混凝土開裂研究

/近年來，現(xiàn)澆鋼筋混凝土板裂縫已經(jīng)成為一個(gè)較普遍的質(zhì)量問題。如某小區(qū)住宅，在竣工交付使用后，住戶裝修時(shí)陸續(xù)發(fā)現(xiàn)其現(xiàn)澆樓板出現(xiàn)不同形態(tài)的裂縫（見圖1）：有板四角的45”斜裂縫，有穿過板中部的直裂縫，也有不規(guī)則的裂縫。這些裂縫的出現(xiàn)，給住戶造成了極大的心理壓力，由于一般的住戶不具備建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)知識(shí)，因此對(duì)現(xiàn)澆鋼筋混凝土板的裂縫有一種恐懼感。另一方面，由于國家房改政策的實(shí)施，居民將自己大半生的積蓄用于購房，當(dāng)然希望住房沒有一點(diǎn)毛病，由此也引起較多投訴和民事訴訟。為了對(duì)現(xiàn)澆樓板裂縫問題有一個(gè)清楚的認(rèn)識(shí)，有必要對(duì)已檢工程的現(xiàn)澆板裂縫的原因進(jìn)行分析，并對(duì)裂縫的預(yù)防措施進(jìn)行一些探討。

1現(xiàn)澆板裂縫的特征和性質(zhì)

現(xiàn)澆板裂縫出現(xiàn)的位置、形態(tài)大約有四種情況：

1）在房屋四角的房間，裂縫在板角部，與板邊緣約成45”，斜向發(fā)展；

2）穿過板中部，近似直線發(fā)展；

3）沿板邊緣，近似直線發(fā)展；

4）不規(guī)則裂縫。大多數(shù)裂縫成斷裂狀裂縫，上下貫通，即從板面和板底均可看見裂縫。裂縫寬度一般在0．Ofnun－0?35mm之間，上寬下窄，不同于結(jié)構(gòu)受力裂縫的形式。并且裂縫寬度會(huì)隨著環(huán)境溫度和濕度而變化。如有的裂縫在夏季已很難發(fā)現(xiàn)，冬季裂縫寬度隨氣溫的降低而增加；有的裂縫在濕度較大的陰雨天幾乎看不見，而在天氣晴好時(shí)，環(huán)境濕度降低，裂縫就又明顯可見了。

從對(duì)板出現(xiàn)裂縫的位置、形態(tài)分析，原因主要是混凝土收縮、環(huán)境溫度影響和埋線管削弱板截面、施工季節(jié)或施工養(yǎng)護(hù)不當(dāng)增大混凝土收縮造成。

這種收縮裂縫是一地控紅遍四壁塾色I(xiàn)旦一一控制、限值等規(guī)定。

從對(duì)板的檢測(cè)結(jié)果來看，一般所測(cè)板的混凝土強(qiáng)度推定值已達(dá)到樓板設(shè)計(jì)要求的混凝土強(qiáng)度要求，鋼筋的配置也是滿足設(shè)計(jì)要求的。因此，樓板具有設(shè)計(jì)的承載能力。從結(jié)構(gòu)上講，對(duì)結(jié)構(gòu)承載力和結(jié)構(gòu)安全沒有影響，但是對(duì)結(jié)構(gòu)的耐久性和使用功能、美觀有影響，是應(yīng)給予處理的。

2現(xiàn)澆板開裂原因分析

混凝土收縮裂縫產(chǎn)生的機(jī)理是：水泥在水化過程中會(huì)產(chǎn)生水化熱，由于構(gòu)件內(nèi)部和表面升溫和降溫速度不同，混凝土的收縮變形就不同，混凝土的收縮變形受到外界的約束時(shí)，如鋼筋的約束，就會(huì)產(chǎn)生較大的收縮應(yīng)力，當(dāng)收縮應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

引起混凝土板收縮開裂與材料、設(shè)計(jì)、施工、環(huán)境等幾個(gè)方面的因素有關(guān)。材料原因混凝土組分的變化對(duì)混凝土收縮的影響很大。二）混凝土配合比不當(dāng)

由于混凝土配合比不當(dāng)，造成混凝土分層、離析，特別是梁板結(jié)構(gòu)的板，由于混凝土的離析，上部出現(xiàn)富水泥漿層，收縮大，引起板面裂縫。

目前普遍采用的商品混凝土，為了保證商品混凝土的流動(dòng)性能，坍落度較大（一般在12cm－20cm之間），因此其水灰比較大，一般在0．4－0，6之間。而混凝土中參與水化反應(yīng)的水量一般為20－25％，大部分水是為了保證混凝土和易性的要求，這些水在蒸發(fā)后會(huì)在混凝土中產(chǎn)生大量毛細(xì)孔增加混凝土的收縮。水灰比的增大，增大了混凝土的收縮。

