建筑結構設計中現澆混凝土裂縫的控制

李思思

（中國建筑科學研究院深圳分院，深圳 518057）

國民經濟的快速發展引起國內基礎設施如火如荼的進行，公路、鐵路、航空、水路等各個領域都需要大量混凝土，混凝土材料已成為世界上用量最大且用途最為廣泛的工程材料之一。以我國為例，僅2010年中國混凝土消耗量為1.0×109t，而當年世界混凝土產量為2.1×109t，幾乎是當年世界產量的一半。混凝土的大量使用，一方面加快材料、科技技術的快速發展，另一方面，由此帶來的相關問題也層出不窮。其中，最普遍的問題就是混凝土的裂縫控制問題。對于現澆混凝土建筑結構來講，裂縫的出現會帶來一系列問題，主要表現為：裂縫的存在一方面減小建筑結構的承載能力、耐久性以及結構的整體防水性能，給建筑結構的安全使用帶來一定程度的影響；同時影響結構的外觀，弱化了結構的整體美觀。混凝土的裂縫問題早已成為國內外廣大科研人員重點關注的問題之一。

1 現澆混凝土裂縫形成的原因分析

根據大量科研成果以及實際工程中混凝土裂縫出現的原因分析，對于現澆混凝土來講，混凝土構件出現裂縫的原因主要有以下幾個方面。

1.1 荷載作用下形成的裂縫

混凝土構件在荷載作用下引起的主拉應力大于混凝土自身的抗拉強度或者主拉應變超過其極限拉伸應變后，導致混凝土構件受拉區出現裂縫。荷載作用下引起的裂縫的主要特點是：裂縫主要出現在構件的受拉區域或者剪拉區域，且裂縫形狀多為楔形裂縫。對于受彎構件，最大正、負彎矩處的裂縫基本上都為豎向裂縫；對于軸心受拉構件，裂縫形式一般為貫穿整個截面的主裂縫。鋼筋混凝土構件在荷載作用下常見的裂縫形狀如圖1～圖3所示。

1.2 溫度變化引起的裂縫

溫度變化引起的裂縫主要體現在2個方面：對于配筋率較大的鋼筋混凝土構件，當暴露在外界環境中時容易受到環境溫度變化的影響，這主要受季節變化、晝夜交替等因素的影響；對于大體積混凝土的澆筑，澆筑過程會明顯受到水化熱的影響，當一次性澆筑量過大時，產生的大量水化熱不能有效的消耗，導致混凝土構件的內、外表面溫度存在較大差異，從而導致溫度裂縫的產生，嚴重時甚至出現貫穿裂縫。

1.3 結構不均勻沉降引起的裂縫

結構產生不均勻沉降后將導致混凝土構件產生協同變形，導致構件產生裂縫；同時，隨著不均勻沉降的進一步增大或者不均勻性增強，裂縫會越來越大。

1.4 混凝土收縮變形引起的裂縫

通常情況下，混凝土收縮變形主要包括混凝土材料的塑形收縮，失水狀態下的干燥收縮以及碳化引起的收縮等。

1.5 內部化學反應引起的裂縫（堿－骨料）

化學反應引起的裂縫主要指堿－骨料發生的化學反應，主要包括2種：1種是堿與硅酸鹽骨料之間發生的化學反應，另1種是堿與碳酸鹽骨料之間發生的化學反應。一般情況下控制這種裂縫的方法有以下幾個方面：控制混凝土骨料，盡可能地選擇非活性的骨料；控制水泥中堿的含量，或者添加一些有特殊性質的添加劑。

2 混凝土開裂的控制

通常情況下，混凝土構件都是在帶裂縫狀態下進行工作的，因此對于混凝土裂縫產生的類型有必要進行說明。根據相關研究成果發現，裂縫最初發生在混凝土構件的內部，經過進一步發展在整個構件內形成一個微裂縫的網絡。因此，雖然表面上暫時發現不了裂縫的存在，但是實際上構件內部已經產生了大量的裂縫。表1給出了混凝土結構產生裂縫的類型。

表1 混凝土結構裂縫的類型

3 現澆混凝土結構裂縫控制的方法

對于現澆混凝土來講，裂縫控制的方法主要做到“防、放、抗”3方面相結合的原則，從建筑結構設計、材料選擇及配合比方面、施工水平、施工環境以及現場管理等方面進行綜合考慮，嚴格執行。

3.1 建筑結構設計方面

在進行建筑物結構設計時，應嚴格按照《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2010）等國家相關標準規范執行。除此之外，還應根據《建筑抗震設計規范》（GB 50011—2010），結合建筑結構物所在地的抗震等級、場地使用條件、建筑物的使用功能、平面尺寸及相關規模，同時考慮建筑物所在地區的氣候條件、相關裝飾裝修要求等影響因素，采取一定的措施，最大程度控制混凝土收縮，避免因地基基礎等原因導致混凝土出現裂縫。結合大量的現澆混凝土施工經驗，由于現澆混凝土在施工期間所經歷的溫度差異和環境差異變化較大，因此在施工中可以采取“先放再抗”的設計原則。在設計中可以通過減小結構約束，通過合理設置后澆帶等措施減小裂縫的產生。其次，合理設計構造鋼筋的布置形式，構造鋼筋應布置在受力主筋的外側，同時在混凝土中可以適當添加一些用于改善混凝土抗裂性能的添加劑，提高現澆混凝土抵抗因溫差、環境改變引起的裂縫的能力。

3.2 混凝土材料和配合比方面

混凝土材料的選擇應該嚴格按照國家相關行業規范和標準的規定進行選擇。水泥的選擇方面，宜選擇硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或者礦渣硅酸鹽水泥。骨料的選擇方面，應注意骨料的級配、質量，具體的講，骨料應選擇級配良好且干凈的中砂和級配良好且孔隙率較小的粗骨料，同時要注意骨料中其他雜質的相對含量應滿足相關標準的要求。添加劑方面，對于常用的普通混凝土，應盡可能采用普通減水劑或中效減水劑，而對于大體積混凝土，考慮到混凝土構件的收縮變形較大且水化熱產生的溫差效應引起的裂縫，應選擇對混凝土收縮變形及水化熱影響較小的外加劑或者其它一些摻合料。混凝土配合比方面，應嚴格按照《普通混凝土配合比設計規程》進行執行，結合建筑結構中要求的強度等級、結構耐久性、抗滲等級以及工作性能等進行具體的設計。

3.3 施工水平、環境及管理方面

選擇具有一定資質的施工企業進行現澆，確保現澆混凝土的施工質量。密切注意現澆混凝土的施工季節，明確環境溫度、濕度等條件變化對現澆混凝土產生裂縫的影響，嚴格控制施工現場中混凝土的坍落度，避免因環境、溫度等變化對現澆混凝土產生不利的影響。

施工管理方面，應該制定科學和嚴格的現澆混凝土裂縫控制標準及措施，同時，合理安排現澆混凝土的澆筑進度，避免因混凝土施工安排不合理影響混凝土澆筑質量。對混凝土澆筑中的各項技術進行嚴格監督，確保施工質量。

4 結 語

該文針對建筑結構設計中現澆混凝土出現裂縫的問題，分析了實際工程中混凝土出現裂縫的原因及裂縫的類型，重點從建筑結構在建筑結構設計、材料選擇及配合比方面、施工水平、施工環境以及現場管理等方面對現澆混凝土的裂縫控制方法進行了分析，提出現澆混凝土裂縫控制的相關措施。

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