混凝土構件的裂縫與防治

馮翔飛

【摘要】混凝土構件裂縫是固體材料中某種不連續(xù)的現(xiàn)象。幾乎在所有的工程中，我們都或多或少地發(fā)現(xiàn)了裂縫的存在?；炷亮芽p的產生，一方面是其本身所固有的一種特性，混凝土水泥石水化過程的塑性收縮是開裂很大原因。另一方面，隨著現(xiàn)代砼業(yè)的發(fā)展，商品混凝土被廣泛應用，其組成復雜，材料波動大，且普遍采用摻合料和外加劑，使砼具有較大的收縮變形；而對利益的最大追求，使有些建設單位在建筑構造設計上往往偷工減料；對施工進度的追求，則使某些施工單位往往不重視規(guī)范對施工養(yǎng)護等方面的嚴格規(guī)定；這些都是造成砼構件裂縫大量出現(xiàn)的重要原因?；诖藳r，本文提出混凝土構件裂縫的防治應從結構設計、材料選用、施工過程、及時修復這四個方面根據(jù)實況，分析對待，把它們作為一個系統(tǒng)過程進行綜合控制。對待裂縫既不必談虎色變亦不可坐視不理，理性對待方可取得良好的效果。

【關鍵詞】結構設計；配比優(yōu)化；施工過程；材料選用；系統(tǒng)過程

1、引言

隨著這些年房地產的發(fā)展，也極大地帶動了商品混凝土的發(fā)展。混凝土行業(yè)是一種需要大量消耗社會資源的行業(yè)。然而組成混凝土必要的材料卻是有限的，當優(yōu)質混凝土組成材料被消耗的越來越少時，替代材料便出現(xiàn)了，像杭州市已基本無天然砂可用，一般的都用機制砂。甚至于某些劣質材料也充斥其中。同時由于有些建設單位過于追求利益，把施工工期定得特別緊，使許多施工單位忽視了商品混凝土是一種半成品這個概念，缺乏對施工中的控制力度以及施工后的養(yǎng)護控制，導致混凝土的結構裂縫有增無減的現(xiàn)狀。加之某些設計單位對于混凝土專業(yè)知識的缺乏性，使其往往對施工企業(yè)產生錯誤的引導。比如我國國標早已把抗?jié)B混凝土達0.8Mpa的混凝土代號改為P8，但現(xiàn)在還是有許多設計單位把代號寫為S8，S8是老規(guī)范，P8才是新標準。同時對于混凝土配比中的水泥用量及水灰比限定也是生搬硬套，完全忽略了現(xiàn)代混凝土的發(fā)展，與時代脫節(jié)。本文擬在商品混凝土生產企業(yè)、施工單位以及設計單位各自所扮演的角色中找出各自對混凝土構件裂縫防治中所起的作用與所應承擔的責任。試圖在眾說紛云的混凝土構件的裂縫這一課題上找出一些有利于控制裂縫的有效辦法，使我們能夠花較小的代價獲得較高的社會效益。

2、混凝土構件裂縫類型與成因以及控制途徑

混凝土結構耐久性良好，造價低廉，易于施工，維修便捷，在工業(yè)與民用建筑中一直廣泛應用。近年來，為了應對資源、環(huán)境、性能、造價以及施工等方面不斷提高的要求，現(xiàn)代混凝土正向高強度、高性能、綠色混凝土方向發(fā)展。使混凝土在原材料制備和選擇，配比組成上都產生了巨大的變化。組成材料上，水泥的強度等級要求越來越高，細度越來越細，可供選擇的骨料越來越缺乏，礦物摻合料、外加劑被廣泛應用。配比組成上，由于大方量的混凝土普遍采用泵送的方式進行施工，使膠凝材料用量在增加，細骨料用量也在增加，而這些在生產上必要的措施，卻在一定程度上加劇了混凝土的塑性收縮，使混凝土的裂縫控制更為艱難。

