郭文強(qiáng)

(臨汾市建筑規(guī)劃設(shè)計院，山西臨汾 041000)

0 引言

成型后的混凝土的天然特性，其在試驗中的抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其抗壓強(qiáng)度。混凝土結(jié)構(gòu)物由于天然缺陷和外加荷載作用可能在結(jié)構(gòu)施工和使用過程中出現(xiàn)不同程度的裂縫，隨著時間的變化有的裂縫寬度還可能發(fā)生變化。一般混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的破壞是從裂縫逐漸開始的，而且有些裂縫的出現(xiàn)會使人們在日常生活中產(chǎn)生危險的感覺，另外，雖然有些裂縫無害，或者裂縫的發(fā)展在可控制的范圍內(nèi)，但裂縫的存在會影響整個結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的整體性和耐久性，尤其在空氣中的二氧化碳和水分共同作用下，鋼筋容易腐蝕，會降低構(gòu)件的承載力。

1 混凝土的力學(xué)性能

從混凝土材料的本構(gòu)關(guān)系和應(yīng)力應(yīng)變曲線的特點，以及混凝土的耐久性試驗結(jié)果看，混凝土的收縮、極限拉伸值、彈性模量以及松弛和徐變等性能指標(biāo)影響最大。

1)混凝土的收縮。

混凝土的收縮主要由外界環(huán)境空氣干燥、水分蒸發(fā)過快引起的干燥收縮，表層混凝土與空氣中水分或二氧化碳作用產(chǎn)生碳化引起的收縮和溫度差變化較大引起的收縮等組成。干燥收縮中，當(dāng)水泥水化和水分蒸發(fā)會引起“自生變形”，這部分收縮與溫度和外荷載無關(guān)。簡化計算中，只考慮體積收縮和溫度收縮，而“自生變形”和碳化引起的收縮則由于其值較小而不予考慮。

2)極限拉伸值。

混凝土的抗裂能力最終取決于混凝土的極限拉伸值，但極限拉伸值離散性很大，且影響因素較多，必須綜合各方面的因素改善混凝土的非勻質(zhì)性和提高極限拉伸值。合理的配筋和構(gòu)造可以提高混凝土的抗裂性能。

3)彈性模量。

混凝土成型初期沒有承載能力，彈性模量忽略不計。隨著齡期增長，混凝土的彈性模量值也隨著時間迅速增大，此時溫度應(yīng)力也隨著由于彈性模量的增大引起的變形變化而顯著增大，因此必須全面考慮彈性模量隨時間的變化規(guī)律。

4)混凝土的松弛和徐變。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在荷載的長期作用下，還會產(chǎn)生非彈性變形——徐變。徐變會引起混凝土內(nèi)部應(yīng)力松弛，荷載作用時間越長松弛也越大。徐變和應(yīng)力松弛對混凝土抗拉強(qiáng)度的增加是有利的。

2 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，由于混凝土和鋼筋有效的結(jié)合在一起共同工作，因此裂縫的產(chǎn)生與材料性質(zhì)、施工過程、使用環(huán)境等因素有關(guān)。

材料因素:水泥的非正常凝結(jié)、水泥的水化熱、骨料的含泥量、骨料的級配、有害物質(zhì)含量。

施工因素:摻拌合、攪拌、配合比、澆搗、加載、養(yǎng)護(hù)、鋼筋擾動、保護(hù)層厚度、模板變形、漏水、支撐下沉等。

環(huán)境因素:環(huán)境溫度變化、構(gòu)件兩邊的溫濕度差過大、有害物質(zhì)。

根據(jù)結(jié)構(gòu)部位或構(gòu)件形式，裂縫產(chǎn)生的原因各有特點。以下簡要介紹幾種常見部位混凝土裂縫產(chǎn)生的原因:

1)大體積混凝土。

高層建筑基礎(chǔ)工程中普遍采用體積較大的整體鋼筋混凝土箱基或筏基。由于結(jié)構(gòu)尺寸龐大且一般都是一次性連續(xù)澆筑，必須采取相應(yīng)技術(shù)措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應(yīng)力并控制裂縫開展。水泥水化過程中釋放大量的水化熱，從而引起溫度的變化，由于散熱不均勻、內(nèi)外溫差、混凝土的收縮和周圍約束的共同作用，當(dāng)產(chǎn)生的溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，混凝土的表面逐漸出現(xiàn)收縮裂縫，嚴(yán)重時會貫穿整體。這些裂縫嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的整體性和耐久性，如圖1所示。

