右，也提高了混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸值。當(dāng)混凝土強(qiáng)度基本相同時(shí)，可減少7％左右的水泥用量。其次，對(duì)澆筑后的混凝土進(jìn)行二次振搗，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出現(xiàn)的裂縫，減少內(nèi)部微裂縫，增加混凝土密實(shí)度，使混凝土的抗壓強(qiáng)度提高10％-20％左右，從而提高抗裂性。

(2)控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度

在施工中為了降低混凝土的出機(jī)溫度，應(yīng)采取有效的方法降低石子的溫度。在氣溫較高時(shí)，為了防止太陽(yáng)的直接輻射?？稍谏?、石子堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽(yáng)裝置，必要時(shí)可向骨料噴射水霧或使用前用冷水沖洗骨料。

其次應(yīng)適當(dāng)?shù)乜刂苹炷恋臐仓囟?。一般情況下，混凝土的最高澆筑溫度應(yīng)控制在40℃以下。降低澆筑溫度的主要措施有；預(yù)冷骨料(水冷法、氣冷法等)和加冰攪拌等。澆筑時(shí)間盡量安排在低溫季節(jié)或夜間，在高溫季節(jié)施工時(shí)，應(yīng)采取減小混凝土溫度回升的措施，如盡量縮短混凝土的運(yùn)輸時(shí)間，泵管進(jìn)行覆蓋，加快混凝土的入倉(cāng)覆蓋速度，縮短混凝土的暴曬時(shí)間，混凝土運(yùn)輸工具應(yīng)有隔熱、遮陽(yáng)措施等。

(3)混凝土的散熱

為了有效降低大體積混凝土的內(nèi)外溫差，在大體積混凝土施工過(guò)程中常采用分塊澆筑。另外使用冷卻水，通過(guò)水管內(nèi)部循環(huán)冷卻水帶走混凝土內(nèi)部的部分熱量，降低混凝土絕對(duì)溫升最高值，減緩混凝土水化熱峰值持續(xù)時(shí)間，減輕混凝土保溫養(yǎng)護(hù)的壓力和縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)大體積混凝土裂縫的控制。

(4)加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)

早期保水養(yǎng)護(hù)不足對(duì)所有混凝土的強(qiáng)度發(fā)展和耐久性都有不利的影響。補(bǔ)給水分的方法有淋水，鋪設(shè)濕砂層、濕麻袋或草袋等，最好再在表面蓋一層塑料薄膜，這樣水既可滲入，又能起到保濕的作用。

另外進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)，利用混凝土的初始溫度加上水泥水化熱的溫升，使結(jié)構(gòu)物在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，表面降溫速度減緩，這樣就控制了混凝土的內(nèi)外溫差，從而防止混凝土因溫度過(guò)大引起變形而產(chǎn)生的溫度裂縫。采用保溫養(yǎng)護(hù)的大體積混凝土，應(yīng)注意保溫材料的覆蓋時(shí)間，在炎熱的夏季，如果在混凝土澆筑后立即覆蓋保溫材料，不利于降低混凝土內(nèi)部的最高溫度，增加了后期產(chǎn)生深層裂縫的危險(xiǎn)性。所以應(yīng)通過(guò)調(diào)整保溫的時(shí)間來(lái)控制內(nèi)外溫差在允許的范圍內(nèi)。若氣溫較低，混凝土澆筑后應(yīng)立即保溫養(yǎng)護(hù)，而在夏季氣溫較高時(shí)，宜在混凝土開(kāi)始降溫時(shí)進(jìn)行保溫養(yǎng)護(hù)。

施工中采取合理的技術(shù)措施也很重要，例如采用帶模養(yǎng)護(hù)、推遲拆模時(shí)間等方法都對(duì)防止裂縫有很大的作用。

(5)防風(fēng)和回填

外部氣候也是影響混凝土裂縫發(fā)生和開(kāi)展的因素之一，其中風(fēng)速對(duì)于混凝土的水分蒸發(fā)有直接影響，不可忽視。必要時(shí)應(yīng)采取措施如搭設(shè)防風(fēng)墻等進(jìn)行防風(fēng)。土是最佳的養(yǎng)護(hù)介質(zhì)，地下室外墻混凝土施工完畢后在條件允許的情況下應(yīng)盡快回填。