2.1混凝土構件裂縫的類型與成因

2.1.1荷載裂縫

是由于混凝土構件受到外荷載的作用，導致混凝土內部產生的拉應力超過混凝土的極限抗拉強度，而使混凝土產生的裂縫。

2.1.2非荷載裂縫

研究表明，80%以上的混凝土構件產生的裂縫與非荷載有關，是由于混凝土變形變化為主所引起的。但混凝土非荷載變形并不必然導致混凝土結構裂縫的產生，裂縫的產生與非荷載變形的不均勻性以及變形所受到的約束程度有關，約束分為內約束和外約束。無論內約束或者外約束，變形不協(xié)調或變形受到約束都將導致拉應力產生。在拉應力作用下，混凝土中會產生大量的“微觀裂縫”或者“微觀裂縫”將不斷發(fā)展為“宏觀裂縫”，即非荷載裂縫。非荷載裂縫又可分為：塑性塌落裂縫、塑性收縮裂縫、干燥收縮裂縫和自收縮裂縫、溫度變形裂縫、沉降裂縫、凍融裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、化學反應膨脹裂縫。

2.2混凝土構件裂縫的控制途徑

2.2.1混凝土構件非荷載變形的控制思路

以控制混凝土非荷載變形的大小及其增長速度，減小混凝土受約束程度，提高混凝土抗拉強度或極限應變。

2.2.2混凝土構件控制應遵循的兩個基本原則

“抗”、“放”結合原則，綜合控制原則。

2.2.3混凝土構件裂縫控制應把握的三個環(huán)節(jié)

材料控制環(huán)節(jié)、設計構造環(huán)節(jié)、施工控制環(huán)節(jié)。

3、混凝土材料組分及混凝土配比對收縮裂縫的影響。

影響混凝土收縮的內在原因是指混凝土的組成材料和配比參數(shù)對其收縮性能的影響。包括水泥品種、水泥用量、單位用水量、水灰比、礦物摻和料種類和數(shù)量、化學外加劑、骨料種類和體積含量、砂率等。

3.1塑性收縮和塑性裂縫形成機理

混凝土表面水分蒸發(fā)速度高于泌水速度，使混凝土表面水泥顆粒之間形成凹液面，產生毛細管張力，導致混凝土塑性收縮。

3.2水泥品種對混凝土收縮裂縫的影響

細度細的水泥保水性能更好，混凝土泌水率不足，且混凝土表層凹液面曲線半徑小，失水時毛細管張力大，更易開裂，含堿量高的水泥也更容易開裂，所以我們盡量選用含堿量低的水泥，有利于控制混凝土的收縮裂縫。

3.3水灰比對混凝土收縮裂縫的影響

水泥用量一定時，一定范圍內增大水灰比，混凝土的累計泌水量增大，有利于減少塑性收縮，提高混凝土的抗裂性能。經有關人員研究表明，水灰比0.5---0.6對混凝土抗裂性能最有利，但是混凝土的水灰比還受到強度等級的影響，有時為了滿足強度等級的要求我們不得不把水灰比設置在0.5---0.6這個區(qū)域之外。

3.4骨料體積的含量對混凝土收縮裂縫的影響

當混凝土中骨料體積的含量為68%時，對于混凝土構件減少收縮裂縫最為有效。68%的體積含量是一個臨界值，大于68%體積含量以后，減縮效果就不明顯了。

3.5化學外加劑對于混凝土收縮裂縫的影響

一般來說我們所說的外加劑是指高效減水外加劑或高效緩凝減水外加劑，這類外加劑普遍的性能是減少混凝土單方用水量來提高混凝土的強度，或者是在用水量不變的情況下來提高混凝土的坍落度，以滿足商品混凝土的泵送性能和施工性能。但是這類外加劑總的來說使用后會產生比不用外加劑大的多的收縮應變，所以我們發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代混凝土比過去傳統(tǒng)混凝土更容易開裂，外加劑的使用是一個很大的原因。但是現(xiàn)代混凝土又離不開外加劑的使用。那么如何解決這個問題呢？在外加劑中摻入適量的引氣劑，由于混凝土中產生均勻的封閉的小氣泡的膨脹作用能夠抵消部分收縮，同時提高混凝土的和易性能和均質性，因此混凝土的抗裂性能有所提高。

3.6砂率和砂的細度模數(shù)

為減少混凝土的收縮裂縫，盡可能地減少砂率和選用細度模數(shù)適中的細骨料能顯著地減少混凝土的收縮裂縫。

3.7組成材料中礦物摻和料對混凝土塑性收縮的影響

粉煤灰Ⅰ級在最佳摻量在20—30%，Ⅱ級粉煤灰最佳參量在15—20%，S95級礦粉最佳替代率應小于30%，粉煤灰的抗裂效果要優(yōu)于礦粉，礦粉基本不能減少混凝土的塑性收縮，當兩種在同時摻和時，能產生良好的互補效應，對混凝土的收縮裂縫有一定的好處。

