【文章內(nèi)容簡介】 連續(xù)板 ,結構布置如圖 .板厚為 120mm,受力鋼筋為 216。8@200，均為 I級 (HPB235)鋼。 X向框架梁截面為 250mm550mm，受力鋼筋為 6216。20,Y向框架截面為 250mmx700mm，受力鋼筋為 6216。20，均為Ⅱ級 (HRB335)鋼 .梁、板均采用 C25商品混凝土 ,其實測抗拉強度為 。工程完工后兩個月發(fā)現(xiàn) ,在多層樓板中 ,縱向中間部位出現(xiàn)貫通裂縫 ,且上下寬度相同 ,裂縫的走向與樓梯板長向垂直，裂縫寬度超過 ,板角也出現(xiàn)了 45。 斜裂縫 ,裂縫的形態(tài)如圖 。 圖 結構布置圖 圖 裂縫形態(tài)圖 結合工程經(jīng)驗和以上 2個事例分析出 :裂縫產(chǎn)生的普遍原因是由設計有 誤、材料選擇不當、溫度變化，施工因素，養(yǎng)護不到位等因素產(chǎn)生的，而且這幾類因素往往是共同作用的，一旦設計人員所采用的構造措施考慮不夠周全，將直接導致大體積構件的混凝土因承擔不了過大的拉應力而開裂。如果混凝土構件裂縫得不到有效的預防和控制，裂縫將由表及里不斷發(fā)展，并最終形成貫穿裂縫，對主體結構的整體安全性和使用壽命將會帶來非常不利的影響。從技術的角度分析，混凝土結構產(chǎn)生裂縫的原因主要有以下幾點 : ?水泥。水泥是一種水硬性的膠凝材料，其品種很多，在我國主要有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等，他們都是由水泥熟料加上各種 不同的添加材料生成的。水泥熟料一般為硅酸三鈣、硅酸四鈣、鋁酸三鈣、鐵鋁酸四鈣組成。不同品種水泥的收縮值取決于 C3A、 SO石膏的含量及水泥細度等。一般說， C3A 含量大，細度較細的水泥收縮較大。石膏含量不足的水泥，具有較大的收縮，而 SO3的含量對混凝土收縮的影響顯著。而有些水泥熟料中含有的少量 MgO 在混凝土硬化后期緩慢水化產(chǎn)生的微膨脹作用，可以起到補償降溫階段的體積收縮，減少或避免混凝土裂縫。從《混凝土結構設計原理》 [12]中我們可以參照表 。 混凝土裂縫控制與成因分析 10 表 水泥的性能參數(shù) 由表可知，在水泥比面積和標準稠度一定的的條件下抗壓強度和抗折隨著天數(shù)的延長而增大。 （ 2）混合材料。其種類、摻量和比表面積的大小是影響水泥干縮性的主要因素。粉煤灰的比表面積最小，混 凝土干燥收縮隨粉煤灰摻量的增加而減小。實驗證明，摻與不摻粉煤灰對混凝土的裂縫影響不大。但在實際施工中若不能嚴格控制混合比，也會導致裂縫。 （ 3）骨料?；炷潦湛s隨骨料含量的增加而減小，隨骨料彈性模量的增加而減小，同時，又隨骨料中粘土含量的增加而增大。 （ 4）混凝土配合比。通過查閱大量文獻資料發(fā)現(xiàn)，一般作為建筑的大體積混凝土自身強度都不高。為了了解混凝土具體強度，我們采用配制 C C C40 等較低強度等級的普通混凝土進行試驗，其配合比如表 所示。 表 混凝土配合比 組號 水膠比 單方材料用量（ kg/m3） 水泥 石粉 粉煤灰 砂 小石子 （ 510mm） 大石子 （ 1020mm） 水 外加劑 C20 220 80 50 603 634 634 185 C30 280 50 30 629 631 631 175 比表面積 （ kg/m2） 標準稠度 （ %） 初凝時間 終凝時間 安定性 （餅法） 抗壓強度 （ MPa） 抗折強度 （ MPa） 3d 28d 3d 28d 314 180min 240min 未見裂紋 未見翹曲 30.9 55.7 混凝土裂縫控制與成因分析 11 C40 330 30 30 607 638 638 160 試驗所選用混凝土試件為 100 100 100 的非標準尺寸試件其抗壓強度如下表 所示。 表 混凝土實際強度 在原料一定的條件下，混凝土配合比對收縮有很大的影響，包括單位用水量、單位水泥用量、水灰比、砂率及灰漿比等參數(shù)?；炷潦湛s主要取決于單位用水量和水泥用量，而用水量的影響比水泥用量大。在用水量一定的條件下，混凝土收縮隨水泥用量的增大而加大，但增大的幅度較??