摘要：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制是建筑工程中很重要的問題之一。本文在系統(tǒng)分析了裂縫產(chǎn)生的原因及大量的工程實踐和現(xiàn)場實驗研究的基礎(chǔ)上，從抗與放的設(shè)計以及綜合技術(shù)措施兩方面，探討裂縫控制。
關(guān)鍵詞：徐變裂縫松弛收縮
一、裂縫產(chǎn)生的直接原因。
1、收縮及水化熱。自從70年代末(1978～1979年)我國混凝土施工工藝產(chǎn)生了巨大的進步—泵送商品混凝土工藝。從過去的干硬性，低流動性，現(xiàn)場攪拌混凝土轉(zhuǎn)向集中攪拌，大流動性泵送澆筑，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加，骨料粒徑減小，用水量增加等導(dǎo)致收縮及水化熱增加。2、混凝土強度等級日趨提高。建筑結(jié)構(gòu)混凝土強度等級日趨提高，但有許多結(jié)構(gòu)不適當(dāng)?shù)倪x擇了過高的強度等級。習(xí)慣上認為：“強度等級越高安全度越大”。有時為了施工方便，采用高強混凝土。這導(dǎo)致了水泥標號加大或用量增加，用水量增加，骨料粒徑偏小，砂率偏大等，這些都使水化熱及收縮率增加。3、結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力不斷增大。結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，超長超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)形式，采用現(xiàn)澆施工，這些非正常結(jié)構(gòu)形式有明顯的約束作用，對于各種變形必然引起較大的約束應(yīng)力。4、外加劑的負作用。只注重外加劑對強度指標的影響，缺乏對水化熱及收縮變形影響的研究，有些試驗資料并不嚴格，有許多外加劑會產(chǎn)生嚴重的收縮變形增加，有的甚至降低耐久性。5、忽略結(jié)構(gòu)約束。國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計中都經(jīng)常忽略構(gòu)造鋼筋的重要性，因而經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常忽略結(jié)構(gòu)約束性質(zhì)，不善于利用“抗與放”的設(shè)計原則，缺乏相應(yīng)的設(shè)計施工規(guī)范、規(guī)程。6、養(yǎng)護方法不當(dāng)。目前在混凝土施工中采用的養(yǎng)護方法基本沿用過去簡易的方法，這種方法已遠不適應(yīng)泵送混凝土及大體積混凝土的溫度收縮變形對養(yǎng)護條件的要求。7、混凝土抗拉強度不足。缺乏對混凝土配合比的科學(xué)研究導(dǎo)致的抗拉強度不足。
二、鋼筋混凝土承受變形應(yīng)力的特點。
1、“抗與放”設(shè)計。結(jié)構(gòu)承受的約束作用分內(nèi)約束(自約束)和外約束兩類。結(jié)構(gòu)的變形如果是完全自由的變形達到最大值，則內(nèi)應(yīng)力為零，也就不可能產(chǎn)生任何裂縫。如果變形受到約束，在全約束狀態(tài)下應(yīng)力達到最大值，而變形為零。在全約束與完全自由狀態(tài)的中間過程，即為彈性約束狀態(tài)，亦即自由變形分解成為約束變形和顯現(xiàn)變形(實際變形)。實際變形越大，約束應(yīng)力越??；實際變形越小，約束應(yīng)力越大，這種約束狀態(tài)與荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有著根本區(qū)別。
2、約束內(nèi)力與結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)系。外荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力只與荷載及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān)，但在變形作用條件下，結(jié)構(gòu)的約束內(nèi)力不僅與變形作用及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān)，尚與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，這是約束內(nèi)力與荷載內(nèi)力的重要區(qū)別。
