鋼筋砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的

1、鋼筋砼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的，在保證結(jié)構(gòu)安全和耐久性的前提下，裂縫是人們可接受的材料特征。近十多年來(lái)，隨著鋼筋砼結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)大化和復(fù)雜化，以及商品砼的大量推廣和砼強(qiáng)度等級(jí)的提高，結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)機(jī)率大大增加，有些已危及結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，有的地下工程裂滲已影響其使用功能。建設(shè)部對(duì)此十分重視，召開(kāi)多次學(xué)術(shù)研討會(huì)，工程界各方專家提出許多技術(shù)措施，認(rèn)為控制裂縫是個(gè)系統(tǒng)工程。結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因：結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的調(diào)查資料，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載（如靜、動(dòng)荷載）的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫，其機(jī)率約20%；一種是結(jié)構(gòu)因溫度、膨脹、收縮、徐變和不均勻沉降等因素由變形變化引起

2、的裂縫，其機(jī)率約80%。裂縫發(fā)生與材料、設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)有關(guān)，現(xiàn)作以下分析。（一）材料缺陷在變形裂縫中收縮裂縫占有80%的比例，從砼的性質(zhì)來(lái)說(shuō)大概有：1干燥收縮研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對(duì)體積減小。每100克水泥水化后的化學(xué)減縮值為79ml，如砼水泥用量為350kg/m3，則形成孔縫體積約2530L/m3之巨。這是砼抗拉強(qiáng)度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每100克水泥漿體可蒸發(fā)水約6ml，如砼水泥用量為350kg/m3，當(dāng)砼在干燥條件下，則蒸發(fā)水量達(dá)21L/m3。毛細(xì)孔縫中水逸出產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使砼產(chǎn)生“毛細(xì)收縮”。由此引起水泥砂漿的干縮值為0.10.2%；砼的干縮值為0

3、.040.06%。而砼的極限拉伸值只有0.010.02%，故易引起干縮裂縫。2溫差收縮水泥水化是個(gè)放熱過(guò)程，其水化熱為165250焦?fàn)?克，隨砼水泥用量提高，其絕熱溫升可達(dá)5080。研究表明，當(dāng)砼內(nèi)外溫差10時(shí)，產(chǎn)生的冷縮值c=T/=10/110-5=0.01%，如溫差為2030時(shí)，其冷縮值為0.020.03，當(dāng)其大于砼的極限拉伸值時(shí)，則引起結(jié)構(gòu)開(kāi)裂。3塑性收縮砼初凝之前出現(xiàn)泌水和水份急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時(shí)骨料與水泥之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，它發(fā)生在砼終凝之前的塑性階段，故稱為塑性收縮。其收縮量可達(dá)1左右。在砼表面上，特別在抹壓不及時(shí)和養(yǎng)護(hù)不良的部位出現(xiàn)龜裂，寬度達(dá)12mm，屬表面裂縫

4、。水灰比過(guò)大，水泥用量大，外加劑保水性差，粗骨料少，振搗不良，環(huán)境溫度高，表面失水大等都能導(dǎo)致砼塑性收縮而發(fā)生表面開(kāi)裂現(xiàn)象。4自生收縮密封的砼內(nèi)部相對(duì)濕度隨水泥水化的進(jìn)展而降低，稱為自干燥。自干燥造成毛細(xì)孔中的水分不飽和而產(chǎn)生負(fù)壓，因而引起砼的自生收縮。高水灰比的普通砼（OPC）由于毛細(xì)孔隙中貯存大量水分，自干燥引起的收縮壓力較小，所以自生收縮值較低而不被注意。但是，低水灰比的高性能砼（HPC）則不同，早期強(qiáng)度較高的發(fā)展率會(huì)使自由水消耗較快，以至使孔體系中的相對(duì)濕度低于80%。而HPC結(jié)構(gòu)致密，外界水泥很難滲入補(bǔ)充，在這種條件下開(kāi)始產(chǎn)生自干收縮。研究表明，齡期2個(gè)月水膠比為0.4的HPC，自干

5、收縮率為0.01%，水膠比為0.3的HPC，自干收縮率為0.02%。HPC的總收縮中干縮和自收縮幾乎相等，水膠比越小自收縮所占比例越大。由此可知，HPC的收縮性與OPC完全不同，OPC以干縮為主，而HPC以自干收縮為主。問(wèn)題的要害是：HPC自收縮過(guò)程開(kāi)始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，濕度梯度首先引發(fā)表面裂縫，隨后引發(fā)內(nèi)部微裂縫，若砼變形受到約束，則進(jìn)一步產(chǎn)生收縮裂縫。這是高標(biāo)號(hào)砼容易開(kāi)裂的主要原因之一。5減水劑的影響人們發(fā)現(xiàn)，自八十年代中期推廣商品（泵送）砼以來(lái)，結(jié)構(gòu)裂縫普遍增多，這是為什么呢？除了與砼的水泥用量和砂率提高有關(guān)外，人們忽視了減水劑引起的負(fù)面影響。例如過(guò)去干硬性及預(yù)制砼的收縮變

