1、混凝土构件的裂缝与防治【摘要】混凝土构件裂缝是固体材料中某种不连续的现象。几乎在所有的工程中，我们都或多或少地发现了裂缝的存在。混凝土裂缝的产生，一方面是其本身所固有的一种特性，混凝土水泥石水化过程的塑性收缩是开裂很大原因。另一方面，随着现代砼业的发展，商品混凝土被广泛应用，其组成复杂，材料波动大，且普遍采用掺合料和外加剂，使砼具有较大的收缩变形；而对利益的最大追求，使有些建设单位在建筑构造设计上往往偷工减料；对施工进度的追求，则使某些施工单位往往不重视规范对施工养护等方面的严格规定；这些都是造成砼构件裂缝大量出现的重要原因。基于此况，本文提出混凝土构件裂缝的防治应从结构设计、材料选用、施工过
2、程、及时修复这四个方面根据实况，分析对待，把它们作为一个系统过程进行综合控制。对待裂缝既不必谈虎色变亦不可坐视不理，理性对待方可取得良好的效果。 【关键词】结构设计；配比优化；施工过程；材料选用；系统过程 1、引言 随着这些年房地产的发展，也极大地带动了商品混凝土的发展。混凝土行业是一种需要大量消耗社会资源的行业。然而组成混凝土必要的材料却是有限的，当优质混凝土组成材料被消耗的越来越少时，替代材料便出现了，像杭州市已基本无天然砂可用，一般的都用机制砂。甚至于某些劣质材料也充斥其中。同时由于有些建设单位过于追求利益，把施工工期定得特别紧，使许多施工单位忽视了商品混凝土是一种半成品这个概念，缺乏对
3、施工中的控制力度以及施工后的养护控制，导致混凝土的结构裂缝有增无减的现状。加之某些设计单位对于混凝土专业知识的缺乏性，使其往往对施工企业产生错误的引导。比如我国国标早已把抗渗混凝土达 0.8Mpa 的混凝土代号改为 P8，但现在还是有许多设计单位把代号写为 S8，S8 是老规范，P8 才是新标准。同时对于混凝土配比中的水泥用量及水灰比限定也是生搬硬套，完全忽略了现代混凝土的发展，与时代脱节。本文拟在商品混凝土生产企业、施工单位以及设计单位各自所扮演的角色中找出各自对混凝土构件裂缝防治中所起的作用与所应承担的责任。试图在众说纷云的混凝土构件的裂缝这一课题上找出一些有利于控制裂缝的有效办法，使我们
4、能够花较小的代价获得较高的社会效益。 2、混凝土构件裂缝类型与成因以及控制途径 混凝土结构耐久性良好，造价低廉，易于施工，维修便捷，在工业与民用建筑中一直广泛应用。近年来，为了应对资源、环境、性能、造价以及施工等方面不断提高的要求，现代混凝土正向高强度、高性能、绿色混凝土方向发展。使混凝土在原材料制备和选择，配比组成上都产生了巨大的变化。组成材料上，水泥的强度等级要求越来越高，细度越来越细，可供选择的骨料越来越缺乏，矿物掺合料、外加剂被广泛应用。配比组成上，由于大方量的混凝土普遍采用泵送的方式进行施工，使胶凝材料用量在增加，细骨料用量也在增加，而这些在生产上必要的措施，却在一定程度上加剧了混凝
5、土的塑性收缩，使混凝土的裂缝控制更为艰难。 2.1 混凝土构件裂缝的类型与成因 2.1.1 荷载裂缝 是由于混凝土构件受到外荷载的作用，导致混凝土内部产生的拉应力超过混凝土的极限抗拉强度，而使混凝土产生的裂缝。 2.1.2 非荷载裂缝 研究表明，80%以上的混凝土构件产生的裂缝与非荷载有关，是由于混凝土变形变化为主所引起的。但混凝土非荷载变形并不必然导致混凝土结构裂缝的产生，裂缝的产生与非荷载变形的不均匀性以及变形所受到的约束程度有关，约束分为内约束和外约束。无论内约束或者外约束，变形不协调或变形受到约束都将导致拉应力产生。在拉应力作用下，混凝土中会产生大量的“微观裂缝”或者“微观裂缝”将不断