4、設計構造對混凝土構件裂縫的影響的及控制技術。

我們說混凝土的質量是一個綜合的系統(tǒng)的控制過程。從原材料的收購、配合比的確定，然后是生產混凝土，到最后送到工地進行施工、養(yǎng)護，其中任何一個環(huán)節(jié)出了問題，都將使混凝土的質量打上折扣。那么對于混凝土裂縫這個業(yè)界最頭痛的問題，除了以上工序外，采用合理的設計構造無疑能從很大程度上減輕混凝土裂縫產生的概率。下面我們就設計構造來談談這方面的問題。

4.1裂縫控制的設計構造原則：“抗”與“放”原則

4.1.1抗的原則

通常體現(xiàn)在對混凝土構件適當增加配筋 ，增強混凝土結構的極限拉伸，從而抵抗混凝土干縮和溫度變形。

4.1.2放的原則

通常體現(xiàn)在留設變形縫上?？砂戳艨p時間的長短加以區(qū)分?；炷两Y構施工期間和建成永久保留的縫，稱為“收縮縫”，收縮縫可以同時釋放掉混凝土結構的干縮和溫度變形；若僅在施工期間保留的臨時性變形縫稱為“后澆帶”。

4.2 裂縫控制通常使用的設計構造措施

4.2.1結構平面布置

建筑的平面宜規(guī)則，避免平面形狀突變；對于連續(xù)長度較長的外墻，建筑上可考慮設置大的落地門窗和八角窗以減小墻部處溫差應力，避免樓板切角裂縫產生；當房屋長度大于60米的時候，可在墻中部設置收縮后澆帶等。

4.2.2混凝土構件厚度的確定

根據(jù)專家的研究顯示，現(xiàn)澆樓板厚度一般不宜小于100mm。樓板厚度越薄，水力半徑倒數(shù)越大，相應產生的混凝土干縮應力亦越大。據(jù)工程設計經驗，厚度低于100mm的樓板的厚度，收縮裂縫很難控制。

4.2.3混凝土強度等級選用

現(xiàn)澆混凝土樓板強度等級不宜大于C30，宜選用C25，基礎樓板及地下室外墻混凝土強度等級不宜大于C35.強度等級越高的混凝土，小泥用量越大，產生收縮裂縫的可能性也越大。所以混凝土強度等級不是越高越好?；炷翗嫾叽缫膊皇窃叫≡胶?。

4.3配筋的設計

4.3.1適當提高配筋率。在滿足混凝土澆搗的情況下，減小鋼筋直徑，增加鋼筋的分布率能起到一定的防止混凝土開裂的作用。

4.3.2樓板雙向板負筋可按分離式配筋 ，在板面無負筋區(qū)宜配置雙向鋼筋網(wǎng)與負筋搭接，其配筋率不宜小于0.19%，鋼筋的直徑不宜小于￠6或￠6.5，鋼筋的間距不宜大于200mm.

4.3.3為減小樓板角部開裂的可能性，雙向板周邊支座為墻、梁、圈梁時，支座彎矩宜按4邊嵌固板計算，負彎矩鋼筋按計算配筋，正彎矩鋼筋應將彎矩增大1.2---1.5倍配筋。

4.3.4現(xiàn)澆剪力墻結構中的墻體分布力宜雙排布置。

4.3.5在房屋層面陽角及陰角處較大板塊的4角部位上、下、側，宜增設直徑與原面筋相同的雙層雙向@100鋼筋等。

4.4管線與洞口布置

4.4.1樓板中管線必須布置在鋼筋網(wǎng)片之上，交叉布線處可采用線盒，線管不宜立體交叉穿越。

4.4.2梁腰上的孔洞宜做成圓形，且盡可能布置在拉力和剪力較小處（梁跨中的2∕3范圍內，梁高中間的1∕3范圍內）

4.4.3為防止剪力墻小洞口出現(xiàn)角裂，應沿洞口周邊進行水平和縱向筋補強，并加配斜筋。

5、混凝土構件裂縫的施工控制。

建筑施工時以按預先設定的材料組成、結構形式和構造方式形成構筑物的過程?；炷翗嫾芽p控制的材料措施、設計和構件措施能否發(fā)揮作用，完全取決于精心、規(guī)范、合理的施工組織和操作?；炷亮芽p施工控制又可分為：施工操作控制和混凝土的養(yǎng)護控制。

