合肥地區(qū)混凝土裂縫控制的幾點建議

周愛東

在建筑工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)將在很長的時期內(nèi)作為一種主要結(jié)構(gòu)形式存在，隨之帶來相當普遍的混凝土裂縫問題應(yīng)該得到及時有效地解決。因為這一問題不僅影響建筑物的觀感，往往同時反映混凝土的品質(zhì)出現(xiàn)了明顯的缺陷，這類缺陷對結(jié)構(gòu)的耐久性的影響不容忽視。目前的鋼筋混凝土強度是由所謂承載力極限狀態(tài)表述的，在達到極限狀態(tài)的過程中，出現(xiàn)裂縫時的荷載往往只是破壞荷載的20%～30%，因而由荷載產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)裂縫對結(jié)構(gòu)的安全并無即時影響。這類裂縫的寬度和位置的計算理論已經(jīng)經(jīng)歷了很長時間的發(fā)展，作為工程運用的經(jīng)驗理論也是夠用的。從各地的混凝土裂縫情況看，大量出現(xiàn)的裂縫并非荷載作用產(chǎn)生的，而是所謂“變形作用引起的裂縫”。

所謂變形作用一類為結(jié)構(gòu)變形造成構(gòu)件的額外變形，如基礎(chǔ)不均勻沉降使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生過大變形。另一類為混凝土自身的變形引起的構(gòu)件內(nèi)部變形，這一類變形往往與混凝土的品質(zhì)有關(guān)。不同的變形作用引起的裂縫，控制的著眼點自然不同，筆者著重對第二類變形作用引起的裂縫進行討論，這也是預(yù)拌混凝土被廣泛使用以來最嚴重的鋼筋混凝土質(zhì)量問題。

1 產(chǎn)生第二類變形作用引起的裂縫的原因簡述

1.1 混凝土的水化熱和收縮變形增大

近二十年來，我國的混凝土原材料和生產(chǎn)工藝發(fā)生了很大的變化。首先是水泥細度增大，隨著比表面積的增加，水泥的水化需水量增加、早期強度的增長加快和水化熱增大;干縮速度加快、最終干縮率增大，體積穩(wěn)定性趨壞。其次是預(yù)拌混凝土的推廣使用以及泵送混凝土的廣泛使用;過去的干硬性、低動性混凝土變成今日普遍使用的大流動性泵送混凝土。這給混凝土設(shè)計和質(zhì)量控制帶來兩個方面的嚴重問題:1)工作性的要求使得混凝土設(shè)計時不可避免的加大了用水量、水泥用量、水灰比和砂率，這些變化使混凝土收縮量出現(xiàn)很大的增長。2)預(yù)拌混凝土的廣泛使用(本地區(qū)的現(xiàn)場集中攪拌幾近絕跡)不僅因為長距離運送對混凝土的流動性提出了更高的要求，也因為混凝土的生產(chǎn)和使用是不同的責任主體而出現(xiàn)混凝土生產(chǎn)、運輸和使用過程中的品質(zhì)檢查功效大減。這方面問題的解決應(yīng)該成為本地區(qū)混凝土控制的關(guān)鍵。

1.2 混凝土強度選用、混凝土配制對混凝土收縮的影響

水泥用量的增加會使混凝土的變形增加。水泥用量的大幅度增加原因是多樣的。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，隨著結(jié)構(gòu)高度不斷增加，豎向構(gòu)件的混凝土強度等級不得不選用高強度混凝土，為了減少施工工藝上的復雜性，相應(yīng)的水平構(gòu)件的混凝土強度等級跟著水漲船高。在混凝土的配制中，造成水泥用量過大的原因不盡相同:1)許多混凝土廠家不注意技術(shù)積累，混凝土試配目的單一，只是作為生產(chǎn)上的下料單，沒有利用長期的實驗數(shù)據(jù)對混凝土的試配進行優(yōu)選。2)廠家在原材料控制、用料計量、運送過程的質(zhì)量控制手段單一落后，為了防止強度上出大問題，一味加大水泥用量。

