淺淡混凝土結構變形裂縫的形成機理和控制方法

張勇

（重慶建工第七建筑工程有限責任公司 重慶 400039）

淺淡混凝土結構變形裂縫的形成機理和控制方法

張勇

（重慶建工第七建筑工程有限責任公司 重慶 400039）

通過對混凝土結構變形裂縫形成機理的分析，找出變形裂縫形成的根本原因，提出變形裂縫的控制方法。

混凝土結構；變形裂縫；機理；控制

自1865年法國園藝家約琴夫·莫尼埃發明鋼筋混凝土以來，鋼筋混凝土經過了一百多年的發展，目前，廣泛地用于工程建設中，但其裂縫問題一直深深地困撓著每一位工程建設者。大量的工程實踐和理論分析表明，裂縫普遍存在于鋼筋混凝土結構中，只是有些裂縫很細，用肉眼無法看見，有些裂縫存在于混凝土結構內部，從外觀用肉眼也無法看見。要想徹底消除這種裂縫，根據混凝土脆性特點和目前的技術經濟水平還無法辦到，因此混凝土結構設計規范允許了混凝土結構裂縫的存在。但有些裂縫不斷產生和發展，從而引起受力鋼筋的銹蝕、保護層剝落，降低了鋼筋混凝土結構的強度、剛度和耐久性，削弱了結構的承載能力，嚴重時甚至發生結構跨塌事故，必須嚴格加以控制。因此，作為一位工程建設者，必須對混凝土裂縫加以足夠的重視。現通過分析混凝土裂縫的形成機理，采用主動的方法對混凝土裂縫的控制發表一下我的見解。

1 混凝土結構變形裂縫的形成機理

1.1 混凝土結構在非約束狀態下的裂縫形成

工程建設中使用的混凝土，其組成材料為水泥、水、砂、石、外加劑及摻合料等。它們在物理化學作用下硬化成一種多空隙復合材料，由于在硬化過程中的初始溫度應力和收縮應力作用下，內部空隙間的薄壁受力斷裂貫通形成許多微觀裂縫。

1.2 混凝土結構在約束狀態下的裂縫形成

為保證結構安全，滿足使用要求，混凝土結構多為超靜定結構。在約束狀態下，受自重和外力、溫度應力、收縮應力、徐變應力等作用時結構要有變形的余地。當結構滿足變形要求時，其結構內部不產生約束應力。當結構不能滿足變形要求時，則必然在結構內部產生約束應力，當約束應力超過混凝土抗拉強度時，必將導致混凝土的開裂。

2 混凝土結構變形裂縫的控制

通過對混凝土結構裂縫形成機理的分析，混凝土結構裂縫形成的根本原因為約束應力作用于混凝土。因此采用“抗”“放”“減”三方面的措施來控制混凝土結構裂縫。“抗”是指抵抗約束應力；“放”是指釋放約束應力；“減”是指減少約束應力。

2.1 抵抗約束應力

2.1.1 設計方面

不但要根據結構受力計算配置受力鋼筋，而且還要根據工程部位、受力特點和規范要求配置構造鋼筋，并要引起足夠的重視。對有充分構造配置的鋼筋混凝土出現一定程度的裂縫，其裂縫寬度和深度都遠遠低于規范，達不到有害程度，因此構造配置十分重要，可以有效控制裂縫的出現和分散裂縫。如斷面較大的梁設置腰筋；跨度大和厚度大的現澆板上面中心部分配置構造鋼筋；主梁在集中應力處增加附加橫向鋼筋等。構件配筋要合理，配筋率應滿足要求，間距要適當。采用新材料、新工藝，提高抗拉強度、抗拉變形能力及韌性。

2.1.2 施工方面

嚴格控制混凝土原材料的質量，以保證混凝土質量。鋼筋綁扎的規格、型號、位置、根數應符合設計規范要求。當根據等面積用小直徑鋼筋代換大直徑鋼筋即細化加密時，應特別注意其鋼筋的間距。混凝土澆筑時嚴格控制鋼筋的變形和位移。

2.2 釋放約束應力

2.2.1 設計方面

根據結構受力特征和使用要求，支座約束類型采用滑動、微動等可動類型以釋放約束應力。合理設置變形縫和后澆帶。變形縫的寬度應符合要求，后澆帶應在絕大部分變形已完成，變形處于收斂階段再澆筑混凝土，以釋放約束應力。

2.2.2 施工方面

混凝土的澆筑采用二次甚至三次振搗成型施工工藝，尤其掌握好初凝前的振搗，消除溫度應力和收縮應力局部集中現象，使溫度應力和收縮應力分布更均勻，并釋放部分溫度應力和收縮應力。此施工工藝必須掌握好振搗時間，必須在混凝土初凝前振搗完成，否則將破壞混凝土結構。