2）混凝土強(qiáng)度高、水泥用量過大

混凝土強(qiáng)度高，水泥用量就大，同樣會(huì)增加混凝土的收縮變形。工程中，為了提高混凝土的強(qiáng)度，水泥用量從過去的300kg／m’增加到了400kg／m’。增加水泥用量，水化熱就高，混凝土的收縮變形也增加。水泥標(biāo)號(hào)越高，越快硬高強(qiáng)，水泥水化的發(fā)熱量就越大，收縮也會(huì)越大。

如北京幕住宅樓樓板設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C25，試塊混凝土強(qiáng)度達(dá)到47．5Mpa，現(xiàn)場檢測(cè)混凝土強(qiáng)度達(dá)到40MPa。該批混凝土為現(xiàn)場攪拌混凝土，經(jīng)審核，發(fā)現(xiàn)水泥用量大，導(dǎo)致混凝土收縮過大，出現(xiàn)裂縫。

3）粉狀摻合料大、品質(zhì)不良引起的裂縫

粉劑摻合料的使用，如摻加硅粉、粉煤灰、礦渣等，也會(huì)增加混凝土的收縮。粉狀材料的用量越大，收縮也越大。如某工程使用某攪拌站提供的免振搗自流平商品混凝土施工，施工后，剪力墻及頂板出現(xiàn)裂縫，經(jīng)檢查，該批混凝土的粉煤灰用量及砂率偏大，其研制報(bào)告提供的自收縮量遠(yuǎn)大于混凝土的收縮值。

4）粗骨料用量減少和粒徑減小

為了保證混凝土的可泵性，工程中一般選用較小粒徑的粗骨料，或減少粗骨料的用量。粗骨料的用量的減少和粗骨料粒徑的減小，會(huì)使混凝土的體積穩(wěn)定性下降，不穩(wěn)定性變大，從而增大了混凝土收縮。過去混凝土的收縮為3m微應(yīng)變（卜叫，現(xiàn)在達(dá)到400微應(yīng)變（pmX而泵送混凝土500微應(yīng)變…m人?趙卜細(xì)骨料含泥量大，也會(huì)導(dǎo)致混凝土收縮量大，出現(xiàn)裂縫。如北京某綜合樓樓板采用商、品混凝土，混凝土澆注1天，就發(fā)現(xiàn)板面出現(xiàn)裂紋，幾個(gè)月后裂縫伸展至板底，形成網(wǎng)狀裂縫，經(jīng)檢查，該批混凝土使用了堆場底部砂，由于露天堆場，雨水作用，底部砂子的含泥量大，超過規(guī)范規(guī)定的3％要求，致使混凝土收縮大，出現(xiàn)裂縫。

5）外加劑應(yīng)用不當(dāng)引起的裂縫

目前混凝土中外加劑起著不可替代的作用，但外加劑應(yīng)用不當(dāng)會(huì)直接引起混凝土種種質(zhì)量問題，并且外加劑的使用也會(huì)增大混凝土的收縮。一般情況，使用外加劑后混凝土的收縮量大約要增大30％一38％。

A、外加劑與水泥的適應(yīng)性不好

外加劑與水泥的適應(yīng)性不好，將導(dǎo)致水泥假凝、泌水等，增加混凝土收縮，從而導(dǎo)致混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。

B、早強(qiáng)促凝劑的使用

由于工期模板周轉(zhuǎn)及冬季施工的需要，混凝土中往往摻加早強(qiáng)促凝劑，早強(qiáng)促凝劑的使用，特別是CaCI。使用會(huì)顯著增加混凝土的收縮值，引起混凝土構(gòu)件開裂。

C、緩凝劑的使用

高效減水劑的使用需要克服的關(guān)鍵問題是坍落度損失問題，為解決坍落度的損失，高效減水劑往往復(fù)配緩凝劑，由于用于復(fù)配緩凝劑的品種繁多，部分緩凝劑會(huì)增加混凝土的收縮值，導(dǎo)致混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。D、微膨脹劑的使用在整體澆注混凝土中使用UEA等微膨脹劑，只是對(duì)混凝土的一收縮時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，而不能改變混凝土的總收縮一一都不能發(fā)揮其微膨脹的作用。因此，往往摻加UEA等微膨脹劑的墻板構(gòu)件仍然會(huì)出現(xiàn)收縮裂縫。如某博物院地下珍寶館墻板工程，由于使用微膨脹劑，沒有進(jìn)行水養(yǎng)護(hù)，而是采用定時(shí)的澆水養(yǎng)護(hù)，結(jié)果墻板仍然開裂。