2)地下室混凝土墻板。

鋼筋混凝土地下室墻板由于在施工工藝、體量和散熱條件上與大體積混凝土底板有些不同，地下室墻板在施工過程中可以預(yù)留施工縫，待墻板主體混凝土整體施工結(jié)束后再將所留置的施工縫澆筑成型。目前高層建筑結(jié)構(gòu)地下室混凝土墻板設(shè)計厚度一般在300 mm～600 mm之間，遠(yuǎn)小于基礎(chǔ)底板的厚度，墻體表面積較大，而且豎向墻體要蓄熱保溫，養(yǎng)護(hù)難度較大，因此降溫速率大，溫度應(yīng)力引起墻體產(chǎn)生裂縫的可能性很小。但是因受基礎(chǔ)底板的約束而產(chǎn)生約束力，這種約束力在墻體內(nèi)引起的拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時，很有可能在混凝土墻體內(nèi)產(chǎn)生貫穿裂縫，如圖2所示。

3)混凝土樓(屋)面板。

高層建筑和多層建筑樓板一般是一次性連續(xù)澆筑，對于一些樓面面積較大的混凝土樓(屋)面，可以在設(shè)計上采取在施工中預(yù)留溫度縫或在施工中根據(jù)經(jīng)驗確定易產(chǎn)生溫度應(yīng)力集中的地方預(yù)留后澆混凝土帶，由于拉應(yīng)力下降，裂縫數(shù)量也相應(yīng)減少?；炷翗敲姘寤蛭菝姘逯兴a(chǎn)生的裂縫大部分是表面裂縫和貫穿裂縫。表面裂縫產(chǎn)生的原因主要是澆筑混凝土?xí)r振搗反漿，水泥漿上浮，表面水灰比增大;當(dāng)后期混凝土表面蒸發(fā)加快，表面產(chǎn)生的收縮受到底層混凝土的約束而產(chǎn)生拉應(yīng)力，收縮應(yīng)力大于表面抗拉強(qiáng)度時，表面混凝土開裂。此類裂縫屬混凝土在終凝前由于環(huán)境干燥、水分蒸發(fā)快而導(dǎo)致的干縮裂縫，并非由于構(gòu)件受力而產(chǎn)生的裂縫，當(dāng)混凝土硬化完成后裂縫也不會進(jìn)一步發(fā)展。樓(屋)面板的貫穿裂縫大多是施工環(huán)境溫度變化較大，或上下層施工不能同步進(jìn)行，在板中會產(chǎn)生溫度不均變化而引起溫度拉應(yīng)力，這種裂縫會影響結(jié)構(gòu)的承載力和變形能力。尤其要注意這幾個部位:受地下連續(xù)墻約束的地下室樓板、地下室頂板、屋面板和停建工程復(fù)建后施工的第一層樓板。

4)鋼筋混凝土深梁。

現(xiàn)代高層建筑由于建筑上的需要，一般要設(shè)置結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層將上部剪力墻荷載轉(zhuǎn)換到下部結(jié)構(gòu)。所以轉(zhuǎn)換層在混凝土施工過程中要求一次澆筑、一次成型、連續(xù)施工。但轉(zhuǎn)換層大梁截面尺寸大，一般是采用疊合梁原理澆筑，將轉(zhuǎn)換層大梁分二次或三次澆筑，把下部鋼筋混凝土梁作為支撐和模板底部，起到為后澆筑混凝土提供施工支撐的作用。這樣大梁施工荷載的傳遞也逐漸隨著強(qiáng)度的增加而越來越安全。但深梁因其重要性而安全等級很高，所以在施工中仍應(yīng)按大體積混凝土的施工規(guī)程和工藝采取保障措施。鋼筋混凝土深梁容易產(chǎn)生沉降裂縫、收縮裂縫及溫度裂縫。

