摘要　由于种种原因,在建筑工程中混凝土结构会出现裂缝,导致施工困难或者出现危险,如何控制裂缝的出现成为混凝土结构使用的必须考虑的问题。本来主要就从混凝土结构出现裂缝的原因出发,讨论了控制裂缝的措施。
　　关键词　混凝土结构;裂缝控制;建筑工程
　　
　　混凝土结构在现代工程建设中有着广泛的应用,比如各种型式的混凝土大坝、桥梁港工建筑物、高层建筑的地下室混凝土底板以及很多大型设备的基础承台等都是用混凝土浇筑而成的。建筑物的渗漏和破坏往往始于裂缝,所以人们一般把裂缝的出现视作危险的征兆,甚至产生“裂缝恐惧症”。多年来,通过大量混凝土试验研究,已经证实了在尚未受荷的钢筋混凝土结构中存在着肉眼看不见的微观裂缝(简称微裂)。可以说,混凝土出现裂缝是绝对的,没有裂缝是相对的。所谓“裂缝控制”就是通过适当的技术措施控制建筑物使其不产生有害裂缝,达到抗裂防渗等目的。
　　
　　一、裂缝产生的原因分析
　　
　　根据有关资料,由施工因素造成的混凝土早期裂缝占80%左右,因混凝土材料方面的原因造成的裂缝占15%左右,因设计不当造成的裂缝占5%左右。按照技术规程,混凝土裂缝的产生主要与材料、施工、设计、使用环境等有关。因此,下面就这几个方面讨论产生裂缝的原因。
　　
　　1、混凝土本身因素的影响
　　(1)混凝土在抵抗物理、化学作用下产生变形的能力。体积稳定性不好的混凝土容易开裂,使混凝土的抗渗性等物理、化学性能降低,溶液性的物质渗透到混凝土中,从而造成混凝土的耐久性能下降。(2)在没有负载的情况下,混凝土往往由于收缩变形(自收缩、干燥收缩、塑性收缩、温度收缩、化学减缩、碳化收缩、沉降收缩等)而导致开裂。(3)混凝土结构在任意荷载作用下,除了发生弹性变形外,还产生一种随时间缓慢增加的非弹性变形,称为“徐变变形”。徐变变形比瞬时弹性变形大1-3倍。这种徐变变形的性质,是混凝土内部质点的粘性滑动现象。(4)混凝土中骨料界面处常由于水膜层或气孔的存在造成局部的结构疏松,形成孔隙与水化品体的富集与定向排列。在荷载的作用和微裂缝的引发作用下,原生孔缝和次生缝互相连通导致混凝土结构破坏。另外混凝土所用材料的也会对裂缝产生一定的影响。
　　
　　2、结构设计方面的因素
　　我们在进行结构计算的时候,总是先对结构物的受力体系作一些假定,而很多结构物的实际工作状态与常规的计算模型有一定的出入,使得内力计算的结果与实际不符,这些假定的常规计算模型之外的内力往往会引起结构裂缝。
　　
　　3、施工方面的因素
　　(1)违章施工、不当施工造成混凝土裂缝。(2)不正确的振捣方式会造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂,或造成混凝土砂浆大量向低处流淌致使混凝土产生不均匀沉降收缩而在结构厚薄交界处出现裂缝。(3)现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因。
　　
　　4、环境气候的因素
　　混凝土结构施工期间,外界气温的变化情况对防止大体积混凝土开裂有重大影响。外界气温越高,混凝土的浇筑温度也越高。如果外界温度下降,会增加混凝土的降温幅度,特别是在外界温度骤降时,会增加外层混凝土与内部混凝土的温差,这时对大体积混凝土抗裂极为不利。
　　
　　二、建筑工程中混凝土结构裂缝控制
　　
　　既然混凝土工程的裂缝受结构设计,混凝土原材料、配合比、施工方法、施工质量、养护、环境等多种因素的影响,那么进行混凝土工程的裂缝控制就应该从多方面采取综合性措施,加大技术投入,健全技术管理制度,实现混凝土工程跟踪、监测、监控,建立混凝土的制备及施工工艺,进行严格的质量控制和管理,有一个环节没有处理好就有可能导致混凝土开裂。
　　
　　1、混凝土材料方面的选择
　　在材料方面控制混凝土的开裂,主要从减小混凝土的收缩,降低水化热,增强混凝土抗拉强度等方面人手。
　　(I)由于水泥水化热而导致的温度应力是混凝土产生裂缝的主要原因。所以合理利用混凝土原材料,首先应优先使用低热和中低热水泥。其次,可通过采取适当的措施减少水泥用量来控制混凝土的温升,降低温度应力,减少混凝土开裂的可能性。再其次,在便于施工操作并保证振捣密实的前提下,混凝土应尽可能取较小的坍落度,减少用水量,并把离析、泌水现象降到最低程度。
　　(2)选择骨料时应优先选用热膨胀系数小、含泥量低的骨料,并强调骨料的连续级配。在裂缝控制中决定混凝土抗力的抗拉强度(即极限拉伸)的提高不足以弥补增大的水化热所带来的负面影响。为了解决泵送混凝土的问题合理地选择外加剂就十分重要。(3)大体积混凝土的配合比设计要在满足设计与施工要求的强度、耐久性及和易性的条件下,尽量减少水泥用量。水泥的用量不但直接影响到水化热和收缩,而且与经济技术指标密切相关。减少水泥用量既对裂缝控制有利,又可以降低工程投资。
　　
　　2、结构设计方面措施
