鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的危害分析與控制

邢志

摘要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在我國是一種應(yīng)用廣泛的建筑結(jié)構(gòu)形式。本文所探討的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是指在鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)尚未達(dá)到規(guī)定的受荷強(qiáng)度前，由于承受了較大的荷載而引起的裂縫，這種裂縫在當(dāng)今建筑施工工程中出現(xiàn)頻率較高，并不為人們所重視，但對結(jié)構(gòu)卻有一定的潛在破壞作用，探討鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的起因，發(fā)展以及提前承受荷載對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的危害，以引起現(xiàn)場施工人員的注意。

關(guān)鍵詞：混凝土裂縫；擴(kuò)展；斷裂；危害

1混凝土構(gòu)件提前承受荷載的幾種人為因素

在一項建筑工程的施工中，往往受很多人為因素的影響，這就使混凝土構(gòu)件往往提前承受荷載。

首先沒有一套優(yōu)秀的施工組織設(shè)計方案，往往造成施工工序混亂，沒有合理的施工程序，就會加大鋼筋混凝土構(gòu)件在沒有達(dá)到設(shè)計要求就承受荷載的幾率。

其次單純地追求施工進(jìn)度也是構(gòu)件提前承受荷載的一個重要因素。在工程項目建設(shè)中開發(fā)商和施工方都想盡快得到經(jīng)濟(jì)效益回報。對開發(fā)商來說，早一天完工，早一天獲得經(jīng)濟(jì)效益。對施工方來說，很多施工機(jī)械是租來的，人員是雇用的，多一天多付一天工錢。故不考慮雨天、冬季等自然因素的影響而一味地要求加快工期。

再次提前拆模對于鋼筋混凝土構(gòu)件提前承受荷載也有很大的影響。在施工現(xiàn)場，有時為了加速模板的周轉(zhuǎn)、節(jié)約材料常常在鋼筋混凝土構(gòu)件尚未達(dá)到規(guī)定的拆模強(qiáng)度就提前拆模的現(xiàn)象，這樣更促使鋼筋砼構(gòu)件提前承受荷載，特別是承重模板，往往是造成鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫、破壞結(jié)構(gòu)的重要因素。

2提前承受荷載構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的起因與發(fā)展

2.1鋼筋混凝土微裂縫的起因

由于固體粒子的沉降作用，混凝上混合料在澆灌成型的過程中和在凝結(jié)以前，一般要發(fā)生不同程度的分層現(xiàn)象。粗大顆粒沉積于下部，多余的水份被擠上升或積聚在粗集料的下方形成水膜，致使混凝土的宏觀堆聚結(jié)構(gòu)不均勻。凝混土中的粗集料的下方往往還會發(fā)生內(nèi)分層見（圖1）。根據(jù)莫尚斯基的劃分，圖中區(qū)域1，即粗集料的下方稱為充水區(qū)域，含水量最大，水分蒸發(fā)后則形成孔穴，是混凝土中最薄弱的部分，常是混凝土滲水的主要通道和裂縫的發(fā)源地。

在混凝土中起膠結(jié)作用的是水泥石。水泥石和集料界面的粘結(jié)強(qiáng)度決定了裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展。水泥石和集料界面的粘結(jié)強(qiáng)度，往往是混凝土中的最薄弱環(huán)節(jié)，特別是在粗集料下側(cè)的孔穴部位，尤為薄弱。事實上，在承受荷載作用之前，混凝中往往存在著微裂縫。這是由于水泥石的收縮，在集料界面上產(chǎn)生了拉應(yīng)力和剪應(yīng)力，如果應(yīng)力超過了水泥石和集料的粘結(jié)強(qiáng)度，則生成細(xì)小裂縫。