6、形約為4610-4，而現(xiàn)在泵送砼收縮變形約為68104，使得砼裂縫控制的技術(shù)難度大大增加。研究表明，在砼配合比相同情況下，摻入減水劑的坍落度可增加100150mm，但是它與基準(zhǔn)砼的收縮值相比，卻增加120130%（見(jiàn)圖1）。所以，在砼減水劑規(guī)范GB-97中規(guī)定摻減水劑的砼與基準(zhǔn)砼的收縮比135%。研究表明，摻入不同類型的減水劑砼的收縮比是不相同的，一般是：木鈣減水劑萘磺酸鹽減水劑三聚氰胺減水劑氨基磺酸減水劑聚丙烯酸減水劑。這說(shuō)明商品砼澆筑的結(jié)構(gòu)開(kāi)裂機(jī)率大與減水劑帶來(lái)負(fù)面影響有關(guān)。其機(jī)理尚不清楚。以上是從水泥砼物理化學(xué)特性分析其各種收縮現(xiàn)象，早期塑性收縮會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)表面裂縫，砼進(jìn)入硬化階段后，

7、砼水化熱使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫差收縮和干燥收縮（包括自干收縮），這是誘發(fā)裂縫的主要原因。近十年大量使用商品砼開(kāi)裂增加，除與單方砼水泥和摻合料用量增加外，減水劑增加砼收縮值變形的負(fù)面影響也是一個(gè)重要因素。6砼后期膨脹出現(xiàn)裂縫，主要是：（1）水泥中游離CaO過(guò)高，Ca(OH)2體積膨脹所致；（2）水泥中MgO過(guò)高，Mg(OH)2體積膨脹所致；（3）水泥和外加劑堿含量過(guò)高，與集料中活性硅等發(fā)生堿-集料反應(yīng)所致；（4）有害離子Cl-、SO4=、Mg+等侵入砼內(nèi)部，導(dǎo)致鋼筋銹蝕或形成二次鈣礬石膨脹破壞所致。7結(jié)構(gòu)物在任意內(nèi)應(yīng)力作用下，除瞬間彈性變形外，其變形值隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加的現(xiàn)象稱為徐變變形。砼拉徐變時(shí)對(duì)抗裂

8、有利，一般可以提高鋼筋砼極限拉伸值50左右。而砼壓徐變很小，一般把收縮變形與徐變變形的計(jì)算一并加以考慮。砼收縮經(jīng)驗(yàn)公式很多，但是，實(shí)際工程所處條件變化較多。一般采用如下任意時(shí)間砼收縮計(jì)算公式。y(t)=3.2410-4(1-e-0.01t)M1.M2Mn式中M1.M2Mn為水泥品種、骨料，水灰比、溫度、養(yǎng)護(hù)和不同配筋率等修正系數(shù)。其中不同配筋率的修正系數(shù)見(jiàn)表1。也即限制收縮與自由收縮之比，隨配筋率提高而減小。表配筋率（）0.0050.300.400.50修正系數(shù)1.000.680.610.550.500.430.40（二）設(shè)計(jì)問(wèn)題鋼筋砼結(jié)構(gòu)是由砼和鋼筋共同承擔(dān)極限狀態(tài)的承

9、載力，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師根據(jù)地基情況，靜、動(dòng)荷載、環(huán)境因素、結(jié)構(gòu)耐久性等控制荷載裂縫。這里不作討論。從國(guó)內(nèi)外有關(guān)規(guī)范可知，對(duì)結(jié)構(gòu)變形作用引起的裂縫問(wèn)題，客觀上存在兩類學(xué)派：第一類，設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定很靈活，沒(méi)有驗(yàn)算裂縫的明確規(guī)定，設(shè)計(jì)方法留給設(shè)計(jì)人員自由處理?；旧喜扇　傲蚜司投隆⒍虏蛔【团拧钡膶?shí)際處理手法。第二類，設(shè)計(jì)規(guī)范有明確規(guī)定，對(duì)于荷載裂縫有計(jì)算公式并有嚴(yán)格的允許寬度限制。對(duì)于變形裂縫沒(méi)有計(jì)算規(guī)定，只按規(guī)范留伸縮縫，即留縫就不裂的設(shè)計(jì)原則。大量工程實(shí)踐證明，留縫與否，并不是決定結(jié)構(gòu)變形開(kāi)裂與否的唯一條件，留縫不一定不裂，不留縫不一定裂，是否開(kāi)裂與許多因素有關(guān)。我們認(rèn)為，控制裂縫應(yīng)該防患于未然，首先盡

