某工程現澆鋼筋混凝土構件裂縫成因及防控

曹勉勵，余曉琦，王勇（西北核技術研究所，陜西西安710024）

某工程現澆鋼筋混凝土構件裂縫成因及防控

The Crack Analysis and Prevention of Casting Arm ored Concrete in a Certain Construction Object

曹勉勵，余曉琦，王勇（西北核技術研究所，陜西西安710024）

某工程的基礎和梁板柱等現澆鋼筋混凝土結構為大體積混凝土，加上施工期溫度、混凝土養護及人為擾動等因素影響，導致混凝土澆筑完成后出現裂縫。為確保產生裂縫混凝土構件的防滲效果和混凝土耐久性，分析了混凝土裂縫產生的原因，在進行結構安全性驗算的基礎上，結合工程實際采取了有效的處理措施和預防措施。

大體積混凝土；裂縫；原因；結構安全性驗算

1 工程概況

某工程為框架結構，建筑面積為7179.04m2，地上3層，建筑等級三級，設計使用年限50年，抗震設防烈度7度，防水等級三級，耐火等級二級，總高度14.85m，條形基礎、頂板、梁、柱等構件均采用商品混凝土澆筑，自然養護，屬于大體積混凝土。

根據觀測，一樓頂板澆筑混凝土36h時出現了不連續的細小裂縫，且東側明顯多于西側。拆模后，發現一樓梁、柱局部存在裂縫，梁、柱最大裂縫寬度分別是0.26mm和0.13mm。梁、柱的裂縫鋼筋表面處裂縫寬度大約只有構件混凝土表面裂縫寬度的1/5～1/3，無貫穿性裂縫。一樓頂板上部裂紋數量較多，頂板的裂縫寬度均在2mm以內，縫寬沿裂縫深度不相等，僅在接近表面的范圍內，與模板接觸部位光滑、平整沒有裂縫，板面層以下結構仍保持完整。

2 裂縫原因分析

經現場查驗、分析施工技術資料及圖片，發現鋼筋綁扎、模板支設(拆除)、混凝土澆筑等工序均符合相關規范要求。該工程使用的商品混凝土由正規廠家生產、有出廠合格證，塌落度抽測合格，且振搗設備選型合理、振點布置均勻、振速控制較好、振搗時間足夠，基本可以排除是安定性裂縫和沉縮裂縫的可能。

其施工技術資料顯示，在一樓梁、板、柱的混凝土澆筑僅28h后，工人在頂板上碼放了數量多、密度大的墻體砌筑用燒結粘土磚(規格為240mm×115mm×90mm），東側(①～⑤軸)頂板放置的數量最多，造成了東側一層頂板的細裂紋明顯多于西側一層頂板(⑥～⑩軸)，且養護時段（2013年9月27日至10月16日）是該地區濕度較低的季節，且晝夜溫差大，不利于混凝土的養護。

上述因素可以總結為施工現場人為擾動和混凝土構件表面內部溫差較大。依據擾動裂縫和溫度裂縫的成因，可初步判斷頂板、梁、柱構件的裂縫，應屬于擾動裂縫和溫度裂縫。即混凝土在初凝、靜養和強度增長早期階段，由于人為的擾動，使擾動源產生劇烈運動和震動，加速了混凝土板內溫度、沉縮干縮、安定性三類早期微裂縫的繼續發展，最后形成新的裂縫——擾動裂縫。混凝土由于溫度差變形引起了較大內應力，內部混凝土受壓，表面混凝土受拉，當拉應力足夠大時，引起混凝土回縮、鋼筋不斷伸長，導致混凝土與鋼筋之間不斷產生相對滑移而產生裂縫。

3 裂縫寬度安全性驗算

首先使用回彈儀對出現裂縫構件的混凝土強度等級進行檢驗，結果顯示均已達到設計強度。同時，實驗室檢測報告顯示，同條件養護7d的混凝土試塊強度達到了設計強度的85%以上。

混凝土構件的裂縫最大開展寬度ωmax會影響結構耐久性和建筑觀感，因此應對它進行計算。將混凝土構件實際產生的最大裂縫寬度與ωmax進行比較，是否在《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)規定允許最大裂縫寬度值［ωmax］范圍內，以判斷設計是否合理，產生裂縫的構件是否安全，能否在擬定的環境中繼續使用。

3.1 梁

產生裂縫的是頂板中的矩形簡支梁，截面尺寸為200mm×500mm（b×h），受力鋼筋為（HRB335級），混凝土強度等級為C30，保護層厚度為2.5cm，構件計算長度l0=5.6m，承受均布荷載，其中包括自重在內的永久荷載標準值gk=12.6kN/m，活荷載qk=9.0kN/m，活荷載的準永久系數ψq=0.5。

解：經查相關規范，允許最大裂縫寬度值［ωmax］=0.3mm。計算有關參數：

受力鋼筋截面面積As=804mm2

鋼筋直徑d=16mm，受彎構件аcr= 2.1

實際產生裂縫最大寬度0.26mm＜0.28mm＜［ωmax］=0.3mm該構件是安全的，設計合理，滿足使用要求，可以繼續使用。

3.2 柱

產生裂縫的柱子為矩形偏心受壓柱，混凝土強度等級為C30，截面尺寸400mm×600mm（b×h），計算長度l0=5m，受拉和受壓鋼筋對稱配置，均為4φ20（HRB335級），混凝土保護層厚度為3cm，Ns=380kN，Ms=170kN·m。