3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的控制方法

多年來，從混凝土構(gòu)件的長期加載試驗或受荷載后混凝土的微觀研究，混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件都無法避免裂縫的產(chǎn)生，若對裂縫控制過度，則代價過高。對裂縫的控制是一項長期的系統(tǒng)工程。從混凝土的力學(xué)性能和產(chǎn)生裂縫的原因分析，裂縫控制要從提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和減小由于溫度、收縮和約束的共同作用產(chǎn)生的拉應(yīng)力兩方面著手。但從實際出發(fā)，混凝土強(qiáng)度只能在施工中做好養(yǎng)護(hù)予以保證，因此，裂縫控制研究的重點還是應(yīng)放在產(chǎn)生的拉應(yīng)力方面。下面就文中常見部位的裂縫，從設(shè)計角度提出一些控制方法:

1)大體積混凝土。

a.利用混凝土后期強(qiáng)度。

高層建筑工期較長，從總體上說，荷載的施加是緩慢、均勻、連續(xù)的，相應(yīng)混凝土基礎(chǔ)上的受力也是逐步增加的，若在計算中考慮混凝土的后期強(qiáng)度，那么由水化熱產(chǎn)生溫差而引起的溫度應(yīng)力就可以不予考慮，同時也降低了由于需要采取保溫措施和特殊養(yǎng)護(hù)而產(chǎn)生的施工費用。

b.避免結(jié)構(gòu)突變。

在結(jié)構(gòu)受到荷載作用后，在結(jié)構(gòu)突變的部位會產(chǎn)生應(yīng)力集中，同樣，由于溫度變化引起的收縮由于約束作用也會在這些部位產(chǎn)生應(yīng)力集中，拉應(yīng)力突然增大超過抗拉強(qiáng)度，也會產(chǎn)生裂縫，當(dāng)設(shè)計上無法避免結(jié)構(gòu)突變時，應(yīng)做成逐漸變化的過渡形式。

c.增配構(gòu)造鋼筋提高抗裂性能。

大量工程實踐證明適當(dāng)配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，提高混凝土極限拉伸。

2)地下室混凝土墻板。

除了利用混凝土后期強(qiáng)度和增配構(gòu)造鋼筋外，還采取以下措施:

a.設(shè)置后澆縫。

結(jié)構(gòu)長度對溫度應(yīng)力有影響，研究和實踐表明結(jié)構(gòu)長度越小溫度應(yīng)力的減小越明顯，那么就可以取消伸縮縫來減小溫度應(yīng)力。在施工期間，采用后澆縫與施工縫相結(jié)合，把結(jié)構(gòu)分成許多小段，有效地減少溫度收縮應(yīng)力，一定時間后再把這些段澆成整體，兩部分的溫差和收縮應(yīng)力疊加應(yīng)小于混凝土的設(shè)計抗拉強(qiáng)度。

b.設(shè)置暗圈梁。

圈梁屬于構(gòu)造設(shè)置，在混凝土墻板中，沿著高度每隔一定間距布置構(gòu)造鋼筋和箍筋，類似于圈梁一樣，能有效抑制裂縫的產(chǎn)生和限制裂縫的進(jìn)一步發(fā)展。

3)混凝土樓(屋)面板與鋼筋混凝土深梁。這兩種結(jié)構(gòu)形式主要還是依靠施工措施來控制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

4 結(jié)語

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，除荷載作用引起的裂縫以外，更多的是混凝土的收縮變形差產(chǎn)生收縮拉應(yīng)力，水化熱積聚使溫度發(fā)生變化，由于溫差產(chǎn)生的變形差導(dǎo)致產(chǎn)生拉應(yīng)力裂縫，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時會產(chǎn)生裂縫，有時這類裂縫不易察覺，成因不易鑒別，有時當(dāng)結(jié)構(gòu)加載后，裂縫會反復(fù)閉合、展開。因此，我們還需從設(shè)計、施工等方方面面做大量的、長期的研究和工作。

［1］王鐵夢.超長大體積混凝土裂縫控制［J］.混凝土工程新技術(shù)，1994(5):108-109.

［2］王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1997:97-99.