1.3 結(jié)構(gòu)設(shè)計對混凝土收縮變形缺乏清楚的認識

結(jié)構(gòu)設(shè)計中設(shè)計人員對大體積混凝土和超長結(jié)構(gòu)一般都能注意到，這些問題的研究也是很多的，通常不應(yīng)該出現(xiàn)大的質(zhì)量問題。容易忽略的是平面突變部位的構(gòu)造加強以及針對約束剛度的強弱對關(guān)鍵部位采取加強措施。這一問題在方案階段就應(yīng)當引起重視，對于較大的設(shè)計單位應(yīng)當有自己的技術(shù)措施，單純的加大板厚，加大配筋往往言不及義。

1.4 外加劑的使用

隨著混凝土強度等級的提高以及施工方對混凝土工作性要求的提高，外加劑的使用越來越多。這本是一個進步，但使用上的失當卻可能會使好東西出現(xiàn)壞結(jié)果。

外加劑對混凝土體積穩(wěn)定性影響明顯，而混凝土的體積穩(wěn)定性是影響混凝土工程安全性、耐久性的重要因素。有效監(jiān)控混凝土體積穩(wěn)定性應(yīng)該是混凝土外加劑使用中的一項重要工作。目前關(guān)于混凝土外加劑的試驗表明混凝土外加劑對混凝土強度、外加劑與水泥的適應(yīng)性都有明確要求，對混凝土的體積穩(wěn)定性還沒有明確的規(guī)定，這是一個缺陷。目前工程界對這一問題的探討已經(jīng)有了可喜的進步，已經(jīng)開發(fā)出可用的混凝土體積穩(wěn)定性檢測技術(shù)?；炷翉S家應(yīng)當跟上這一趨勢，著手積累試驗資料。

1.5 運輸、施工環(huán)節(jié)的不利影響

混凝土運輸、施工過程應(yīng)該由施工方的施工組織設(shè)計實施總的控制?；炷潦┕そM織設(shè)計應(yīng)該將混凝土的質(zhì)量作為中心內(nèi)容。現(xiàn)階段在本地區(qū)的情況與此有著很大的差距。施工方對混凝土生產(chǎn)、運輸?shù)幕境ＷR不足，對混凝土工作性要求過高，增加了混凝土配制、運輸?shù)睦щy，結(jié)果往往是進場混凝土品質(zhì)較差?；炷恋纳a(chǎn)單位只求強度報告能過關(guān)，對混凝土的原材料控制和計量、混凝土工作性檢查、混凝土運輸過程的質(zhì)量控制措施不明確。隨著建筑高度的不斷提高，混凝土豎向運輸成為混凝土工作性要求的控制性因素，而混凝土的豎向運輸竟然由對結(jié)構(gòu)質(zhì)量并不承擔直接責任的攪拌站方負責，而直接責任方——施工方的施工方案中對此往往不涉及，這是十分荒唐的現(xiàn)象。

混凝土的養(yǎng)護一直是混凝土施工的關(guān)鍵，在建筑工程中，混凝土構(gòu)件往往會出現(xiàn)一個或兩個方向尺度較小，養(yǎng)護對混凝土質(zhì)量的影響就更大了。

2 第二類變形作用引起的裂縫的種類和產(chǎn)生機理

2.1 混凝土的收縮主要分為化學收縮、干縮和冷縮

水泥與水水化反應(yīng)生成物的體積小于水和水泥體積之和，水化前后的這種體積變化就是化學收縮?；炷恋幕瘜W收縮量隨混凝土的水泥含量的增加而加大。化學收縮伴隨著水化完成而結(jié)束，一般在40 d左右可以穩(wěn)定?；炷林写嬖诖罅康拿毧祝瑵仓?，毛細孔充滿著自由水，隨著毛細孔中水分的蒸發(fā)，毛細孔中產(chǎn)生負壓，在負壓的作用下混凝土體積縮小。在蒸發(fā)過程中，混凝土中的結(jié)合水也在減少，這使得膠凝體分子間距減小，這也使得混凝土體積減小?；炷恋母煽s量隨著水泥用量、水灰比和砂率的增大而增加，隨著混凝土密實度的增加而減小。