6、发展为“宏观裂缝” ，即非荷载裂缝。非荷载裂缝又可分为：塑性塌落裂缝、塑性收缩裂缝、干燥收缩裂缝和自收缩裂缝、温度变形裂缝、沉降裂缝、冻融裂缝、钢筋锈蚀裂缝、化学反应膨胀裂缝。 2.2 混凝土构件裂缝的控制途径 2.2.1 混凝土构件非荷载变形的控制思路 以控制混凝土非荷载变形的大小及其增长速度，减小混凝土受约束程度，提高混凝土抗拉强度或极限应变。 2.2.2 混凝土构件控制应遵循的两个基本原则 “抗” 、 “放”结合原则，综合控制原则。 2.2.3 混凝土构件裂缝控制应把握的三个环节 材料控制环节、设计构造环节、施工控制环节。 3、混凝土材料组分及混凝土配比对收缩裂缝的影响。 影响混凝土收缩
7、的内在原因是指混凝土的组成材料和配比参数对其收缩性能的影响。包括水泥品种、水泥用量、单位用水量、水灰比、矿物掺和料种类和数量、化学外加剂、骨料种类和体积含量、砂率等。 3.1 塑性收缩和塑性裂缝形成机理 混凝土表面水分蒸发速度高于泌水速度，使混凝土表面水泥颗粒之间形成凹液面，产生毛细管张力，导致混凝土塑性收缩。 3.2 水泥品种对混凝土收缩裂缝的影响 细度细的水泥保水性能更好，混凝土泌水率不足，且混凝土表层凹液面曲线半径小，失水时毛细管张力大，更易开裂，含碱量高的水泥也更容易开裂，所以我们尽量选用含碱量低的水泥，有利于控制混凝土的收缩裂缝。 3.3 水灰比对混凝土收缩裂缝的影响 水泥用量一定时
8、，一定范围内增大水灰比，混凝土的累计泌水量增大，有利于减少塑性收缩，提高混凝土的抗裂性能。经有关人员研究表明，水灰比 0.5-0.6 对混凝土抗裂性能最有利，但是混凝土的水灰比还受到强度等级的影响，有时为了满足强度等级的要求我们不得不把水灰比设置在 0.5-0.6 这个区域之外。 3.4 骨料体积的含量对混凝土收缩裂缝的影响 当混凝土中骨料体积的含量为 68%时，对于混凝土构件减少收缩裂缝最为有效。68%的体积含量是一个临界值，大于 68%体积含量以后，减缩效果就不明显了。 3.5 化学外加剂对于混凝土收缩裂缝的影响 一般来说我们所说的外加剂是指高效减水外加剂或高效缓凝减水外加剂，这类外加剂普
9、遍的性能是减少混凝土单方用水量来提高混凝土的强度，或者是在用水量不变的情况下来提高混凝土的坍落度，以满足商品混凝土的泵送性能和施工性能。但是这类外加剂总的来说使用后会产生比不用外加剂大的多的收缩应变，所以我们发现现代混凝土比过去传统混凝土更容易开裂，外加剂的使用是一个很大的原因。但是现代混凝土又离不开外加剂的使用。那么如何解决这个问题呢？在外加剂中掺入适量的引气剂，由于混凝土中产生均匀的封闭的小气泡的膨胀作用能够抵消部分收缩，同时提高混凝土的和易性能和均质性，因此混凝土的抗裂性能有所提高。 3.6 砂率和砂的细度模数 为减少混凝土的收缩裂缝，尽可能地减少砂率和选用细度模数适中的细骨料能显著地减
10、少混凝土的收缩裂缝。 3.7 组成材料中矿物掺和料对混凝土塑性收缩的影响 粉煤灰级在最佳掺量在 2030%，级粉煤灰最佳参量在1520%，S95 级矿粉最佳替代率应小于 30%，粉煤灰的抗裂效果要优于矿粉，矿粉基本不能减少混凝土的塑性收缩，当两种在同时掺和时，能产生良好的互补效应，对混凝土的收缩裂缝有一定的好处。 4、设计构造对混凝土构件裂缝的影响的及控制技术。 我们说混凝土的质量是一个综合的系统的控制过程。从原材料的收购、配合比的确定，然后是生产混凝土，到最后送到工地进行施工、养护，其中任何一个环节出了问题，都将使混凝土的质量打上折扣。那么对于混凝土裂缝这个业界最头痛的问题，除了以上工序外，