3、鋼筋混凝土與素混凝土裂縫控制的區(qū)別。任何未受荷載作用的混凝土，它的組合材料包括水泥、水、砂、石、外加劑及摻合料等組分相互物理化學(xué)作用硬化成為一種多空隙復(fù)合材料，由于初始溫度收縮應(yīng)力作用而在內(nèi)部形成了許多微觀裂縫，這種裂縫在外力作用下不斷擴展，成為宏觀裂縫，繼續(xù)擴展則會導(dǎo)致素混凝土破壞。
三、混凝土的某些基本物理力學(xué)性質(zhì)。
1、混凝土的收縮及水化熱。在工民建領(lǐng)域，大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件(板墻梁等構(gòu)件)均屬薄壁結(jié)構(gòu)，泵送混凝土澆注的構(gòu)件收縮量很大，因此經(jīng)常出現(xiàn)收縮裂縫?；炷恋氖湛s機理至今尚未統(tǒng)一，但大多數(shù)的研究成果認為混凝土是具有大量孔隙的材料?？紫兜陌霃筋H不一致，半徑較小的毛細孔中水份蒸發(fā)引起孔壁壓力的變化，導(dǎo)致混凝土體積的縮小?；炷羶?nèi)除了少部分水提供水泥水化的需要，其余大部分水分都要蒸發(fā)掉，收縮變形同時發(fā)生，最終收縮完成的時間大約20年，但其主要部分的收縮是在最早的1～2年內(nèi)。由于近來水泥活性和強度等級的增加，收縮量顯著增加，并且延續(xù)時間較長。影響收縮的因素很多，如水泥品種，采用礦渣水泥比普通硅酸鹽水泥水化熱低，但其收縮約大25％。遇到超厚的大底板或大塊式基礎(chǔ)，則水化熱起控制作用，宜選用粉煤灰水泥或礦渣水泥，所以，應(yīng)根據(jù)截面的厚度分別選用不同品種的水泥。其次水泥顆粒越細，活性越大，標號越高，用量越多，其收縮越大，因此提高水泥強度的方法不應(yīng)靠磨細的途徑，而應(yīng)當(dāng)依靠改善礦物成分的辦法。眾所周知，水灰比大，收縮將顯著增加，同時抗拉強度降低。
2、混凝土的徐變作用。混凝土的徐變機理也有許多種，如彈性徐變理論、老化徐變理論、繼效徐變理論等等。作為工程裂縫控制的應(yīng)用，我們只應(yīng)用其中主要的成果，以常系數(shù)的形式，考慮在彈性計算的結(jié)果中，從而簡化了非線形分析。由于混凝土的徐變作用，給鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土帶來有利和不利兩方面的影響。
3、混凝土的抗拉強度及極限拉伸。泵送混凝土澆筑后，其抗壓強度和抗拉強度都隨著時間而增長，但增長的速率，抗拉滯后于抗壓，水泥標號的提高及水泥用量的增加，對抗壓強度增長較為顯著，而對抗拉強度的增長不明顯。特別值得注意的是，混凝土中的較大含泥量及其它雜質(zhì)可以明顯地降低混凝土的抗拉性能，有的混凝土骨料中混入了有害膨脹物引起混凝土的崩裂，因此要求泵送混凝土必須遵循“精料供應(yīng)”的原則。
四、裂縫控制設(shè)計原則與措施。
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害與無害的界限由結(jié)構(gòu)使用功能決定的。裂縫控制的主要方法是通過設(shè)計、施工、材料等方面綜合技術(shù)措施將裂縫控制在無害范圍內(nèi)。綜合技術(shù)措施包括：合理選擇結(jié)構(gòu)形式，降低結(jié)構(gòu)約束程度，對與水平構(gòu)件梁、板、墻等采用中低強度級混凝土，加強構(gòu)造配筋，如板頂部的受壓區(qū)連續(xù)配筋，板的陽角及陰角配置放射筋，增加梁的腰筋間距200mm。優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級配，盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率增加骨料粒徑，降低含泥量及雜質(zhì)含量。選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。采取保溫保濕的養(yǎng)護技術(shù)，盡量利用混凝土后期強度(60天)。對于超長結(jié)構(gòu)可采取跳倉澆灌或后澆帶方法施工。對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)難免出現(xiàn)少量裂縫影響正常使用和耐久性。裂縫分為表面裂縫，淺層裂縫，縱深裂縫(深層裂縫)，貫穿裂縫等。少量有害裂縫采用近代化學(xué)灌漿技術(shù)處理，滿足設(shè)計使用和耐久性要求，不應(yīng)因此降低工程質(zhì)量評定標準。