水泥水化時產(chǎn)生水化熱，水化熱使混凝土溫度上升，一般在3 h～4 h達到峰值，隨后溫度下降混凝土的體積因降溫而收縮。

2.2 裂縫產(chǎn)生

混凝土的早期裂縫有塑性變形裂縫、溫度裂縫和早期收縮裂縫。

1)塑性變形裂縫:指發(fā)生在混凝土終凝之前，混凝土尚處于可塑狀態(tài)時就出現(xiàn)的裂縫，它在泵送混凝土中出現(xiàn)較多。又分為塑性沉降裂縫和塑性收縮裂縫。塑性沉降裂縫:混凝土在硬化之前由于重力作用，粗骨料下沉，水泥漿和氣泡上升，當下沉不均勻時可能引發(fā)塑性沉降裂縫。這類裂縫在澆筑后1 h～3 h就出現(xiàn)，終凝后終止。裂縫的深度常達到鋼筋表面。塑性收縮裂縫:混凝土初凝過程中，水泥水化反應(yīng)激烈，混凝土表面出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)，毛細孔負壓致使水泥石體積收縮(有別于干縮，干縮發(fā)生在水泥硬化以后，此時的水泥石形狀已固定)。這種裂縫在使用水泥用量、用水量和砂率較大的泵送混凝土時容易出現(xiàn)，當泵送混凝土澆筑后出現(xiàn)環(huán)境溫度高、濕度低，風速大，陽光直射的情況時如無針對性的養(yǎng)護措施，混凝土就出現(xiàn)大面積表面龜裂;溫度裂縫分為共時溫度裂縫和歷時溫度裂縫。共時溫度裂縫:在水化熱的作用下，混凝土溫度升高，達到峰值后，混凝土溫度下降;由于混凝土在同一時刻的溫度分布是不均勻的，混凝土的應(yīng)變分布亦不均勻，產(chǎn)生拉應(yīng)力進而出現(xiàn)裂縫，大體積混凝土的溫度裂縫就屬這類;歷時溫度裂縫:溫度急劇變化引起混凝土在短時間內(nèi)發(fā)生較大收縮，不同構(gòu)件對這種收縮產(chǎn)生不同程度的變形，構(gòu)件之間的約束造成這種裂縫。板角的八字形裂縫有些就與此有關(guān)，這類裂縫多數(shù)是由溫度、收縮多種因素共同起作用引起的。

2)混凝土的后期裂縫，混凝土干縮持續(xù)時間長，收縮量的80%左右在澆筑后2年～3年內(nèi)完成，全部變形完成往往要十多年，混凝土結(jié)構(gòu)在后期出現(xiàn)的干縮裂縫并不鮮見。泵送混凝土廣泛使用以后，這類問題可能會在相當長一段時間內(nèi)一直困擾我們。

3 本地區(qū)控制混凝土裂縫需要解決的幾個問題

對于變形作用引起的混凝土裂縫，應(yīng)當依其根源在結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土生產(chǎn)、混凝土施工和結(jié)構(gòu)工程的監(jiān)理見證多方面采取措施，否則難以看到明顯的治理效果。

3.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計方面

裂縫發(fā)生一定會達到以下三個條件:1)混凝土有較大的收縮量;2)這種收縮受到約束;3)累積張力引起的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度?；炷恋目估瓘姸鹊颓译x散性極大，在普通混凝土建筑工程中使用加大抗拉強度的特殊混凝土，至少在目前這個階段并不明智。結(jié)構(gòu)設(shè)計對混凝土收縮性有影響的主要是混凝土的強度選用。隨著建筑高度的不斷增加，豎向構(gòu)件趨向于選用高強度混凝土，由于考慮施工方便，水平構(gòu)件的強度選用也就會隨其提高。這是極不合理的，不僅提高了結(jié)構(gòu)造價，也加大了混凝土的收縮，而混凝土的收縮裂縫絕大部分出現(xiàn)在水平構(gòu)件上。按照目前的施工技術(shù)水平，豎向構(gòu)件與水平構(gòu)件選用不同強度等級的混凝土完全沒有太大的技術(shù)難度，在本地區(qū)只是還沒有養(yǎng)成習慣。