解：經查相關規范，允許最大裂縫寬度值［ωmax］=0.2mm。

l0/h=5000/600=8.33＜14，則ηs=1.0

受拉和受壓鋼筋截面面積As=As'=1256mm2

實際產生裂縫的最大寬度0.12mm＜0.14mm＜［ωmax］=0.2mm

該構件是安全的，設計合理，滿足使用要求，可以繼續使用。

4 裂縫處理措施及效果

經計算分析，雖然梁、柱、板產生的裂縫在允許范圍內，不影響結構使用安全，但在荷載長期作用下，由于混凝土的滑移徐變和拉應力的松弛，將導致裂縫間受力混凝土不斷退出工作，使裂縫開展寬度增大，混凝土的收縮使裂縫間混凝土的長度縮短，也可能導致裂縫的進一步開展、擴大。此外，由于構件承受荷載的變化致使鋼筋直徑膨大或縮小，也將引起粘結強度的降低，導致裂縫寬度的增大、鋼筋銹蝕、混凝土碳化，降低材料耐久性，影響承載能力。因此，必須對構件裂縫進行處理。

4.1 處理措施

在產生裂縫的梁、板、柱，各選兩處具有代表性裂縫實施裂縫寬度監測，測量儀器采用SWJ-Ⅳ型收斂計。20d的監測數據表明，裂縫沒有進一步發展和擴大，充分證明梁、板、柱產生的裂縫寬度在結構安全范圍內，不必進行拆除。

以SWJ-Ⅳ型收斂計20d的測量數據為基礎，通過分析和對比并與設計單位溝通后，根據構件裂縫的產生原因和實際情況，采用粘貼玻璃纖維布法和低壓注漿法進行處理。

①粘貼玻璃纖維布法。由于該工程梁、柱所產生裂縫比較穩定，屬于對結構承載力沒有影響的表面裂縫和深進裂縫，采用粘貼玻璃纖維布法（也稱表面修補法），即在裂縫表面涂抹一層環氧膠泥，同時為了防止混凝土受各種作用力影響繼續開裂，再在裂縫表面粘貼玻璃纖維布。

②低壓注漿法。頂板的裂縫最為2mm，屬于對結構整體性有影響和有防滲要求的混凝土裂縫。利用壓力設備將膠結材料壓入混凝土的裂縫中，膠結材料硬化后與混凝土形成一個整體，從而起到封堵加固的目的。修補工序具體如下：裂縫清理→粘貼注漿嘴和封閉裂縫→試漏→配制注漿液→壓力注漿→二次注漿→清理表面。

為避免類似問題的再次發生，在后續樓層施工中采取了以下預防措施：

①混凝土充分振搗后、在初凝前應及時進行收平、壓抹，尤其是商品混凝土；

②已澆筑混凝土強度未達到1.2N/mm2時，不得在其上人為踩踏、安裝模板或堆放重物，嚴禁混凝土澆筑48h內就在混凝土板上施加荷載，進行下道工序施工；

③在大氣干燥（RH＜50%），有風，陽光直射，混凝土水膠比≤0.45，日平均氣溫≥20℃，混凝土表面潮濕養護期限至少為10d；

④支設模板時，盡量選用撓度小、不易彎曲的鋼支撐，要使用豎向支撐，也應使用橫向支撐；

⑤樓板設計的水暖電管線，材料應選擇與混凝土線膨脹系數基本一致的，在經費許可的條件下，盡量不使用PVC塑料管。

4.2 處理效果

裂縫處理完畢后，使用回彈儀檢測構件的混凝土強度等級，數據顯示均已達到設計強度。并選擇6個經過處理、具有代表性的裂縫，再使用SWJ-Ⅳ型收斂計實施裂縫寬度監測，30d的監測數據表明，經過處理后的裂縫沒有進一步發展和擴大。

澆筑第二層柱、梁及頂板混凝土時，嚴格執行混凝土施工相關規范，重視每一個細節，加強預防裂縫措施，避免早期人為擾動，澆筑時間盡量選在白天溫差不大的時間段，晚間降溫時使用草氈、舊氈絮覆蓋保溫保濕。該工程第二層的柱、梁及頂板，在拆模后沒有發現裂縫。

5 結語

混凝土構件在初凝、養護、強度增長的早期，人為擾動和溫度差是形成裂縫的主要因素。為確保鋼筋混凝土的耐久性和結構安全，裂縫一旦發生應找準裂縫形成原因，并進行結構安全性驗算，進而采取有效的治理措施。鋼筋混凝土結構產生裂縫是普遍現象，尤其在大體積混凝土結構中，不可能完全避免。因此，對現澆鋼筋混凝土結構施工加強管理，文明作業，嚴格依照《混凝土結構工程施工質量驗收規范》，盡量降低和減少出現裂縫的風險尤為重要。

[1] 清華大學.混凝土結構設計原理[M].北京：中國建筑工業出版社,2005.

[2] 龍馭球,包世華.結構力學[M].北京：高等教育出版社,2004.

[3] GB50300-2001,建筑工程施工質量驗收統一標準[S].北京：中國建工業出版社,2011,

[4] GB50164-2011,混凝土質量控制標準[S].北京：中國建筑工業出版社,2011.

[5] 林宗元.巖土工程試驗檢測手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2005.

TU755.7

B

1007-7359(2014)02-0050-02

2014-02-24

曹勉勵（1978-），女，山東曹縣人，工程師，碩士，研究方向：結構工程。