11、采用合理的设计构造无疑能从很大程度上减轻混凝土裂缝产生的概率。下面我们就设计构造来谈谈这方面的问题。 4.1 裂缝控制的设计构造原则：“抗”与“放”原则 4.1.1 抗的原则 通常体现在对混凝土构件适当增加配筋 ，增强混凝土结构的极限拉伸，从而抵抗混凝土干缩和温度变形。 4.1.2 放的原则 通常体现在留设变形缝上。可按留缝时间的长短加以区分。混凝土结构施工期间和建成永久保留的缝，称为“收缩缝” ，收缩缝可以同时释放掉混凝土结构的干缩和温度变形；若仅在施工期间保留的临时性变形缝称为“后浇带” 。 4.2 裂缝控制通常使用的设计构造措施 4.2.1 结构平面布置 建筑的平面宜规则，避免平面形状突
12、变；对于连续长度较长的外墙，建筑上可考虑设置大的落地门窗和八角窗以减小墙部处温差应力，避免楼板切角裂缝产生；当房屋长度大于 60 米的时候，可在墙中部设置收缩后浇带等。 4.2.2 混凝土构件厚度的确定 根据专家的研究显示，现浇楼板厚度一般不宜小于 100mm。楼板厚度越薄，水力半径倒数越大，相应产生的混凝土干缩应力亦越大。据工程设计经验，厚度低于 100mm 的楼板的厚度，收缩裂缝很难控制。 4.2.3 混凝土强度等级选用 现浇混凝土楼板强度等级不宜大于 C30，宜选用 C25，基础楼板及地下室外墙混凝土强度等级不宜大于 C35.强度等级越高的混凝土，小泥用量越大，产生收缩裂缝的可能性也越大
13、。所以混凝土强度等级不是越高越好。混凝土构件尺寸也不是越小越好。 4.3 配筋的设计 4.3.1 适当提高配筋率。在满足混凝土浇捣的情况下，减小钢筋直径，增加钢筋的分布率能起到一定的防止混凝土开裂的作用。 4.3.2 楼板双向板负筋可按分离式配筋 ，在板面无负筋区宜配置双向钢筋网与负筋搭接，其配筋率不宜小于 0.19%，钢筋的直径不宜小于6 或6.5，钢筋的间距不宜大于 200mm. 4.3.3 为减小楼板角部开裂的可能性，双向板周边支座为墙、梁、圈梁时，支座弯矩宜按 4 边嵌固板计算，负弯矩钢筋按计算配筋，正弯矩钢筋应将弯矩增大 1.2-1.5 倍配筋。 4.3.4 现浇剪力墙结构中的墙体分
14、布力宜双排布置。 4.3.5 在房屋层面阳角及阴角处较大板块的 4 角部位上、下、侧，宜增设直径与原面筋相同的双层双向100 钢筋等。 4.4 管线与洞口布置 4.4.1 楼板中管线必须布置在钢筋网片之上，交叉布线处可采用线盒，线管不宜立体交叉穿越。 4.4.2 梁腰上的孔洞宜做成圆形，且尽可能布置在拉力和剪力较小处（梁跨中的 2?M3 范围内，梁高中间的 1?M3 范围内） 4.4.3 为防止剪力墙小洞口出现角裂，应沿洞口周边进行水平和纵向筋补强，并加配斜筋。 5、混凝土构件裂缝的施工控制。 建筑施工时以按预先设定的材料组成、结构形式和构造方式形成构筑物的过程。混凝土构件裂缝控制的材料措施、
15、设计和构件措施能否发挥作用，完全取决于精心、规范、合理的施工组织和操作。混凝土裂缝施工控制又可分为：施工操作控制和混凝土的养护控制。 5.1 施工操作控制 为了避免混凝土早期微观缺陷产生的原因及其危害，按有关经验，施工过程中的裂缝控制，按工种可分为：混凝土工程、模板工程与构造工程和施工管理 5.1.1 混凝土工程的控制主要分为： a、混凝土进场控制，要保证混凝土配比坍落度不发生大的波动，并确保混凝土浇筑后具有良好的均质性，混凝土进场时应严格把关，按规定取样检测； b、混凝土浇筑的控制，混凝土浇筑的环境、次序、出料高度等都要按规定进行； c、混凝土的振捣控制，漏振与过振都将使混凝土出现质量问题；