結(jié)構(gòu)對收縮的約束問題是結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)當考慮的主要問題。在方案設(shè)計階段，有意識地減少應(yīng)力集中的部位是主動解決問題的方法。采取加強措施之前，設(shè)計人員應(yīng)當對全平面和局部的收縮約束有一個定性的基本認識，就全平面混凝土收縮不僅要考慮總尺度的影響，還應(yīng)當特別關(guān)注平面突變處，這些部位往往是薄弱截面。對于結(jié)構(gòu)約束剛度的分布情況的分析判斷，是了解收縮引起的張力分布的基礎(chǔ)，在張力分布的基本分析基礎(chǔ)上的薄弱部位構(gòu)造加強措施才是有效解決問題的方法。目前采用的統(tǒng)一加大板厚和配筋的做法在很多情況下是無的放矢。

3.2 混凝土的生產(chǎn)、施工方面

混凝土的生產(chǎn)施工過程中，第一步就是對混凝土工作性提出要求，而混凝土工作性要求是由施工工藝選擇、混凝土輸送距離和方式(特別是豎向輸送)決定的。因而混凝土工程施工方案是協(xié)調(diào)混凝土工作性要求、施工方式和混凝土品質(zhì)(最終對混凝土質(zhì)量產(chǎn)生重要影響)之間矛盾的指導性文件。這一步工作的缺位將使混凝土質(zhì)量控制缺乏基本依據(jù)。由于混凝土的生產(chǎn)施工過程涉及不同的責任主體，各方的責任劃分是質(zhì)量控制的根本問題。

1)施工方。鑒于施工方是結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量的直接責任主體，應(yīng)當對混凝土質(zhì)量控制全過程負責?；炷潦┕し桨笇κ┕すに嚒⒒炷凛斔头桨傅倪x擇應(yīng)當以保證混凝土品質(zhì)為依據(jù)。首先，混凝土的工作性要求與混凝土使用部位、輸送泵的輸送能力選取、輸送距離相協(xié)調(diào)，協(xié)調(diào)的原則是保證混凝土的品質(zhì)。施工方對混凝土生產(chǎn)商的選擇應(yīng)當將生產(chǎn)商的質(zhì)量保障能力作為首要考慮因素，混凝土合同應(yīng)當對混凝土出場檢驗、進場檢驗和強度取樣的過程、內(nèi)容作出明確、詳盡的規(guī)定，對質(zhì)量責任追溯做原則規(guī)定。目前許多合同多只是在價格上做詳細規(guī)定，這使得混凝土的生產(chǎn)、運輸過程的質(zhì)量監(jiān)督，混凝土交接檢查的實施失去依據(jù)。

從混凝土裂縫產(chǎn)生機理可知，水泥用量的增加、用水量的增加、砂率的加大以及粗骨料含量的減少都會使混凝土的收縮加大，這成為泵送混凝土裂縫問題嚴重的主要原因。這些問題都是過分的混凝土流動性加大的要求導致的，因而在混凝土流動性要求上應(yīng)當適度，夠用就行。對于大中型小區(qū)，特別是邊遠地區(qū)的大中型小區(qū)，應(yīng)當采用現(xiàn)場集中攪拌的方式，這種做法由于運輸距離的減少可以大大減少混凝土流動性的損失，因而在混凝土配合比設(shè)計時采用較小的設(shè)計坍落度。豎向輸送距離較小的混凝土可以采用較小的坍落度。對混凝土供應(yīng)速度要求不高的部位可以不采用輸送泵，豎向輸送高度較大、施工工藝要求混凝土供應(yīng)比較集中的部位采用輸送泵，在輸送泵的選用時應(yīng)當盡量選用小坍落度，以較大的泵送壓力和較大的輸送管口徑解決混凝土的可泵性問題。

混凝土施工工藝的選擇對混凝土的質(zhì)量影響很大。泵送混凝土的特性使得混凝土的收縮不可避免的增加。對某些部位的混凝土施工中采用二次振搗的工藝能夠大幅提高混凝土的密實度，這不僅可以大大減少混凝土的收縮量，還可以明顯提高抗?jié)B性和混凝土強度，因而可以間接地減少水泥用量。對于本地區(qū)大量出現(xiàn)的板的收縮裂縫，一次振搗使用振動棒拖振，二次振搗使用平板振動器，這是一個十分有效的解決方法。該工藝的關(guān)鍵是要在初凝完成前1 h～2 h進行二次振搗。初凝時間的確定和現(xiàn)場檢測是二次振搗特有的問題，可以用混凝土貫入阻力儀或用坍落度間接測定初凝時間的方法進行此測定?；炷恋酿B(yǎng)護是裂縫控制的重要方面。這方面的措施很多，關(guān)鍵是實施。

