建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中現(xiàn)澆混凝土裂縫的控制

李思思

（中國(guó)建筑科學(xué)研究院深圳分院，深圳 518057）

國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展引起國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施如火如荼的進(jìn)行，公路、鐵路、航空、水路等各個(gè)領(lǐng)域都需要大量混凝土，混凝土材料已成為世界上用量最大且用途最為廣泛的工程材料之一。以我國(guó)為例，僅2010年中國(guó)混凝土消耗量為1.0×109t，而當(dāng)年世界混凝土產(chǎn)量為2.1×109t，幾乎是當(dāng)年世界產(chǎn)量的一半?；炷恋拇罅渴褂?，一方面加快材料、科技技術(shù)的快速發(fā)展，另一方面，由此帶來(lái)的相關(guān)問(wèn)題也層出不窮。其中，最普遍的問(wèn)題就是混凝土的裂縫控制問(wèn)題。對(duì)于現(xiàn)澆混凝土建筑結(jié)構(gòu)來(lái)講，裂縫的出現(xiàn)會(huì)帶來(lái)一系列問(wèn)題，主要表現(xiàn)為：裂縫的存在一方面減小建筑結(jié)構(gòu)的承載能力、耐久性以及結(jié)構(gòu)的整體防水性能，給建筑結(jié)構(gòu)的安全使用帶來(lái)一定程度的影響；同時(shí)影響結(jié)構(gòu)的外觀，弱化了結(jié)構(gòu)的整體美觀。混凝土的裂縫問(wèn)題早已成為國(guó)內(nèi)外廣大科研人員重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。

1 現(xiàn)澆混凝土裂縫形成的原因分析

根據(jù)大量科研成果以及實(shí)際工程中混凝土裂縫出現(xiàn)的原因分析，對(duì)于現(xiàn)澆混凝土來(lái)講，混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的原因主要有以下幾個(gè)方面。

1.1 荷載作用下形成的裂縫

混凝土構(gòu)件在荷載作用下引起的主拉應(yīng)力大于混凝土自身的抗拉強(qiáng)度或者主拉應(yīng)變超過(guò)其極限拉伸應(yīng)變后，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件受拉區(qū)出現(xiàn)裂縫。荷載作用下引起的裂縫的主要特點(diǎn)是：裂縫主要出現(xiàn)在構(gòu)件的受拉區(qū)域或者剪拉區(qū)域，且裂縫形狀多為楔形裂縫。對(duì)于受彎構(gòu)件，最大正、負(fù)彎矩處的裂縫基本上都為豎向裂縫；對(duì)于軸心受拉構(gòu)件，裂縫形式一般為貫穿整個(gè)截面的主裂縫。鋼筋混凝土構(gòu)件在荷載作用下常見(jiàn)的裂縫形狀如圖1～圖3所示。

1.2 溫度變化引起的裂縫

溫度變化引起的裂縫主要體現(xiàn)在2個(gè)方面：對(duì)于配筋率較大的鋼筋混凝土構(gòu)件，當(dāng)暴露在外界環(huán)境中時(shí)容易受到環(huán)境溫度變化的影響，這主要受季節(jié)變化、晝夜交替等因素的影響；對(duì)于大體積混凝土的澆筑，澆筑過(guò)程會(huì)明顯受到水化熱的影響，當(dāng)一次性澆筑量過(guò)大時(shí)，產(chǎn)生的大量水化熱不能有效的消耗，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件的內(nèi)、外表面溫度存在較大差異，從而導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)貫穿裂縫。

1.3 結(jié)構(gòu)不均勻沉降引起的裂縫

結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不均勻沉降后將導(dǎo)致混凝土構(gòu)件產(chǎn)生協(xié)同變形，導(dǎo)致構(gòu)件產(chǎn)生裂縫；同時(shí)，隨著不均勻沉降的進(jìn)一步增大或者不均勻性增強(qiáng)，裂縫會(huì)越來(lái)越大。

1.4 混凝土收縮變形引起的裂縫

通常情況下，混凝土收縮變形主要包括混凝土材料的塑形收縮，失水狀態(tài)下的干燥收縮以及碳化引起的收縮等。

1.5 內(nèi)部化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫（堿－骨料）

化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫主要指堿－骨料發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，主要包括2種：1種是堿與硅酸鹽骨料之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，另1種是堿與碳酸鹽骨料之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)。一般情況下控制這種裂縫的方法有以下幾個(gè)方面：控制混凝土骨料，盡可能地選擇非活性的骨料；控制水泥中堿的含量，或者添加一些有特殊性質(zhì)的添加劑。

2 混凝土開(kāi)裂的控制

通常情況下，混凝土構(gòu)件都是在帶裂縫狀態(tài)下進(jìn)行工作的，因此對(duì)于混凝土裂縫產(chǎn)生的類(lèi)型有必要進(jìn)行說(shuō)明。根據(jù)相關(guān)研究成果發(fā)現(xiàn)，裂縫最初發(fā)生在混凝土構(gòu)件的內(nèi)部，經(jīng)過(guò)進(jìn)一步發(fā)展在整個(gè)構(gòu)件內(nèi)形成一個(gè)微裂縫的網(wǎng)絡(luò)。因此，雖然表面上暫時(shí)發(fā)現(xiàn)不了裂縫的存在，但是實(shí)際上構(gòu)件內(nèi)部已經(jīng)產(chǎn)生了大量的裂縫。表1給出了混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的類(lèi)型。

