建筑工程混凝土裂縫的控制途徑

賀小才

摘要：由于混凝土中出現(xiàn)裂縫是一種常見的現(xiàn)象，常因混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫造成工程質(zhì)量問題。因此，對于建筑工程來說，設(shè)計是前提，材料是基礎(chǔ)，施工環(huán)節(jié)是重要的保證。只要注重遵守規(guī)范，依據(jù)工程實際要求，加強對水灰配合比及選擇水泥、骨料、外加劑、摻合料等的全面管理，嚴(yán)格按照施工工藝施工，商品混凝土質(zhì)量問題必將得到解決。

關(guān)鍵詞：混凝土；結(jié)構(gòu)裂縫；途徑

建筑工程的實踐表明，混凝土結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的裂縫是結(jié)構(gòu)物承載能力、耐久性及防水性等降低的主要原因。因此，分析混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因并找到控制裂縫產(chǎn)生的方法對于保證建筑物使用的可靠度和長期的耐久性具有重要的意義。

1.混凝土裂縫的類別及成因

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因是多方面的，下面分別討論幾種常見裂縫的成因：

1.1外荷載引起的裂縫

結(jié)構(gòu)物在實際使用過程中承受各種外荷載的作用，在一定條件下會使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生裂縫。

1.2溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì).當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束。則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。溫度裂縫區(qū)別其它裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴張或合攏。引起溫度變化主要因素有：（1）水化熱現(xiàn)象。致使內(nèi)部溫度很高，內(nèi)外溫差太大，致使表面出現(xiàn)裂縫。（2）日照。受太陽曝曬的混凝土結(jié)構(gòu)面溫度明顯高于其它部位。（3）驟然降溫。日照和驟然降溫是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)溫度裂縫的最常見原因。（4）蒸汽養(yǎng)護或冬季施工時施工措施不當(dāng)，混凝土驟冷驟熱，內(nèi)外溫度不均，易出現(xiàn)裂縫。（5）混凝土支座預(yù)埋鋼板焊接時，若焊接措施不當(dāng)，鐵件附近混凝土容易燒傷開裂。

1.3收縮引起的裂縫

混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中，塑性收縮和干縮是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因，另外還有自生收縮和碳化收縮。

1.4地基礎(chǔ)變形引起的裂縫

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。基礎(chǔ)不均勻沉降的主要原因有：（1）地質(zhì)勘察精度不夠、試驗資料不準(zhǔn)。沒有充分掌握地質(zhì)情況就設(shè)計、施工。這是造成地基不均勻沉降的主要原因。（2）分期建造的基礎(chǔ)。在原有建筑物基礎(chǔ)附近新建建筑物時，新建建筑物荷載或基礎(chǔ)處理時引起地基土重新固結(jié)，均可能對原有基礎(chǔ)造成較大沉降。（3）地基凍脹。在低于零度的條件下含水率較高的地基土因冰凍膨脹；一旦溫度回升，凍土融化，地基下沉。因此地基的冰凍或融化均可造成不均勻沉降。（4）建筑物建成以后，原有地基條件變化。大多數(shù)天然地基和人 地基浸水后.尤其是素填土、黃土、膨脹土等特殊地基土，土體強度遇水下降.壓縮變形加大。在軟土地基中，因人工抽水或干旱季節(jié)導(dǎo)致地下水位下降，地基土層重新固結(jié)下沉.同時對基礎(chǔ)的上浮力減小.負(fù)摩阻力增加，基礎(chǔ)受荷加大，使用期間原有地基條件變化均可能造成不均勻沉降。

1.5鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低。或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氧化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2～4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力.導(dǎo)致保護層混凝土開裂、剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕，使得鋼筋有效斷面面積減小，鋼筋與混凝土握裹力削弱，結(jié)構(gòu)承載力下降，并將誘發(fā)其它形式的裂縫，加劇鋼筋銹蝕，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。

要防止鋼筋銹蝕，設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度、采用足夠的保護層厚度（當(dāng)然保護層亦不能太厚，否則構(gòu)件有效高度減小，受力時將加大裂縫寬度）；施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比，加強振搗，保證混凝土的密實性，防止氧氣侵入，同時嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量.沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強的空氣、地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。

1.6其它原因引起的裂縫

1.6.1凍脹引起的裂縫

大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土 現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時混凝土凝膠孑L中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導(dǎo)致裂縫m現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)蕈，成齡后混凝土強度損失可達3O一5O% 。

