探析建筑工程中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制

摘要 由于種種原因，在建筑工程中混凝土結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)裂縫，導致施工困難或者出現(xiàn)危險，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題。本來主要就從混凝土結(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)代工程建設中有著廣泛的應用，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備的基礎承臺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)視作危險的征兆，甚至產(chǎn)生“裂縫恐懼癥”。多年來，通過大量混凝土試驗研究，已經(jīng)證實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的微觀裂縫(簡稱微裂)。可以說，混凝土出現(xiàn)裂縫是絕對的，沒有裂縫是相對的。所謂“裂縫控制”就是通過適當?shù)募夹g(shù)措施控制建筑物使其不產(chǎn)生有害裂縫，達到抗裂防滲等目的。

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，因設計不當造成的裂縫占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、設計、使用環(huán)境等有關(guān)。因此，下面就這幾個方面討論產(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裂，使混凝土的抗?jié)B性等物理、化學性能降低，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)在沒有負載的情況下，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、化學減縮、碳化收縮、沉降收縮等)而導致開裂。(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)生一種隨時間緩慢增加的非彈性變形，稱為“徐變變形”。徐變變形比瞬時彈性變形大1-3倍。這種徐變變形的性質(zhì)，是混凝土內(nèi)部質(zhì)點的粘性滑動現(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致混凝土結(jié)構(gòu)破壞。另外混凝土所用材料的也會對裂縫產(chǎn)生一定的影響。

2、結(jié)構(gòu)設計方面的因素

我們在進行結(jié)構(gòu)計算的時候，總是先對結(jié)構(gòu)物的受力體系作一些假定，而很多結(jié)構(gòu)物的實際工作狀態(tài)與常規(guī)的計算模型有一定的出入，使得內(nèi)力計算的結(jié)果與實際不符，這些假定的常規(guī)計算模型之外的內(nèi)力往往會引起結(jié)構(gòu)裂縫。

3、施工方面的因素

(1)違章施工、不當施工造成混凝土裂縫。(2)不正確的振搗方式會造成混凝土分層離析、表面浮漿而使混凝土面層開裂，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)場養(yǎng)護不當是造成混凝土收縮開裂最主要的原因。

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防止大體積混凝土開裂有重大影響。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，會增加混凝土的降溫幅度，特別是在外界溫度驟降時，會增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土的溫差，這時對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)設計，混凝土原材料、配合比、施工方法、施工質(zhì)量、養(yǎng)護、環(huán)境等多種因素的影響，那么進行混凝土工程的裂縫控制就應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，實現(xiàn)混凝土工程跟蹤、監(jiān)測、監(jiān)控，建立混凝土的制備及施工工藝，進行嚴格的質(zhì)量控制和管理，有一個環(huán)節(jié)沒有處理好就有可能導致混凝土開裂。

1、混凝土材料方面的選擇

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

(I)由于水泥水化熱而導致的溫度應力是混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。所以合理利用混凝土原材料，首先應優(yōu)先使用低熱和中低熱水泥。其次，可通過采取適當?shù)拇胧p少水泥用量來控制混凝土的溫升，降低溫度應力，減少混凝土開裂的可能性。再其次，在便于施工操作并保證振搗密實的前提下，混凝土應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)選擇骨料時應優(yōu)先選用熱膨脹系數(shù)小、含泥量低的骨料，并強調(diào)骨料的連續(xù)級配。在裂縫控制中決定混凝土抗力的抗拉強度(即極限拉伸)的提高不足以彌補增大的水化熱所帶來的負面影響。為了解決泵送混凝土的問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計要在滿足設計與施工要求的強度、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)濟技術(shù)指標密切相關(guān)。減少水泥用量既對裂縫控制有利，又可以降低工程投資。

2、結(jié)構(gòu)設計方面措施

避免混凝土開裂，在設計上要進行混凝土的抗裂設計，主要是指合理地設計平面和立面，避免截面的突變，從而減小約束應力；合理布置分布鋼筋，盡量采用小直徑、小間距；變截面處加強分布鋼筋；避免選用高強度混凝土，充分利用混凝土60天或90天強度；采用滑動層來減小基礎的約束等。

