混凝土结构开裂的工程控制

2011-08-15李威涛卜娜蕊

河北建筑工程学院学报 2011年1期

李威涛卜娜蕊

（1.保定市益民物业管理有限公司，河北保定071000；2.河北建筑工程学院，河北张家口075000）

1 问题提出

众所周知，混凝土是由胶结材料、粒状集料、化学外加剂和矿物掺和料组成的混合材料，是一种非匀质的弹塑性性材料.具有较高的抗压强度，但抗拉强度较低，若在结构设计中，混凝土结构的施工中，或是使用期间，不能有效防止合和理处置各种开裂现象的发生和发展，就可能加剧混凝土碳化作用，氧、水分及侵蚀性介质侵入，使钢筋的锈蚀过程加速而降低结构物的耐久性.有些结构物，如水池、储液罐等，一旦产生较宽的裂缝，将导致渗漏现象而影响正常使用.裂缝过宽，还有碍于建筑物的观瞻.因此，分析混凝土开裂的原因，找出防范开裂的措施，防止或减轻裂缝所造成的危害是工程界一直关注的问题.

2 混凝土结构裂缝的形式

2.1 收缩裂缝

收缩裂缝产生于混凝土表面，较细，纵横交错，无规律性，有可能随时间延长向内部发展，深度到钢筋上表面为止.

2.2 温度裂缝

主要表现形式有表面的、深入的和贯穿的.表面裂缝走向无一定规律性，纵横交错，多发生在施工期间.深入和贯穿的裂缝一般与结构或构件的短边方向平行或接近平行，裂缝沿全长分段出现，多发生于混凝土浇筑后2-3个月或更长的时间，冬季缝宽，夏季缝窄.

2.3 膨胀裂缝

出现于混凝土硬化中期，裂缝呈网状或龟壳状.

2.4 钢筋锈蚀裂缝

在梁、柱的表面出现的与钢筋平行的纵向裂缝，以及在板或构件的底面沿钢筋位置出现的裂缝.

2.5 荷载效应裂缝

当构件中的拉应力大于混凝土的抗拉强度或拉应变大于混凝土的极限拉伸应变时，混凝土就产生开裂.受力状态不同，裂缝形态也不同，如受弯构件有受拉区的弯曲裂缝.剪跨区的弯剪裂缝，柱子受轴力作用时产生沿轴线向的纵向裂缝等.这些受力产生的裂缝，其方向大致与主拉应力正交.

3 混凝土结构开裂的原因

混凝土出现裂缝，主要是由混凝土的收缩变形、温差变形和结构变形造成的，从裂缝的形式和规律性分析，产生变形裂缝的原因有以下几项.

3.1 材料原因

（1）水泥安定性差，强度不足.水泥中含有游离的氧化钙、氧化镁，在水泥硬化后继续起水化作用，破坏已经稳定的水泥石，使抗拉强度降低；水泥强度不足，影响混凝土的初期强度，导致混凝土开裂的机率增大；水泥的水化热高，收缩大，也易造成开裂.

（2）集料含泥量和有机质含量超标.水泥混凝土中水泥石与集料的界面粘结不良，往往是产生初期开裂的薄弱部位.集料的含泥量和有机质超标，必然造成界面缺陷，及混凝土内部微裂缝.微裂缝的发生与发展，导致混凝土开裂.

（3）集料级配不良.不良的集料级配将造成混凝土的离析，粗细集料聚集，形成强度和变形的薄弱区域.

（4）混凝土配合比不当.配合比不当，直接影响混凝土性能.水泥用量过多，导致较大的收缩；水灰比偏大，增大了水泥水化初期集料表面的水膜厚度，影响混凝土强度；施工中计量不准，尤其是未根据集料中的含水量及时调整用水量，会影响混凝土的配合比的准确性，造成其初期强度不足.

3.2 施工原因

（1）混凝土搅拌不均匀，粗、细集料聚集，造成混凝土拌和物“夹生”，出现应力集中.拌和时，水泥、集料温度过高，再加上水泥的水化热，使混凝土拌和物温度很高，在冷却硬化过程中，温差收缩增大，导致开裂.

（2）混凝土振捣不均匀或振捣时间过长，粗骨料下沉，水泥稀浆上浮，表面沉缩裂缝增加.

（3）混凝土浇筑间断.因停电、机械故障、运输不畅、气候突变、停料等原因使混凝土浇筑作业中断，再浇筑时未按施工缝处理，新旧混凝土由于结合不良和收缩不一致会形成一条不规则的裂缝.

（4）养生不及时或养护方法不当.忽视对新浇混凝土的遮盖、挡风和及时湿养护，尤其是气温高、湿度小、风速大的不利条件下，混凝土表面水分蒸发太快，失水速度大于混凝土的泌水速度，混凝土在表面收缩和内部约束作用下，薄弱的硬结表面就会产生拉应力，形成干缩裂缝.