　　避免混凝土开裂,在设计上要进行混凝土的抗裂设计,主要是指合理地设计平面和立面,避免截面的突变,从而减小约束应力;合理布置分布钢筋,尽量采用小直径、小间距;变截面处加强分布钢筋;避免选用高强度混凝土,充分利用混凝土60天或90天强度;采用滑动层来减小基础的约束等。
　　(1)设置分布钢筋的影响。
　　混凝土结构裂缝一般均由拉应力引起。材料的极限拉伸是指最终相对拉伸变形。混凝土材料结构是非均质的,承受拉力作用时,截面中各质点受力是不均匀的,有大量不规则的应力集中点,这些点由于应力首先达到抗拉强度极限,引起了局部塑性变形,如不配筋,便在应力集中处出现裂缝。如进行适当的配筋,钢筋将约束混凝土的塑性变形,从而分担混凝土的内应力,推迟混凝土裂缝的出现,同时也提高了混凝土的极限拉伸。大量的工程实践证明了适当的构造配筋能够控制温度收缩裂缝。根据实践经验,在混凝土结构中适当地配置细而密的构造钢筋,无论对于温度应力或收缩应力,都能提高结构的抗裂性能。
　　(2)抗与放相结合的设计原则
　　“抗”与“放”是目前大体积混凝土裂缝控制的主要原则。在许多情况下,我们更适合采取“抗放兼施”的方法,使结构既不产生很大的变位,又不产生很大的应力,确保承载力极限状态,又满足使用极限状态。这一原则与一方面提高结构的“抗力”,另一方面降低外来的“作用力”原则是一致的。
　　(3)地基处理。
　　减小地基对混凝土基础的阻力,可以减小温度应力,避免发生温度裂缝。当地基为软土层时,可以优先考虑采用砂垫层加固地基。砂垫层不但可以提高地基的承载力,减小地下水或地表水的影响,而且还可以减小地基对混凝土基础的约束作用;当地基为坚硬的基岩或老混凝土基层时,可考虑在基础底部设置滑动层。
　　
　　3、施工技术措施
　　(1)混凝土的浇筑与振捣
　　为了进一步提高混凝土质量,可采用二次投料的砂浆裹石或净浆裹石搅拌新工艺。这样可以有效地防止水分向石子与水泥砂浆界面的集中,使硬化后的界面过渡层的结构致密,粘结加强,从而使混凝土强度提高10%左右,也提高了混凝土的抗拉强度和极限拉伸值。当混凝土强度基本相同时,可减少7%左右的水泥用量。其次,对浇筑后的混凝土进行二次振捣,能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙,提高混凝土与钢筋的握裹力,防止因混凝土沉落而出现的裂缝,减少内部微裂缝,增加混凝土密实度,使混凝土的抗压强度提高10%-20%左右,从而提高抗裂性。
　　(2)控制混凝土的出机温度和浇筑温度
　　在施工中为了降低混凝土的出机温度,应采取有效的方法降低石子的温度。在气温较高时,为了防止太阳的直接辐射。可在砂、石子堆场搭设简易遮阳装置,必要时可向骨料喷射水雾或使用前用冷水冲洗骨料。
　　其次应适当地控制混凝土的浇筑温度。一般情况下,混凝土的最高浇筑温度应控制在40℃以下。降低浇筑温度的主要措施有;预冷骨料(水冷法、气冷法等)和加冰搅拌等。浇筑时间尽量安排在低温季节或夜间,在高温季节施工时,应采取减小混凝土温度回升的措施,如尽量缩短混凝土的运输时间,泵管进行覆盖,加快混凝土的入仓覆盖速度,缩短混凝土的暴晒时间,混凝土运输工具应有隔热、遮阳措施等。
　　(3)混凝土的散热
　　为了有效降低大体积混凝土的内外温差,在大体积混凝土施工过程中常采用分块浇筑。另外使用冷却水,通过水管内部循环冷却水带走混凝土内部的部分热量,降低混凝土绝对温升最高值,减缓混凝土水化热峰值持续时间,减轻混凝土保温养护的压力和缩短养护时间,从而实现大体积混凝土裂缝的控制。
　　(4)加强混凝土的养护
　　早期保水养护不足对所有混凝土的强度发展和耐久性都有不利的影响。补给水分的方法有淋水,铺设湿砂层、湿麻袋或草袋等,最好再在表面盖一层塑料薄膜,这样水既可渗入,又能起到保湿的作用。另外进行保温养护,利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升,使结构物在养护过程中,表面降温速度减缓,这样就控制了混凝土的内外温差,从而防止混凝土因温度过大引起变形而产生的温度裂缝。采用保温养护的大体积混凝土,应注意保温材料的覆盖时间,在炎热的夏季,如果在混凝土浇筑后立即覆盖保温材料,不利于降低混凝土内部的最高温度,增加了后期产生深层裂缝的危险性。所以应通过调整保温的时间来控制内外温差在允许的范围内。若气温较低,混凝土浇筑后应立即保温养护,而在夏季气温较高时,宜在混凝土开始降温时进行保温养护。
　　施工中采取合理的技术措施也很重要,例如采用带模养护、推迟拆模时间等方法都对防止裂缝有很大的作用。
　　(5)防风和回填
　　外部气候也是影响混凝土裂缝发生和开展的因素之一,其中风速对于混凝土的水分蒸发有直接影响,不可忽视。必要时应采取措施如搭设防风墙等进行防风。土是最佳的养护介质,地下室外墙混凝土施工完毕后在条件允许的情况下应尽快回填。