張鐵成 杜玉明 大連泛華工程建設(shè)監(jiān)理有限公司
關(guān)鍵詞：徐變裂縫松弛收縮
一、裂縫產(chǎn)生的直接原因。
1、收縮及水化熱。自從70年代末(1978～1979年)我國混凝土施工工藝產(chǎn)生了巨大的進步—泵送商品混凝土工藝。從過去的干硬性，低流動性，現(xiàn)場攪拌混凝土轉(zhuǎn)向集中攪拌，大流動性泵送澆筑，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加，骨料粒徑減小，用水量增加等導(dǎo)致收縮及水化熱增加。2、混凝土強度等級日趨提高。建筑結(jié)構(gòu)混凝土強度等級日趨提高，但有許多結(jié)構(gòu)不適當(dāng)?shù)倪x擇了過高的強度等級。習(xí)慣上認為：“強度等級越高安全度越大”。有時為了施工方便，采用高強混凝土。這導(dǎo)致了水泥標號加大或用量增加，用水量增加，骨料粒徑偏小，砂率偏大等，這些都使水化熱及收縮率增加。3、結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力不斷增大。結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，超長超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)形式，采用現(xiàn)澆施工，這些非正常結(jié)構(gòu)形式有明顯的約束作用，對于各種變形必然引起較大的約束應(yīng)力。4、外加劑的負作用。只注重外加劑對強度指標的影響，缺乏對水化熱及收縮變形影響的研究，有些試驗資料并不嚴格，有許多外加劑會產(chǎn)生嚴重的收縮變形增加，有的甚至降低耐久性。5、忽略結(jié)構(gòu)約束。國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計中都經(jīng)常忽略構(gòu)造鋼筋的重要性，因而經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常忽略結(jié)構(gòu)約束性質(zhì)，不善于利用“抗與放”的設(shè)計原則，缺乏相應(yīng)的設(shè)計施工規(guī)范、規(guī)程。6、養(yǎng)護方法不當(dāng)。目前在混凝土施工中采用的養(yǎng)護方法基本沿用過去簡易的方法，這種方法已遠不適應(yīng)泵送混凝土及大體積混凝土的溫度收縮變形對養(yǎng)護條件的要求。7、混凝土抗拉強度不足。缺乏對混凝土配合比的科學(xué)研究導(dǎo)致的抗拉強度不足。
二、鋼筋混凝土承受變形應(yīng)力的特點。
1、“抗與放”設(shè)計。結(jié)構(gòu)承受的約束作用分內(nèi)約束(自約束)和外約束兩類。結(jié)構(gòu)的變形如果是完全自由的變形達到最大值，則內(nèi)應(yīng)力為零，也就不可能產(chǎn)生任何裂縫。如果變形受到約束，在全約束狀態(tài)下應(yīng)力達到最大值，而變形為零。在全約束與完全自由狀態(tài)的中間過程，即為彈性約束狀態(tài)，亦即自由變形分解成為約束變形和顯現(xiàn)變形(實際變形)。實際變形越大，約束應(yīng)力越??；實際變形越小，約束應(yīng)力越大，這種約束狀態(tài)與荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有著根本區(qū)別。
2、約束內(nèi)力與結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)系。外荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力只與荷載及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān)，但在變形作用條件下，結(jié)構(gòu)的約束內(nèi)力不僅與變形作用及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關(guān)，尚與結(jié)構(gòu)剛度有關(guān)，這是約束內(nèi)力與荷載內(nèi)力的重要區(qū)別。
