國內外混凝土結構設計規范中裂縫控制的比較分析

楊君君，尹 磊

（武漢建筑材料工業設計研究院有限公司，武漢 430071）

近年來，國民經濟的快速發展引起基礎設施的大量興建，公路鐵路、建筑結構、水利港口等方面都需要大量的混凝土。隨著大量鋼筋混凝土結構的興建，混凝土出現的裂縫問題越來越明顯且嚴重。通常情況下混凝土結構出現裂縫會引起一系列問題，一方面，裂縫的存在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；另一方面，影響結構的外觀，弱化結構的整體美觀。以隧道結構為例，混凝土裂縫的存在一方面給隧道的安全運營帶來安全隱患，同時影響了結構的防水性，導致隧道結構內形成流水通道，給隧道內行車安全帶來嚴重影響。同時，裂縫的存在給隧道結構的承載能力、安全使用年限以及結構整體的穩定性造成潛在威脅。混凝土裂縫已成為學術界和工程界研究人員普遍關注的問題。

混凝土裂縫的存在導致每年都要在混凝土結構裂縫的維修和加固方面消耗大量的人力財力，給社會造成嚴重的資源浪費和經濟損失。針對混凝土裂縫帶來的影響及威脅，世界上很多國家都制定了相應的規范準則對裂縫進行控制。從各國規范準則中對裂縫控制的要求來看，裂縫寬度的計算是各國規范準則中對裂縫控制的重要內容。因此，該文從混凝土構件出現裂縫的形成原因出發，結合各國規范準則內容，對混凝土裂縫控制進行說明。

1 混凝土構件裂縫成因

混凝土構件在通常情況是帶裂縫進行工作的，混凝土構件裂縫產生的原因，主要有以下幾個方面：

1）與混凝土結構設計和結構承受的荷載作用有關

混凝土結構構件的設計斷面尺寸存在不足，或者結構的配筋量不足、構件中主要受力鋼筋的位置分布有誤。設計過程中對混凝土內部產生的溫度應力和混凝土自身收縮蠕變產生的應力預估存在不足；由于惡劣天氣引起的結構構件外荷載過大，如臺風、地震作用；由于鄰近施工引起的結構物產生差異性沉降導致的混凝土構件出現裂縫等。

2）與混凝土結構使用條件與所處的環境條件有關

大部分混凝土結構都是在露天環境中使用，長期經受風、雨、雷、電、日曬、冷凍等天氣情況，混凝土結構所處的溫度、濕度條件發生變化，混凝土內部發生凍融、凍脹等，導致結構出現裂縫。在火災、地震等災害作用下結構承受高溫、動荷載，進而產生裂縫。此外，對于某些用作特殊用途的混凝土建筑物來講，在酸、堿、鹽等化學作用下，結構發生腐蝕，導致裂縫的出現。

3）與混凝土結構所使用的材料性質以及材料的配合比有關

混凝土主要使用的材料為水泥、骨料以及一些特定的外加材料（添加劑）。當水泥存儲環境濕度或者溫度過高時，會導致水泥在水化過程中發生非正常凝結。當水泥中游離的氧化鈣、氧化鎂和其他一些含堿物質的含量過高時，會導致水泥內部發生非正常的膨脹，引起混凝土結構發生鼓脹、內部出現孔洞等。當混凝土的骨料級配不良，或者骨料中存在過大比例的雜質（如含泥量過大）時，會直接導致混凝土強度不能滿足設計要求，在外荷載作用下必然出現裂縫，嚴重時甚至出現破壞。當混凝土使用材料配合比不當（如加水量、水泥用量的添加過多或者過少，砂率過大或者過小等），或者添加劑用量不當時，會直接影響混凝土的流動性、泌水性等性質，導致混凝土強度不能達標，一旦形成受力構件，必然產生裂縫。

4）與混凝土施工工藝、管理水平等因素有關

對于使用了添加劑的混凝土，在攪拌過程中一定要拌合均勻，這必然會出現攪拌時間過長或者過短，或者拌合到澆筑這一階段的間隔時間過長的情況，從而引起混凝土分崩離析，影響混凝土使用質量。混凝土主要受力鋼筋、箍筋以及預埋件之間的錨固質量需要得到保障，在混凝土澆筑過程中必然會對這些部件產生擾動。澆筑過程中要保證保護層的厚度，不然因為保護層厚度不夠而出現鋼筋外漏，影響結構的正常使用。