表1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的類(lèi)型

3 現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的方法

對(duì)于現(xiàn)澆混凝土來(lái)講，裂縫控制的方法主要做到“防、放、抗”3方面相結(jié)合的原則，從建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇及配合比方面、施工水平、施工環(huán)境以及現(xiàn)場(chǎng)管理等方面進(jìn)行綜合考慮，嚴(yán)格執(zhí)行。

3.1 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面

在進(jìn)行建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格按照《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）等國(guó)家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行。除此之外，還應(yīng)根據(jù)《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50011—2010），結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)物所在地的抗震等級(jí)、場(chǎng)地使用條件、建筑物的使用功能、平面尺寸及相關(guān)規(guī)模，同時(shí)考慮建筑物所在地區(qū)的氣候條件、相關(guān)裝飾裝修要求等影響因素，采取一定的措施，最大程度控制混凝土收縮，避免因地基基礎(chǔ)等原因?qū)е禄炷脸霈F(xiàn)裂縫。結(jié)合大量的現(xiàn)澆混凝土施工經(jīng)驗(yàn)，由于現(xiàn)澆混凝土在施工期間所經(jīng)歷的溫度差異和環(huán)境差異變化較大，因此在施工中可以采取“先放再抗”的設(shè)計(jì)原則。在設(shè)計(jì)中可以通過(guò)減小結(jié)構(gòu)約束，通過(guò)合理設(shè)置后澆帶等措施減小裂縫的產(chǎn)生。其次，合理設(shè)計(jì)構(gòu)造鋼筋的布置形式，構(gòu)造鋼筋應(yīng)布置在受力主筋的外側(cè)，同時(shí)在混凝土中可以適當(dāng)添加一些用于改善混凝土抗裂性能的添加劑，提高現(xiàn)澆混凝土抵抗因溫差、環(huán)境改變引起的裂縫的能力。

3.2 混凝土材料和配合比方面

混凝土材料的選擇應(yīng)該嚴(yán)格按照國(guó)家相關(guān)行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行選擇。水泥的選擇方面，宜選擇硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或者礦渣硅酸鹽水泥。骨料的選擇方面，應(yīng)注意骨料的級(jí)配、質(zhì)量，具體的講，骨料應(yīng)選擇級(jí)配良好且干凈的中砂和級(jí)配良好且孔隙率較小的粗骨料，同時(shí)要注意骨料中其他雜質(zhì)的相對(duì)含量應(yīng)滿(mǎn)足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求。添加劑方面，對(duì)于常用的普通混凝土，應(yīng)盡可能采用普通減水劑或中效減水劑，而對(duì)于大體積混凝土，考慮到混凝土構(gòu)件的收縮變形較大且水化熱產(chǎn)生的溫差效應(yīng)引起的裂縫，應(yīng)選擇對(duì)混凝土收縮變形及水化熱影響較小的外加劑或者其它一些摻合料?；炷僚浜媳确矫?，應(yīng)嚴(yán)格按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》進(jìn)行執(zhí)行，結(jié)合建筑結(jié)構(gòu)中要求的強(qiáng)度等級(jí)、結(jié)構(gòu)耐久性、抗?jié)B等級(jí)以及工作性能等進(jìn)行具體的設(shè)計(jì)。

3.3 施工水平、環(huán)境及管理方面

選擇具有一定資質(zhì)的施工企業(yè)進(jìn)行現(xiàn)澆，確保現(xiàn)澆混凝土的施工質(zhì)量。密切注意現(xiàn)澆混凝土的施工季節(jié)，明確環(huán)境溫度、濕度等條件變化對(duì)現(xiàn)澆混凝土產(chǎn)生裂縫的影響，嚴(yán)格控制施工現(xiàn)場(chǎng)中混凝土的坍落度，避免因環(huán)境、溫度等變化對(duì)現(xiàn)澆混凝土產(chǎn)生不利的影響。

施工管理方面，應(yīng)該制定科學(xué)和嚴(yán)格的現(xiàn)澆混凝土裂縫控制標(biāo)準(zhǔn)及措施，同時(shí)，合理安排現(xiàn)澆混凝土的澆筑進(jìn)度，避免因混凝土施工安排不合理影響混凝土澆筑質(zhì)量。對(duì)混凝土澆筑中的各項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行嚴(yán)格監(jiān)督，確保施工質(zhì)量。

4 結(jié) 語(yǔ)

該文針對(duì)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中現(xiàn)澆混凝土出現(xiàn)裂縫的問(wèn)題，分析了實(shí)際工程中混凝土出現(xiàn)裂縫的原因及裂縫的類(lèi)型，重點(diǎn)從建筑結(jié)構(gòu)在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇及配合比方面、施工水平、施工環(huán)境以及現(xiàn)場(chǎng)管理等方面對(duì)現(xiàn)澆混凝土的裂縫控制方法進(jìn)行了分析，提出現(xiàn)澆混凝土裂縫控制的相關(guān)措施。

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