可見，混凝土中微裂縫的存在是由于混凝土材料本身的性質(zhì)所造成的。

2.2混凝土裂縫的擴(kuò)展和斷裂

混凝土裂縫的擴(kuò)展和斷裂都是在荷載作用下進(jìn)行的。由（圖2）我們可以看出：除上述由于混凝土收縮引起的微裂縫以外，在荷載的作用下還會產(chǎn)生新的微裂縫。這些裂縫隨荷載的增加而發(fā)展擴(kuò)大，直至斷裂為止。加荷初期，出現(xiàn)一批微裂縫，隨荷載的增加，微裂縫的數(shù)目也劇增，正如（圖2）中穩(wěn)定裂縫引發(fā)階段所示的規(guī)律變化。隨著荷載的繼續(xù)增加，發(fā)生裂縫的擴(kuò)展。但是，如果保持應(yīng)力水平不變，則裂縫的擴(kuò)展也停止，這個階段稱為穩(wěn)定的裂縫擴(kuò)展階段。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定水平時（極限強(qiáng)度的70%-90%），在荷載不變的情況下，裂縫的擴(kuò)展也會自發(fā)進(jìn)行，這個階段稱為不穩(wěn)定的裂縫擴(kuò)展階段。這時不管荷載增加與否，均會導(dǎo)致混凝土的破壞。混凝土裂縫所處的階段完全取決于混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的應(yīng)力與該構(gòu)件混凝土的極限強(qiáng)度的比值。比值越大，裂縫的危險特征越大。在荷載作用下，混凝土的裂縫首先發(fā)生在水泥石和集料的界面上，最后發(fā)生在水泥石或砂漿基體內(nèi)和集料顆粒內(nèi)。

3提前承受荷載對混凝土結(jié)構(gòu)的危害

承前所述，顯然混凝土構(gòu)件提前進(jìn)入使用狀態(tài)，其極限強(qiáng)度必然低于設(shè)計的混凝土極限強(qiáng)度。此時，混凝土構(gòu)件中應(yīng)力與其極限強(qiáng)度的比值必然增大，這就意味著提前承受荷載將使構(gòu)件抵抗外荷載的能力大為削弱。由圖2可以看出，在任何應(yīng)力狀態(tài)下，加荷到極限荷載的40%-60%前，不致發(fā)生明顯的危險象征；加荷到極限荷載的70%-90%時，在荷載不變的情況下，裂縫也會自行擴(kuò)展。這樣，由于混凝土極限強(qiáng)度的降低，必然造成裂縫出現(xiàn)和發(fā)展的各階段的提前進(jìn)行。這就促成了構(gòu)件在低應(yīng)力條件下出現(xiàn)了不該出現(xiàn)的裂縫。盡管混凝土構(gòu)件的強(qiáng)度隨齡期的延長而增長，但是這些在早期引發(fā)和擴(kuò)展的裂縫卻永久地保留在混凝土構(gòu)件之中。這些裂縫在一定程度上削弱了構(gòu)件的截面抵抗能力，隨著荷載的增加及荷載長期作用，裂縫還會緩慢地發(fā)展。格雷菲斯的脆性斷裂理論認(rèn)為：在一定應(yīng)力狀態(tài)下，混凝土中裂縫達(dá)到臨界寬度后就處于不穩(wěn)定狀態(tài)，它會自行擴(kuò)展，以至斷裂。有些混凝土工程交付使用一階段后，又出現(xiàn)嚴(yán)重的裂縫，其原因就在于此處。

4如何防止提前承受荷載引起的裂縫

應(yīng)盡量避免讓鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在低強(qiáng)度下提前進(jìn)入工作狀態(tài)，施工中應(yīng)嚴(yán)格遵照施工規(guī)范進(jìn)行，保證混凝土強(qiáng)度在未達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度要求時，不承受荷載。特別是承重結(jié)構(gòu)的承重模板的拆除，務(wù)必在混凝土達(dá)到規(guī)定的拆模強(qiáng)度后進(jìn)行。這就要求施工技術(shù)管理人員要嚴(yán)格管理，才能保證結(jié)構(gòu)交付使用后能正常工作，才能全面提高工程質(zhì)量。具體措施如下：

（1）在建設(shè)工程開工之前，施工現(xiàn)場管理人員要做好施工組織設(shè)計方案并且督促其嚴(yán)格執(zhí)行。

（2）保證模板拆除時間，嚴(yán)格按照規(guī)范執(zhí)行?，F(xiàn)澆結(jié)構(gòu)的模板及其支架拆除使混凝土強(qiáng)度，應(yīng)符合設(shè)計要求；當(dāng)設(shè)計無具體要求時，應(yīng)符合下列規(guī)定：

側(cè)模，在混凝土強(qiáng)度能保證其表面及棱角不因拆除模板而受損壞后，方可拆除。

底模，在混凝土強(qiáng)度符合下表規(guī)定后，方可拆除現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)。

拆模時所需混凝土強(qiáng)度表（按設(shè)計的混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值得百分率%）

（3）已拆除模板及其支架的結(jié)構(gòu)，在混凝土強(qiáng)度符合設(shè)計混凝土強(qiáng)度等級的要求后，方可承受全部使用荷載；當(dāng)施工荷載所產(chǎn)生的效應(yīng)比使用荷載的效應(yīng)更為不利時，必須經(jīng)過核算，加設(shè)臨時支撐。