2．設(shè)計(jì)原因

1）建筑平面

收縮裂縫往往出現(xiàn)在收縮應(yīng)力集中的薄弱截面上，如結(jié)構(gòu)的凹凸處和角部。建筑設(shè)計(jì)中，一般只注重建筑功能而忽視結(jié)構(gòu)問題。建筑平面不規(guī)則，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)沒有采取加強(qiáng)措施，在凹凸角處容易產(chǎn)生溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力集中，而造成板開裂。

2）樓板配筋

板配筋間距偏大，特別是板面抵抗負(fù)彎矩的鋼筋未通長設(shè)置，致使在靠近板邊緣處沿負(fù)彎矩筋端部出現(xiàn)裂縫。而在房屋角部的板角處，由于收縮是雙向的，由于沒有配置足夠的構(gòu)造鋼筋，因此產(chǎn)生45O斜裂縫。

3）樓板厚度

樓板厚度不足也是引起裂縫的原因之一。鋼筋混凝土構(gòu)件的受力是由鋼筋與混凝土共同承擔(dān)的，板件過薄，板的剛度勢(shì)必減弱，受拉鋼筋和受壓混凝土應(yīng)力增大，板因此開裂。

4）樓板中暗埋PVC管

由于樓板較薄，因此在埋有PVC管線處樓板截面削弱很大，而樓板跨中部位一般只有一層下部鋼筋，容易出現(xiàn)順著PVC管線走向的裂縫，如我們發(fā)現(xiàn)板中部的通長裂縫經(jīng)常從燈頭處穿過。

3．施工原因

1）混凝土強(qiáng)度的影響

混凝土強(qiáng)度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求，同時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度降低，從而引起樓板開裂。如某住宅樓樓板，設(shè)計(jì)要求混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C20，而實(shí)測(cè)混凝土強(qiáng)度僅達(dá)到14．SMPa，強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

另一種情況是施工中混凝土強(qiáng)度提高太多也會(huì)產(chǎn)生裂縫?；炷翉?qiáng)度提高一個(gè)等級(jí)，混凝土的彈性模量隨之提高約1倍，而抗拉強(qiáng)度卻只提高0．5倍?；炷恋膹椥阅Ａ吭酱?，對(duì)變形越敏感，收縮變化也越大，因而也更易出現(xiàn)裂縫。

2）配筋和樓板厚度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求

施工中，由于鋼筋配置不符合要求、鋼筋間距偏大和樓板厚度不符合設(shè)計(jì)要求，均會(huì)導(dǎo)致樓板開裂。嚴(yán)重時(shí)，由于施工中擅自減小配筋量，則會(huì)引起構(gòu)件的安全問題。

3）鋼筋保護(hù)層偏大

施工澆注混凝土?xí)r為鋪設(shè)跳板，施工人員在鋼筋上踩踏，致使上層鋼筋的保護(hù)層厚度偏大，引起板面開裂。特別是負(fù)彎矩鋼筋沒有通長配置時(shí)，裂縫往往會(huì)出現(xiàn)在負(fù)彎矩鋼筋的端部，沿板邊緣近似成直線發(fā)展。

4）未采取適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)措鵬”

混凝土澆注后，沒有按要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致板收縮開裂。如摻加外加劑、硅灰、礦渣或粉煤灰混凝土等，必須嚴(yán)格養(yǎng)護(hù)，才能達(dá)到提高強(qiáng)度同時(shí)控制收縮裂縫的出現(xiàn)或發(fā)展。

3預(yù)防措施的探討

混凝土收縮開裂是與材料性能有關(guān)的固有特性。要想完全阻止裂縫的開展是不可能的，只能從設(shè)計(jì)、施工以及材料等方面加以改進(jìn)，防止和釋放收縮變形產(chǎn)生的應(yīng)力集中，以減小和細(xì)化裂縫。

1．設(shè)計(jì)方面

設(shè)計(jì)人員應(yīng)在設(shè)計(jì)構(gòu)造上采取適當(dāng)?shù)拇胧?，提高?gòu)件抵抗收縮應(yīng)力的能力，如：

1）適當(dāng)加大板的厚度；

2）在同樣配筋率的情況下盡量減小鋼筋間距，鋼筋間距不宜大于150mm；

3）采用雙層雙向配筋或在板面無負(fù)筋處配置雙向鋼筋網(wǎng)；

4）在板角部位配置與對(duì)角線平行的角部加強(qiáng)鋼筋；

5）采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土板，是防止樓板開裂的最有效的方法之一。

2．施工