2.3 降低約束應力

2.3.1 設計方面

建筑平面造型在滿足使用要求的前提下，力求簡單，因為平面復雜的建筑物，容易產生較大的扭曲等附加應力，從而造成樓板和墻體的開裂。控制建筑物的長高比，增強整體剛度和調整不均勻沉降的能力。減少地基的不均勻沉降，在基礎設計中采用調整基礎的埋置深度，不同的地基計算強度，采用不同的墊層厚度等方法來調整地基的不均勻變形。

2.3.2 施工方面

原材料的選用很重要。

水泥：盡量選用水化熱低、強度比較高的水泥，質量要求必須滿足有關規范和技術規程的要求，嚴禁采用安定性不合格的水泥。

粗骨料：應選用表面粗糙潔凈、級配良好、空隙率小、無潛在堿—骨料反應的骨料，其有害物質、含泥量和壓碎指標值等應滿足相關規范和技術規程要求。

細骨料：宜采用天然砂，采用顆粒較粗、空隙率較小的Ⅱ區砂，所選用砂的有害物質含量、含泥量等應滿足相關規范和技術規程要求。

外加劑：應根據混凝土性能要求選用外加劑，外加劑的質量必須符合有關規范和技術規程要求，特別是氯離子等有害物質含量較高時對鋼筋的銹蝕有較大的影響，應嚴格控制。

拌合水：宜選用飲用水。若選用其他水源時，應按規定檢測硫酸根離子和氯離子含量，PH值大小及泥土、油污等有害物質含量符合要求才能使用。

嚴格控制鋼筋保護層的厚度，鋼筋保護層的厚度應根據環境類別按規范取用，防止鋼筋銹蝕降低鋼筋的有效受力斷面。鋼筋中的Fe元素遇空氣中的氧氣發生氧化作用變為Fe2O3時體積會膨脹，造成混凝土開裂，結構耐久性達不到要求。模板工程的模板構造要合理，防止因模板變形而導致混凝土開裂。模板及其支架應進行專門設計計算并編制施工方案，保證其強度、剛度和穩定性，防止因模板和支架變形，下繞和失穩引起混凝土開裂。混凝土配合比設計盡量采用低水泥用量、低用水量，以減少溫度應力和收縮應力。嚴格控制投料計量和攪拌時間，禁止任意增加水泥用量。加強混凝土的養護，并延長養護時間，減少混凝土的收縮變形和內外溫差變化，特別是大體積混凝土，應做好溫度測控工作，采取有效的降溫措施，保證構件內外溫度差不超過規定。嚴格控制混凝土的拆模時間，特別是承受拉彎應力的部位，拆模前必須先檢測混凝土的強度，達到要求后再進行拆除。

加強地基的檢查與驗收，遇復雜或有特殊情況的地基應做好補勘工作，盡量使其處理后的承載力和本工程正常地基承載力相同或相近。合理安排施工順序，當相鄰建筑物相距較近時，一般應先施工較深的基礎以防止基坑開挖破壞已建好的地基基礎，當建筑物各部分荷載相差較大時，一般應先施工重、高部分，再施工輕、低部分。

2.3.3 使用方面

使用荷載不得超過設計值，防止因超荷產生裂縫甚至垮塌。盡量避免集中荷載，預防產生過大集中應力而使混凝土開裂。

3 結束語

通過分析，為有效控制混凝土裂縫問題，應從設計、施工和使用方面，根據工程實際情況綜合采用“抗”、“放”、“減”的技術措施，就能經濟合理地控制好混凝土裂縫。

[1]GB50010-2002,混凝土結構設計規范[S].

[2]GB50204-2002,混凝土結構工程施工質量驗收規范[S].

[3]GB175-1999,硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥[S].

[4]GB8076-2008,混凝土外加劑[S].

[5]GB50119-2003,混凝土外加劑應用技術規程[S].

[6]GB50164-92,混凝土質量控制標準[S].

[7]JGJ52-2006,普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準[S].

[8]JGJ63-2006,混凝土拌合用水標準[S].

[9]JGJ55-2000,普通混凝土配合比設計規程[S].

Shape-Taking Mechanism and Controlling Methods regarding Concrete Structures'Deformation Cracks

The author firstanalyses'the shape-takingmechanism and controllingmethods regarding concrete structures'deformation cracks,then attempts to find out the rootcauses for the deformation cracksdevelopment,and finally brings forward some deformation crackscontrolmethods.

concrete structures;deformation cracks;mechanism;control

TU 37

A

1671-9107（2011）04-0048-02

10.3969/j.issn.1671-9107.2011.04.048

2011-02-18

張勇（1978-），工程師，一級注冊建造師，主要從事項目管理工作。

余詠梅