10、量預(yù)防有害裂縫，重點(diǎn)在防。我國(guó)結(jié)構(gòu)工程向長(zhǎng)大化、復(fù)雜化發(fā)展，砼設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)向C40C60發(fā)展，設(shè)計(jì)師多注重結(jié)構(gòu)安全，而對(duì)變形裂縫控制考慮不周，這也是結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生增多的原因之一。（三）施工管理問(wèn)題砼配合比設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，砂石級(jí)配及其含泥量是否符合規(guī)范要求，砼坍落度控制是否合理，這些都影響到砼的質(zhì)量及其收縮變形。砼澆筑震搗不均勻密實(shí)，施工縫和細(xì)部處理馬虎，會(huì)帶來(lái)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的后患；過(guò)震則使浮漿過(guò)厚，抹壓又不及時(shí)，則砼表面出現(xiàn)塑性裂縫，十分難看。邊墻拆摸板過(guò)早（13d），砼水化熱正處于高峰，內(nèi)外溫差最大；砼易“感冒”開(kāi)裂。砼養(yǎng)護(hù)十分重要，但許多施工單位忽視這一環(huán)節(jié)，尤其是墻體和

11、柱梁的保溫保濕養(yǎng)護(hù)不到位，容易產(chǎn)生收縮裂縫。某些露天構(gòu)筑物盡管當(dāng)?shù)貪穸群艽?，但由于吹風(fēng)影響，加速了砼水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫，風(fēng)速對(duì)水分蒸發(fā)速度的影響見(jiàn)表2。這也許是夏季比秋冬季，南方比北方出現(xiàn)結(jié)構(gòu)裂縫較多的原因。從已建工程調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，底板養(yǎng)護(hù)較好，出現(xiàn)裂縫概率較低，而底板上外墻裂縫概率很高約占80，這與保溫保濕養(yǎng)護(hù)不足有很大關(guān)系。除上述技術(shù)因素外，施工管理不嚴(yán)，趕進(jìn)度，偷工減料，工人素質(zhì)差，施工馬虎等也是造成結(jié)構(gòu)裂縫的人為因素。（四）對(duì)維護(hù)缺乏認(rèn)識(shí)我們發(fā)現(xiàn)不少結(jié)構(gòu)是在澆筑完36個(gè)月，甚至在12年內(nèi)出現(xiàn)裂縫。除荷載問(wèn)題外，主要是環(huán)境溫度和風(fēng)速引起的收縮變形所致。有些

12、地下室不及時(shí)復(fù)土；上部結(jié)構(gòu)不及時(shí)做好封閉；出入口長(zhǎng)期敞開(kāi)，屋面防水層破壞不及時(shí)修補(bǔ)等。這些與施工和業(yè)主對(duì)結(jié)構(gòu)維護(hù)缺乏認(rèn)識(shí)有關(guān)。鋼筋砼結(jié)構(gòu)與其他物件一樣都存在“熱脹冷縮”的特征，尤其超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)更為明顯，所以，應(yīng)重視已澆結(jié)構(gòu)的保溫保濕維護(hù)工作。轉(zhuǎn)貼于 中國(guó)論文下載中心 三、有害裂縫與無(wú)害裂縫裂縫按其形狀分為表面的、貫穿的、縱向的和橫向的等等。裂縫形狀與結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)有直接關(guān)系。裂縫分為愈合、閉合、運(yùn)動(dòng)、穩(wěn)定的及不穩(wěn)定的等。例如寬度0.10.2mm裂縫，開(kāi)始有些滲漏，水通過(guò)裂縫同水泥結(jié)合，形成氫氧化鈣和C-S-H凝膠，經(jīng)一段時(shí)間裂縫自愈不滲了。有的裂縫在壓應(yīng)力作用下

13、閉合了。有的裂縫在周期性溫差和周期性反復(fù)荷載作用下產(chǎn)生周期性的擴(kuò)展和閉合，稱為裂縫的運(yùn)動(dòng)，但這是穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)。有些裂縫產(chǎn)生不穩(wěn)定的擴(kuò)展，視其擴(kuò)展部位，應(yīng)考慮加固措施。根據(jù)國(guó)內(nèi)外設(shè)計(jì)規(guī)范及有關(guān)試驗(yàn)資料，砼最大裂縫寬度的控制標(biāo)準(zhǔn)大致如下：無(wú)侵蝕介質(zhì)無(wú)防滲要求，0.30.4mm。輕微侵蝕，無(wú)防滲要求，0.20.3mm。嚴(yán)重侵蝕，有防滲要求，0.10.2mm。判斷裂縫有害還是無(wú)害，首先視它是否有害結(jié)構(gòu)安全和耐久性，其次是否影響使用功能（如防水，防潮）。例如地下和水工工程，小于0.10.2mm裂縫視為無(wú)害裂縫，作簡(jiǎn)單表面封閉即可，再作柔性防水層就更保險(xiǎn)了。樓面裂縫0.30.4mm，對(duì)結(jié)構(gòu)是安全，視為無(wú)害裂縫，可不作處理。對(duì)于受力的梁、柱，涉及結(jié)構(gòu)安全，裂縫要妥當(dāng)處理。既然變形裂縫一般不影響承載力，但它防水問(wèn)題就值得研究了，根據(jù)工程調(diào)查，由裂縫引起的各種不利后果中，滲漏水占60。水分子的直徑約0.310-6mm，可穿過(guò)任何肉眼可見(jiàn)的裂縫，從理論上講防水結(jié)構(gòu)物是不允許裂縫的，但實(shí)際情