2)混凝土生產(chǎn)方。實現(xiàn)規(guī)定的混凝土強度和工作性要求，水泥用量較小的配合比設(shè)計一般都是好的設(shè)計，這不僅可以增加經(jīng)濟效益，同時能夠提供較好的混凝土品質(zhì)。欲達此目的，廠家必須對骨料、水泥和外加劑的質(zhì)量進行嚴格的監(jiān)控。較小的離散度可以采用較小的設(shè)計強度值，而較小的離散度就意味著混凝土組分的質(zhì)量和數(shù)量控制的偏差較小?；炷猎O(shè)計經(jīng)驗來自于大量的試驗資料分析，對于泵送混凝土來說，實現(xiàn)規(guī)定的流動性不是混凝土設(shè)計的全部，甚至不是最重要的問題，使用最小的水泥用量、最優(yōu)砂率、最小用水量來實現(xiàn)規(guī)定的強度和流動性才是混凝土設(shè)計的主要問題。本地區(qū)混凝土的水泥用量明顯大于先進地區(qū)，這是本地區(qū)混凝土生產(chǎn)水平落后的重要表現(xiàn)。這種落后的原因:a.生產(chǎn)過程中的控制水平低下，設(shè)計人員以增加水泥用量的笨辦法來防止出現(xiàn)強度事故;b.混凝土設(shè)計能力的低下，混凝土設(shè)計僅僅滿足于單純實現(xiàn)強度和流動性要求，長此以往，設(shè)計能力不可能得到提高。外加劑的使用對混凝土收縮性能有著直接的影響，廠家應(yīng)當對各種外加劑在不同的混凝土設(shè)計中的體積穩(wěn)定性進行測定。一方面這是一種防止出現(xiàn)過大混凝土收縮的必要監(jiān)控手段，另一方面，長期的資料積累也是外加劑選擇和使用的基本依據(jù)。混凝土運輸過程出現(xiàn)坍落度損失時應(yīng)有必要的解決措施，這些措施應(yīng)當作為廠家質(zhì)量控制的規(guī)定內(nèi)容。必須堅決杜絕超出混凝土設(shè)計范圍的中途添加水和外加劑的現(xiàn)象。因為這種做法會使混凝土組分失控，進而發(fā)生大的質(zhì)量事故。

3)各方的監(jiān)督和見證。商品混凝土工作性的出廠檢查和進場檢查的內(nèi)容和程序應(yīng)當在事前做明確規(guī)定，進場取樣按照見證取樣的規(guī)定嚴格實施。混凝土的工作性檢查目前僅限于坍落度數(shù)字記錄，這是不夠的，還應(yīng)當對混凝土的保水性，是否出現(xiàn)泌水、離析現(xiàn)象以及混凝土振搗的難易程度進行目測檢查記錄，并就這些現(xiàn)象事先規(guī)定退貨標準。監(jiān)理方作為見證、監(jiān)督的第三方，應(yīng)該對混凝土生產(chǎn)、運輸和施工的整個過程制定關(guān)鍵節(jié)點的控制措施，擁有否決權(quán)并作出獨立的監(jiān)督記錄。

4 結(jié)語

預(yù)拌混凝土、泵送混凝土的推廣使用都會帶來混凝土收縮裂縫的增加，這種情況在各地都出現(xiàn)過，針對出現(xiàn)的問題采取綜合的控制措施能使這一問題得到很大程度的改善，這已經(jīng)被先進地區(qū)的經(jīng)驗證實了。結(jié)合各地的實際情況，有針對性的采取措施，是各地區(qū)工程界必須面對的問題。大量的混凝土裂縫出現(xiàn)不應(yīng)該成為一種長期的現(xiàn)象。

［1］劉景剛.簡述混凝土裂縫的成因與防治措施［J］.山西建筑，2010，36(10):152-153.