(1)設置分布鋼筋的影響。

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫一般均由拉應力引起。材料的極限拉伸是指最終相對拉伸變形。混凝土材料結(jié)構(gòu)是非均質(zhì)的，承受拉力作用時，截面中各質(zhì)點受力是不均勻的，有大量不規(guī)則的應力集中點，這些點由于應力首先達到抗拉強度極限，引起了局部塑性變形，如不配筋，便在應力集中處出現(xiàn)裂縫。如進行適當?shù)呐浣睿摻顚⒓s束混凝土的塑性變形，從而分擔混凝土的內(nèi)應力，推遲混凝土裂縫的出現(xiàn)，同時也提高了混凝土的極限拉伸。大量的工程實踐證明了適當?shù)臉?gòu)造配筋能夠控制溫度收縮裂縫。根據(jù)實踐經(jīng)驗，在混凝土結(jié)構(gòu)中適當?shù)嘏渲眉毝艿臉?gòu)造鋼筋，無論對于溫度應力或收縮應力，都能提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能。

(2)抗與放相結(jié)合的設計原則

“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”，另一方面降低外來的“作用力”原則是一致的。

(3)地基處理。

減小地基對混凝土基礎的阻力，可以減小溫度應力，避免發(fā)生溫度裂縫。當?shù)鼗鶠檐浲翆訒r，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混凝土基礎的約束作用；當?shù)鼗鶠閳杂驳幕鶐r或老混凝土基層時，可考慮在基礎底部設置滑動層。

3、施工技術(shù)措施

(1)混凝土的澆筑與振搗

為了進一步提高混凝土質(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，使硬化后的界面過渡層的結(jié)構(gòu)致密，粘結(jié)加強，從而使混凝土強度提高10％左右，也提高了混凝土的抗拉強度和極限拉伸值。當混凝土強度基本相同時，可減少7％左右的水泥用量。其次，對澆筑后的混凝土進行二次振搗，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，增加混凝土密實度，使混凝土的抗壓強度提高10％-20％左右，從而提高抗裂性。

(2)控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度

在施工中為了降低混凝土的出機溫度，應采取有效的方法降低石子的溫度。在氣溫較高時，為了防止太陽的直接輻射。可在砂、石子堆場搭設簡易遮陽裝置，必要時可向骨料噴射水霧或使用前用冷水沖洗骨料。

其次應適當?shù)乜刂苹炷恋臐仓囟取Ｒ话闱闆r下，混凝土的最高澆筑溫度應控制在40℃以下。降低澆筑溫度的主要措施有；預冷骨料(水冷法、氣冷法等)和加冰攪拌等。澆筑時間盡量安排在低溫季節(jié)或夜間，在高溫季節(jié)施工時，應采取減小混凝土溫度回升的措施，如盡量縮短混凝土的運輸時間，泵管進行覆蓋，加快混凝土的入倉覆蓋速度，縮短混凝土的暴曬時間，混凝土運輸工具應有隔熱、遮陽措施等。

(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程中常采用分塊澆筑。另外使用冷卻水，通過水管內(nèi)部循環(huán)冷卻水帶走混凝土內(nèi)部的部分熱量，降低混凝土絕對溫升最高值，減緩混凝土水化熱峰值持續(xù)時間，減輕混凝土保溫養(yǎng)護的壓力和縮短養(yǎng)護時間，從而實現(xiàn)大體積混凝土裂縫的控制。

(4)加強混凝土的養(yǎng)護

早期保水養(yǎng)護不足對所有混凝土的強度發(fā)展和耐久性都有不利的影響。補給水分的方法有淋水，鋪設濕砂層、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。

另外進行保溫養(yǎng)護，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)護過程中，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大引起變形而產(chǎn)生的溫度裂縫。采用保溫養(yǎng)護的大體積混凝土，應注意保溫材料的覆蓋時間，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)生深層裂縫的危險性。所以應通過調(diào)整保溫的時間來控制內(nèi)外溫差在允許的范圍內(nèi)。若氣溫較低，混凝土澆筑后應立即保溫養(yǎng)護，而在夏季氣溫較高時，宜在混凝土開始降溫時進行保溫養(yǎng)護。

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、推遲拆模時間等方法都對防止裂縫有很大的作用。

(5)防風和回填

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