（5）模板支架不规范和拆模过早.没有按规范设计和计算模板及支架的用材规格和间距大小，不能保证模板的施工稳定性，造成浇筑的混凝土构件裂缝.拆模过早，混凝构件强度和承载力不足，产生变形和裂缝.

3.3 设计原因

混凝土结构裂缝的产生，虽然是在施工过程或工程完工后的使用阶段表现出来的，但分析其原因，仍与设计方法有关，与设计时考虑不周有关.纵观我国《混凝土结构设计规范》，对荷载引起的裂缝，通过配置钢筋以传递开裂后混凝土所不能传递的拉力或剪力；因而变形受到约束引起的裂缝，使通过构造上采取措施才防止.如当地基不均匀沉降、混凝土的收缩及温度差等引起，当受到约束时，将产生裂缝.特别是目前在我国混合结构设计中，由于我国限制对预应力短向圆孔板使用，所以住宅中的楼盖、屋盖均采用全现浇混凝土.在屋盖设计中，几百或上千平方米的屋盖板整体浇注，不设温度缝势必造成温度应力增大，造成屋面板开裂；在楼盖设计中，有的地方是砖墙承重，而局部有的是梁支承；再加上房间的功能不同，板的跨度相差较大，而设计者往往对变形协调认识不清，简单地按规范规定的构造筋配置，也是目前住宅建造中出现的通病.

4 混凝土结构裂缝的工程控制

混凝土结构的裂缝，在设计上有必然产生的裂缝，也有某种缺陷引起的裂缝，还有施工中和使用期间内产生的裂缝.虽然裂缝不可避免，但可以采取一些措施，控制裂缝产生的危害程度.

4.1 严格施工材料的控制与选择

合格的材料是保证混凝土质量的必要条件，严格做好材料管理工作，杜绝不合格材料在施工中使用.

（1）对于安定性差、游离氧化钙超标及强度不足的水泥严禁使用，不同标号、不同厂家、不同种类、不同批产的水泥严禁混合使用，尽量采用发热量少，收缩性小的水泥.

（2）选择合格的含泥量少的集料，或将集料冲洗，降低含泥量.有机质含量超标的集料严禁采用.

（3）合理选择混凝土外加剂和混合材.外加剂依品种不同，能够改变和提高混凝土的某些性质.如掺入引气剂将在保持混凝土的高强时，可降低混凝土的温度变形量，有助于混凝土的抗裂能力；加入混合材，能明显减少混凝土水化热，有利用防止混凝土因温度应力产生破坏.

（4）优化选择混凝土配合比

混凝土的配合比，除满足强度、耐久性、经济性指标外，还应满足施工技术的要求.选择适宜的砂率、恰当的用水量，控制混凝土拌和物的坍落度，保证施工正常进行.

4.2 严格控制施工质量

（1）准确掌握混凝土混合料的拌合时间，防止拌和料不均匀或出现离析.

（2）正确掌握振捣方法，不多振、不少振，确保结构混凝土均匀密实，在初凝时进行二次振捣，终凝前拍平压实抹光.

（3）掌握混凝土构件浇捣的环境温度变化，控制混凝土的入模温度、构件内外温差及降温速度.

（4）加强养护，防止混凝土失水过快.在日温差较大的季节和地区，要避免阳光直射，及时履盖养生防止白天过多的升温，造成夜间降温时收缩过大.

（5）确保混凝土浇筑时，钢筋的正确位置.对于构件配制的钢筋，在结构允许范围内，采用直径细、根数多的方法，以减少裂缝的出现.

（6）严格按《混凝土结构工程施工及验收规范》中模板设计的要求和施工工程构件的具体荷载进行模板和支架的设计，确保模板和支架有足够的承载力、刚度和稳定性，并保证混凝土拆模时，达到一定的强度要求.

4.3 充分考虑结构变形协调问题

规范中对混凝土结构的构造措施很多，是理论分析和工程实践经验的积累.但是作为结构设计者要根据结构的布置，荷载的分布，变形协调情况，正确的理解、执行规范.比如住宅设计中的悬挑阳台板与楼面板整浇时，阳台板的受力筋要伸入到楼面板中一定长度，不仅是抗倾覆问题，更重要的是抵抗负弯矩；又如规范规定对四边嵌入墙内的单向板、双向板墙边加构造筋，但如果相邻两块板跨度差较大时，就可能在板的上方产生负弯矩，这时墙边的负筋就不能简单按构造配置，就要考虑变形协调引起负弯矩分布范围，板上负筋伸出墙边的长度就必须覆盖可能的负弯矩区，否则就会出现在距墙边一定距离处，板的上部开裂.