1.6.2施工材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

2.混凝土裂縫的預(yù)防途徑

2.1優(yōu)化設(shè)計

（1）合理確定混凝土的強度等級。水泥用量越大，含水率越高，坍落度越大，收縮越大。（2）適當(dāng)?shù)丶訌姌?gòu)造配筋，合理地選用鋼筋直徑和間距。在溫度不太高及應(yīng)力低于屈服極限的條件下，鋼筋的各項性能是穩(wěn)定的。鋼筋的線脹系數(shù)與混凝土線脹系數(shù)相差很小，在溫度變化時兩者間只發(fā)生很小的內(nèi)應(yīng)力。由于鋼筋的彈性模量為混凝土彈性模量的7～l5倍，當(dāng)混凝土應(yīng)力達到抗拉強度而開裂時，鋼筋的應(yīng)力將不超過100～200 N/mm。因此，在混凝土中想要利用鋼筋來阻止細(xì)小裂縫的出現(xiàn)很困難。但加筋后結(jié)構(gòu)內(nèi)的裂縫一般就變得數(shù)目多，間距小，寬度與深度較小了。故選用直徑細(xì)而間距密的配筋方案，能較好的提高混凝土的抗裂性。（3）確定裂縫的控制寬度。確定各種混凝土的允許裂縫寬度后，根據(jù)其裂縫寬度要求進行設(shè)計，也是控制混凝土裂縫的有效措施之一。（4）降低結(jié)構(gòu)約束，做好抗與放的良好結(jié)合，包括設(shè)置后澆帶、施工縫及滑動層等。

2.2提高材料性能

在材料方面，水泥、骨料、外加劑、摻合料和配合比等因素的變化都會影響商品混凝土質(zhì)量，因而有必要結(jié)合商品混凝土的特性給出相應(yīng)的解決方案。①控制水灰比：商品混凝土的生產(chǎn)特點就是水灰比偏高，因此質(zhì)量控制首先是降低水灰比，使水灰比不大于0.7，辦法是采用減水劑或加入粉煤灰。為了避免離析和方便泵送混凝土，還可以考慮使用流態(tài)混凝土。②選擇水泥：水泥是商品混凝土的重要組分，混凝土的強度主要決定于水泥的強度及其與骨料表面的粘結(jié)強度。混凝土收縮很大部分來源于水泥的收縮。因此，商品混凝土的水泥用量不宜超過550 kg/m ，且要根據(jù)不同的使用要求來選擇不同的水泥。例如容易產(chǎn)生溫差裂縫的大體積混凝土就不適合使用硅酸鹽水泥；而保水性能好的水泥可使混凝土中的孔分布比較均勻。③外加劑、摻合料的影響：商品混凝土中經(jīng)常摻加塑化劑、高效減水劑及礦物質(zhì)摻料，用以保證商品混凝土的工藝要求。加入外加劑可以減小混凝土的用水量，同時提高混凝土的前期和后期強度。但是摻加過量會加大混凝土收縮率，使混凝土產(chǎn)生裂縫機會增大，特別是超細(xì)礦物質(zhì)摻料。因此，對于經(jīng)常使用的粉煤灰，要根據(jù)實際工程要求來確定品質(zhì)和摻人方式，重要工程可以考慮使用I級粉煤灰，注意加強粉煤灰質(zhì)量的抽查。

2.3科學(xué)組織施工方式

與現(xiàn)場攪拌的混凝土相比，商品混凝土坍落度大，用水量和水泥量多，砂率大，凝結(jié)時間長，如果在施工過程中不注意這些特點，很容易出現(xiàn)一些新的質(zhì)量問題。如：（1）控制混凝土坍落度及水灰比。水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25% 左右。（2）做好保溫保濕養(yǎng)護的技術(shù)措施。① 拌合混凝土前用水將碎石冷卻，以降低混凝土的入模溫度；②熱天澆筑混凝土?xí)r減小澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；③ 大體積混凝土施工時，可在混凝土中埋設(shè)水管，通人冷水降溫；④ 規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度突變；⑤施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu)，在寒冷季節(jié)采用保溫措施。（3）允分、合理的振搗。商品混凝土的高水灰比及加入粉煤灰等外加劑，使得商品混凝土易于振搗，容易形成薄弱層。因此施工中應(yīng)避免過振，要掌握好振搗時間，要及時排除澆筑過程中的泌水；初凝前完成抹平工作，終凝前完成壓光工作，此后進行覆蓋和濕養(yǎng)護。（4）合理選擇外加劑，做好混凝土的配合比。① 混凝土中加入適量膨脹劑，使其在硬化過程中體積膨脹，內(nèi)部產(chǎn)生壓力，以補償各類收縮變形，抵消或抵消部分相應(yīng)的拉應(yīng)力，從而提高混凝土的抗裂性；② 用粉煤灰、礦渣等活性材料代替部分的水泥，對于提高混凝土的抗裂性能也有很大的好處。（5）養(yǎng)護：養(yǎng)護之目的是使水泥充分水化，加速商品混凝土硬化；防止商品混凝土因氣候等自然條件而出現(xiàn)不正常的裂紋現(xiàn)象。有抗?jié)B要求、使用緩凝劑、粉煤灰水泥的混凝土及補償收縮混凝土，保養(yǎng)期不應(yīng)少于14 d。同時只有強度達到1.2N/mm2 才能安裝模板及支架。尤其商品混凝土水灰比高，收縮率較大，更需要養(yǎng)護。

總之，建筑物從建成到使用，牽涉到設(shè)計、施工、監(jiān)理、運行管理等各個方面。設(shè)計疏漏、施工低劣、監(jiān)理不力等均可能使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。因此在建筑物整個建設(shè)過程中應(yīng)嚴(yán)格按照國家有關(guān)規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計、施工和監(jiān)理，保證結(jié)構(gòu)安全耐用 。在運行管理過程中，進一步加強巡查和管理，及時發(fā)現(xiàn)、及時處理問題。