5.1施工操作控制

為了避免混凝土早期微觀缺陷產生的原因及其危害，按有關經驗，施工過程中的裂縫控制，按工種可分為：混凝土工程、模板工程與構造工程和施工管理

5.1.1混凝土工程的控制主要分為：

a、混凝土進場控制，要保證混凝土配比坍落度不發(fā)生大的波動，并確?；炷翝仓缶哂辛己玫木|性，混凝土進場時應嚴格把關，按規(guī)定取樣檢測；

b、混凝土澆筑的控制，混凝土澆筑的環(huán)境、次序、出料高度等都要按規(guī)定進行；

c、混凝土的振搗控制，漏振與過振都將使混凝土出現(xiàn)質量問題；

d、抹壓與養(yǎng)護操作，混凝土的2次抹壓非常重要，能消除許多早期出現(xiàn)的塑性裂縫，有必要的地方甚至要經3次抹壓?；炷两K凝后應立即進入養(yǎng)護階段，這對于降低混凝土的早期塑性裂縫非常重要。

5.1.2模板工程對混凝土構件整體裂縫產生不可小看的作用：

A、 混凝土處于塑性階段或強度不足時，混凝土的自重完全靠模板的支撐。模板材料的強度應滿足一定要求，模板和支架設計必須進行強度計算，確保能夠承受混凝土自重以及施工過程可能產生的荷載作用，否則混凝土將受到荷載作用，容量形成局部微缺陷或裂紋，模板吸水性大或表面凹凸不平時，會限制混凝土均勻下澆，或造成部分混凝土很快失去流動性，導致塑性階段裂縫產生；

B、支模必須保證所有模板牢固連接，精確空位，并置于堅實的地面之上，有效發(fā)揮承受荷載，抵抗變形的作用；

C、混凝土模板拆除后，混凝土將完全依靠拆模時具有的強度承受自身重量，施工過程中可能產生動、靜荷載以及約束收縮應力，應此，混凝土拆模時，強度必須達到設計要求。

5.1.3構造工程是為了確保裂縫構造措施能按設計方案得以精確實施

在整個施工過程中不產生偏差，包括構造鋼筋布置、錨固長度規(guī)定、構造縫以及后澆帶的設置等，這些措施都能很好地減少裂縫發(fā)生的概率。

5.1.4施工管理是施工操作控制得以實現(xiàn)的關鍵

為保證達到預期效果，施工之前必須對整個工程中采用的裂縫施工控制措施有全面的了解，并制定周密的實施方案，確定關鍵環(huán)節(jié)。所有措施必須進行詳細的技術交底，并指派專人進行專項負責。整個施工過程要進行連續(xù)監(jiān)督，并根據(jù)工程進展實際情況作出及時調整。

5.2 混凝土的養(yǎng)護對于混凝土構件裂縫的影響

養(yǎng)護是控制收縮裂縫最有效的方法之一。有試驗證明混凝土的收縮裂縫一般最早出現(xiàn)在初凝與終凝之間，如果這時立即覆蓋薄膜進行養(yǎng)護，將有效減少混凝土裂縫的產生與發(fā)展。傳統(tǒng)的養(yǎng)護方法還有灑水噴霧、濕草墊覆蓋等，但這些方法都不適合于復雜的混凝土結構，而且傳統(tǒng)方法費工費時，由于進度的要求以及施工的影響，在許多工程中受到很多限制。因此，許多國家開始采用養(yǎng)護劑養(yǎng)護技術。養(yǎng)護劑又稱混凝土表面保水劑，是一種噴涂或涂刷于混凝土表面，能在混凝土表面形成一層連續(xù)不透明的密實養(yǎng)護模的乳液或高分子溶液。