16、 d、抹压与养护操作，混凝土的 2 次抹压非常重要，能消除许多早期出现的塑性裂缝，有必要的地方甚至要经 3 次抹压。混凝土终凝后应立即进入养护阶段，这对于降低混凝土的早期塑性裂缝非常重要。 5.1.2 模板工程对混凝土构件整体裂缝产生不可小看的作用： A、 混凝土处于塑性阶段或强度不足时，混凝土的自重完全靠模板的支撑。模板材料的强度应满足一定要求，模板和支架设计必须进行强度计算，确保能够承受混凝土自重以及施工过程可能产生的荷载作用，否则混凝土将受到荷载作用，容量形成局部微缺陷或裂纹，模板吸水性大或表面凹凸不平时，会限制混凝土均匀下浇，或造成部分混凝土很快失去流动性，导致塑性阶段裂缝产生； B、
17、支模必须保证所有模板牢固连接，精确空位，并置于坚实的地面之上，有效发挥承受荷载，抵抗变形的作用； C、混凝土模板拆除后，混凝土将完全依靠拆模时具有的强度承受自身重量，施工过程中可能产生动、静荷载以及约束收缩应力，应此，混凝土拆模时，强度必须达到设计要求。 5.1.3 构造工程是为了确保裂缝构造措施能按设计方案得以精确实施 在整个施工过程中不产生偏差，包括构造钢筋布置、锚固长度规定、构造缝以及后浇带的设置等，这些措施都能很好地减少裂缝发生的概率。5.1.4 施工管理是施工操作控制得以实现的关键 为保证达到预期效果，施工之前必须对整个工程中采用的裂缝施工控制措施有全面的了解，并制定周密的实施方案，
18、确定关键环节。所有措施必须进行详细的技术交底，并指派专人进行专项负责。整个施工过程要进行连续监督，并根据工程进展实际情况作出及时调整。 5.2 混凝土的养护对于混凝土构件裂缝的影响 养护是控制收缩裂缝最有效的方法之一。有试验证明混凝土的收缩裂缝一般最早出现在初凝与终凝之间，如果这时立即覆盖薄膜进行养护，将有效减少混凝土裂缝的产生与发展。传统的养护方法还有洒水喷雾、湿草垫覆盖等，但这些方法都不适合于复杂的混凝土结构，而且传统方法费工费时，由于进度的要求以及施工的影响，在许多工程中受到很多限制。因此，许多国家开始采用养护剂养护技术。养护剂又称混凝土表面保水剂，是一种喷涂或涂刷于混凝土表面，能在混凝
19、土表面形成一层连续不透明的密实养护模的乳液或高分子溶液。 6、混凝土构件裂缝的“治” （及时修复） 采用合理的材料、优化的配比，设计构造和施工措施，都是控制混凝土裂缝必要的手段。但是实际上，由于混凝土本身材料特性以及多种因素的复杂影响，混凝土构件的裂纹是不可能被完全消除的 。裂缝一旦产生，往后还会随着后期结构承载情况及环境因素的变化，持续运动和发展，表现为裂缝数量不断增多，裂缝宽度与深度不断加大，这样就造成结构安全的隐患，而且对建筑物长期的耐久性以及正常使用功能造成严重的危害。所以，混凝土结构裂缝达到肉眼可视宽度时，一般必须进行及时修复，以确保建筑物安全性，长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 混凝土构件修复方法可分为：表面处理法、填充法、灌浆法、结构补强法 6.1.1 表面处理法 包括表面涂抹法和表面贴补法。表面涂抹法师采用裂缝修补材料涂