施工過程中，混凝土的澆筑順序、澆筑的均勻度，混凝土在泵送過程中由于長距離運輸引起的混凝土在保水性、流動性方面的弱化，需要通過加入一些特定的添加劑來保證，避免出現混凝土因搗實不良引起的塌落度過大、骨料出現泌水、下沉等問題，直接影響混凝土的澆筑質量。在混凝土的后期養護過程中，避免混凝土結構在完全硬化前承受外荷載作用，養護應保證必要的時間和溫度、濕度，避免因為日曬、風吹、雨淋等天氣變化而導致混凝土養護質量不到位。對于大體積的混凝土構件，由于澆筑過程中其內外部溫度會存在一個較大的差異，因此，需要采取一定的澆注工藝來保證混凝土的澆筑質量，避免由于溫差效應導致混凝土內部出現裂縫。

2 國內外混凝土結構裂縫控制的比較分析

1）國內外混凝土結構設計規范中裂縫控制的分類

設計規范中要求裂縫寬度的計算值不得大于規范的要求值，如日本02年規范和前蘇聯水工87年規范。同時，針對混凝土結構構件的表面設計有防滲水表層時，裂縫的寬度限制可以在一定程度上進行放寬。比如水工87規范中明確提出，可以通過提高混凝土的標號、增加鋼筋使用量或者調整鋼筋的種類和直徑，可設置防滲層。同時國標水工78規范也明顯提出，當裂縫寬度不滿足限制寬度時，不能單純的靠增加鋼筋來滿足。

部分規范中有僅通過構造要求來實現限制裂縫寬度，同時，相關規范中一方面沒有計算裂縫寬度的方法，另一方面沒有明確給出裂縫寬度的限值。以美國ACI02規范和水工03規范為例，前者僅通過限制鋼筋間距等構造要求來實現限制裂縫寬度，而后者則是通過限制高強度鋼筋和受拉鋼筋的最大配筋率等規定來實現裂縫寬度限制。英國97規范中也明確通過限制鋼筋間距等構造要求來實現裂縫寬度控制。

歐洲國家的很多規范對裂縫寬度的控制進行了詳細的說明和規定，對控制裂縫寬度的方面也是有很多種方法的。例如，歐洲02規范明確給出了裂縫寬度的計算方法以及相應的裂縫寬度限制。同時明確不需要進行裂縫寬度驗算的情況，這些情況主要包括：薄板等構件如果滿足最小配筋率要求，同時鋼筋間距和直徑在滿足相關規范的情況下可以不進行裂縫控制；限制受拉主筋的主應力來間接控制裂縫寬度。

2）國內外混凝土結構設計規范中裂縫寬度限制的比較

根據國內外混凝土相關規范中對裂縫寬度限制的綜合比較分析可知，裂縫寬度限制在較小范圍內，通常為0.1～0.4mm。不同的裂縫控制寬度限制與結構構件所處的環境條件有關系。這方面的規范中以前蘇聯水工87規范和歐洲02規范中的規定最為明顯。具體來說，對于處于環境條件較好的情況，裂縫寬度限制可以放寬到0.4～0.5mm；當處于最惡劣的環境條件下時，寬度限制可為0.05～0.10mm。

關于裂縫寬度限制，各國混凝土結構設計規范針對不同的環境條件類別進行了分別說明，同時，其中只有兩部規范明確提出了裂縫寬度限制與保護層有一定的關系。如我國水工96規范在規范說明中，當保護層的厚度大于50mm時，裂縫寬度的限制可以增加到0.05mm。而日本02規范中提出裂縫寬度限制是與保護層厚度c成函數關系。

3）裂縫寬度計算公式的比較

裂縫寬度計算公式可以分為半理論半經驗公式和數理統計公式。

其中，半理論半經驗公式是根據對裂縫開展機理分析推導出理論計算公式，其中的某些系數則根據試驗或經驗確定，如我國水工78規范、水工96規范、國家02標準、歐洲02規范均屬于此類。

數理統計公式是建立在大量實測資料的基礎上，對影響裂縫開展寬度的主要因素進行統計分析得出，前蘇聯水工87規范和香港98規范、公路04橋規的公式便屬于這一類。

3 結 語

混凝土出現裂縫會對結構物的正常使用產生一定程度的影響，該文針對混凝土構件出現裂縫的原因，從結構設計、材料選用及配比、施工工藝及管理幾個方面進行了重點分析。同時，結合國內外混凝土結構設計所使用的規范，從裂縫寬度的計算方法、裂縫寬度的限值以及裂縫寬度的計算公式等方面進行了詳細比較分析。以期為從事混凝土結構設計的相關人員提供一定參考。

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［7］ ACI Committee 318.Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary（ACI 318－02）（ACI 318R－02）［S］.2002.

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