6、混凝土構件裂縫的“治”（及時修復）

采用合理的材料、優(yōu)化的配比，設計構造和施工措施，都是控制混凝土裂縫必要的手段。但是實際上，由于混凝土本身材料特性以及多種因素的復雜影響，混凝土構件的裂紋是不可能被完全消除的 。裂縫一旦產生，往后還會隨著后期結構承載情況及環(huán)境因素的變化，持續(xù)運動和發(fā)展，表現(xiàn)為裂縫數(shù)量不斷增多，裂縫寬度與深度不斷加大，這樣就造成結構安全的隱患，而且對建筑物長期的耐久性以及正常使用功能造成嚴重的危害。所以，混凝土結構裂縫達到肉眼可視寬度時，一般必須進行及時修復，以確保建筑物安全性，長期耐久性及正常使用功能，并有助于消除使用者不安心理。

6.1混凝土構件修復方法可分為：表面處理法、填充法、灌漿法、結構補強法

6.1.1表面處理法

包括表面涂抹法和表面貼補法。表面涂抹法師采用裂縫修補材料涂敷于裂縫表面，并使材料固化達到裂縫修補目的。

6.1.2填充法

是采用修補材料直接填充于裂縫之中，達到裂縫修復目的。

6.1.3灌漿法

是采用一定的施工設備，將專用灌漿材料注入混凝土裂縫，依靠灌漿材料的固化和黏結作用達到裂縫修補目的。

6.1.4結構補強法

因超荷載產生的裂縫，裂縫長時間不處理會導致混凝土耐久性的降低，火災造成的裂縫等影響結構強度的裂縫可采取結構補強法，錨固補強法，預應力法等。構件結構補強法的基本要求是不但能有效修復混凝土構件裂縫，同時恢復構件的承載能力。

6.2混凝土構件裂縫修補材料

主要有聚合物小泥砂漿修補材料，聚合物砂漿修補材料，纖維復合修補材料、環(huán)氧樹脂化學灌漿材料，甲基丙烯酸酯類化學灌漿材料、膠黏劑等。

7、總結

在現(xiàn)實的工作中，我們經?？吹绞┕挝?、建設單位因為混凝土開裂問題而把責任全部推卸給商品混凝土生產企業(yè)。說以前我用自己拌的混凝土從來都不會這樣開裂，怎么用你們的配比就這么會開裂，一定是配比不行，你們的商品混凝土公司要負全部的責任。而商品混凝土公司當然不會承認開裂一定是自己的錯，提出了種種理由，于是雙方爭執(zhí)不下，甚至會上法院去最終評判。本人就碰到過這樣的問題，最后商品混凝土由于試塊強度合格以及其他各方面均符合要求，法院判商品混凝土公司勝。那么我們究竟應該如何看待這個問題呢？首先，我們應該肯定混凝土材料的好壞對于混凝土抗裂性能是起較大作用的，比如說我們應該用中砂2.5---2.7的細度模數(shù)，用連續(xù)粒級的粗骨料，盡量選用I級粉煤灰，外加劑與所用水泥應有良好的適應性。當這些材料具備時，我們應該做一次配比的優(yōu)化試驗，試驗表明，骨料體積應占混凝土體積的68%以上，粉煤灰最佳摻重為15---20%，最佳水灰比應在0.5---0.6之間。當這些條件都具備時我們應該看看施工單位在具體施工時有無問題，包括混凝土的澆筑、振搗、以及三次抹壓的程序等，最后就是混凝土的早期養(yǎng)護，其中，任何一個環(huán)節(jié)出錯都不行。當施工過程中的漏洞被排除后，我們還可以研究一下設計上是否合理。當然，即使是上面三個環(huán)節(jié)我們都做得非常好，也沒有人能保證混凝土就肯定不裂縫了。由于干燥收縮是混凝土的一個基本特性，那么收縮裂縫也是混凝土很難避免的一個問題，我們的工作是盡量減少混凝土構件裂縫的數(shù)量與密度，并使其在對結構而毫無安全隱患范圍之內。哪怕構件有了裂縫也在情理之中，我們不應該要恐慌，而應該仔細分析原因，針對裂縫的實際情況，采取合理的修補措施，以消除安全隱患，提高混凝土長期耐久性?；炷翗嫾芽p的產生與混凝土材料、混凝土的配比情況，混凝土結構的設計構造以及施工養(yǎng)護過程都密切相關。采取單一的裂縫控制措施不可能獲得良好的裂縫控制效果。裂縫的控制必須采取綜合措施，實現(xiàn)全過程的協(xié)調和控制。所以說，混凝土構件的裂縫防治是一個系統(tǒng)的工程，并且還有待于我們不斷地研究與創(chuàng)新。

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