3、鋼筋混凝土與素混凝土裂縫控制的區(qū)別。任何未受荷載作用的混凝土，它的組合材料包括水泥、水、砂、石、外加劑及摻合料等組分相互物理化學(xué)作用硬化成為一種多空隙復(fù)合材料，由于初始溫度收縮應(yīng)力作用而在內(nèi)部形成了許多微觀裂縫，這種裂縫在外力作用下不斷擴展，成為宏觀裂縫，繼續(xù)擴展則會導(dǎo)致素混凝土破壞。
三、混凝土的某些基本物理力學(xué)性質(zhì)。
1、混凝土的收縮及水化熱。在工民建領(lǐng)域，大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件(板墻梁等構(gòu)件)均屬薄壁結(jié)構(gòu)，泵送混凝土澆注的構(gòu)件收縮量很大，因此經(jīng)常出現(xiàn)收縮裂縫?；炷恋氖湛s機理至今尚未統(tǒng)一，但大多數(shù)的研究成果認為混凝土是具有大量孔隙的材料?？紫兜陌霃筋H不一致，半徑較小的毛細孔中水份蒸發(fā)引起孔壁壓力的變化，導(dǎo)致混凝土體積的縮小?；炷羶?nèi)除了少部分水提供水泥水化的需要，其余大部分水分都要蒸發(fā)掉，收縮變形同時發(fā)生，最終收縮完成的時間大約20年，但其主要部分的收縮是在最早的1～2年內(nèi)。由于近來水泥活性和強度等級的增加，收縮量顯著增加，并且延續(xù)時間較長。影響收縮的因素很多，如水泥品種，采用礦渣水泥比普通硅酸鹽水泥水化熱低，但其收縮約大25％。遇到超厚的大底板或大塊式基礎(chǔ)，則水化熱起控制作用，宜選用粉煤灰水泥或礦渣水泥，所以，應(yīng)根據(jù)截面的厚度分別選用不同品種的水泥。其次水泥顆粒越細，活性越大，標號越高，用量越多，其收縮越大，因此提高水泥強度的方法不應(yīng)靠磨細的途徑，而應(yīng)當(dāng)依靠改善礦物成分的辦法。眾所周知，水灰比大，收縮將顯著增加，同時抗拉強度降低。
2、混凝土的徐變作用。混凝土的徐變機理也有許多種，如彈性徐變理論、老化徐變理論、繼效徐變理論等等。作為工程裂縫控制的應(yīng)用，我們只應(yīng)用其中主要的成果，以常系數(shù)的形式，考慮在彈性計算的結(jié)果中，從而簡化了非線形分析。由于混凝土的徐變作用，給鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土帶來有利和不利兩方面的影響。
3、混凝土的抗拉強度及極限拉伸。泵送混凝土澆筑后，其抗壓強度和抗拉強度都隨著時間而增長，但增長的速率，抗拉滯后于抗壓，水泥標號的提高及水泥用量的增加，對抗壓強度增長較為顯著，而對抗拉強度的增長不明顯。特別值得注意的是，混凝土中的較大含泥量及其它雜質(zhì)可以明顯地降低混凝土的抗拉性能，有的混凝土骨料中混入了有害膨脹物引起混凝土的崩裂，因此要求泵送混凝土必須遵循“精料供應(yīng)”的原則。
四、裂縫控制設(shè)計原則與措施。
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害與無害的界限由結(jié)構(gòu)使用功能決定的。裂縫控制的主要方法是通過設(shè)計、施工、材料等方面綜合技術(shù)措施將裂縫控制在無害范圍內(nèi)。綜合技術(shù)措施包括：合理選擇結(jié)構(gòu)形式，降低結(jié)構(gòu)約束程度，對與水平構(gòu)件梁、板、墻等采用中低強度級混凝土，加強構(gòu)造配筋，如板頂部的受壓區(qū)連續(xù)配筋，板的陽角及陰角配置放射筋，增加梁的腰筋間距200mm。優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級配，盡力減小水灰比、減少坍落度、降低砂率增加骨料粒徑，降低含泥量及雜質(zhì)含量。選用影響收縮和水化熱較小的外加劑和摻合料。采取保溫保濕的養(yǎng)護技術(shù)，盡量利用混凝土后期強度(60天)。對于超長結(jié)構(gòu)可采取跳倉澆灌或后澆帶方法施工。對于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)難免出現(xiàn)少量裂縫影響正常使用和耐久性。裂縫分為表面裂縫，淺層裂縫，縱深裂縫(深層裂縫)，貫穿裂縫等。少量有害裂縫采用近代化學(xué)灌漿技術(shù)處理，滿足設(shè)計使用和耐久性要求，不應(yīng)因此降低工程質(zhì)量評定標準。
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