；在水灰比一定的條件下，混凝土收縮隨水灰比的增加而明顯增大；在配合比相同條件下，混凝土干縮隨砂率增大而加大，但增 大的幅度較小。 （ 5） 外加劑的種類和摻量。 試驗中共安排了五種外加劑：三種減縮劑和兩種減水劑 (一種為普通萘系 減水劑，另外一種為有部分緩凝效果的高效減水劑 )，試驗中保持水灰比為 0． 26 不變。時間結果見下表 (1為不摻外加劑的對比試樣 )： 表 外加劑對膠凝體系開裂時間的影響 編號 1 2 3 4 5 6 開裂時間（ h） 34 10 14 9 可見： （ 1）減縮劑的加入總體上 都推遲了膠凝體系的開裂時間，尤其編號為 2的減 縮劑大大提高了體系的抗裂性能。 （ 2）減水劑對膠凝體系的開裂時間是有影響的，不同減水劑的作用情況不同。 摻用化學外加劑會使混凝土收縮有不同程度的增大。摻減水劑用于改善混凝土和易性，增大坍落度。摻減水劑的混凝土收縮值略大于不摻減水劑的混凝土。摻減水劑組號 3d 7d 28d C20 C30 C40 混凝土裂縫控制與成因分析 12 用于減水，提高強度或節(jié)約水泥，混凝土摻減水劑后收縮接近或小于不摻的收縮值。摻氯化鈣早強劑的混凝土收縮比不摻的明顯增大，隨氯化鈣摻量的增大而成倍增長。而摻三乙醇胺與氯化鈉復合劑混凝土收縮比不摻的大，但增 大的幅度比摻氯化鈣早強劑的要小。 施工因素 ： （ 1）混凝土的制備與澆筑。①泵送混凝土為了滿足泵送條件，需要增加水泥和水的用量，水灰比比較大，易產(chǎn)生局部粗骨料少、砂漿多的現(xiàn)象，混凝土脫水干縮時，就會產(chǎn)生表面裂縫。②外加劑拌合不均勻導致外加劑損失較大，不能充分發(fā)揮作用。③混凝土攪拌時間不足，骨料分布不合理，收縮不均勻。④骨料及拌合水溫度偏高，使得澆筑溫度過高。⑤攪拌和運輸時間過長，使混凝土拌合物出現(xiàn)離析、泌水和沉陷。⑥澆筑不連貫，順序不合理，出現(xiàn)施工“冷縫”或施工縫處理不當。⑦澆筑速度過快，搗固 不足或過度振搗使混凝土產(chǎn)生離析和泌水，在表面形成水泥含量較多的砂漿層。⑧混凝土終凝前鋼筋被擾動。⑨混凝土澆筑過程中，未能很好地保護樓板負筋，使截面有效高度減小。⑩混凝土保護層過薄或保護層處集料過少。 （ 2）模板施工。①梁板支撐剛度差異或模板撓度過大，造成模板支撐下沉變形過大。②施工期間過度震動和其他人為因素使支撐剛度變異部位出現(xiàn)多次瞬間相對位移。③拆模過早，混凝土硬化前過早承載或受到振動。④模板縫隙不嚴實造成漏漿、滲水。 （ 3）混凝土澆搗后抹干壓光。過度的抹平壓光會使混凝土的細骨料過多地浮到表面 ，形成含水量很大的水泥漿層，水泥漿中的氫氧化鈣與空氣中二氧化碳作用生成碳酸鈣，引起表面體積碳水化收縮，導致混凝土板表面龜裂。 混凝土養(yǎng)護不當 主要有： （ 1）過早養(yǎng)護會影響混凝土的膠結能力。 （ 2）過遲養(yǎng)護，由于受風吹日曬 ,混凝土板表面游離水分蒸發(fā)過快 ,水泥缺乏必要的水化水 ,而產(chǎn)生急劇的體積收縮 ,此時混凝土早期強度低 ,不能抵抗這種應力而產(chǎn)生開裂。特別是夏、冬兩季，因晝夜溫差大，養(yǎng)護不當最易產(chǎn)生溫差裂縫。 （ 3）后期養(yǎng)護不夠，使混凝土碳化加劇，造成碳化收縮。 （ 4）混凝土養(yǎng) 護初期受凍產(chǎn)生裂縫。 （ 5）混凝土終凝初期，施工機具和材料集中，或過早進行下道工序施工，造成較大施工荷載和震動，使其產(chǎn)生裂縫。 現(xiàn)場養(yǎng)護不當是造成混凝土收縮開裂最主要的原因?；炷翝仓?，若表面不及時覆蓋、澆水養(yǎng)護，表面水分迅速蒸發(fā)，很容易產(chǎn)生收縮裂縫。特別是在氣溫高、相對濕度低、風速大的情況下，干縮更容易發(fā)生。有資料表明，當風速為 16m/ s 時，混凝土裂縫控制與成因分析 13 混凝土中的水分蒸發(fā)速度為無風時的四倍。一些高層建筑的樓面為什么更容易產(chǎn)生裂縫，就是因為高空中的風速比地面大。 目前，許多施工工地在澆筑混凝土 時，都不能做到及時覆蓋保溫養(yǎng)護。一般總要等到最后一遍抹光結束后才覆蓋，還有好多工地根本不蓋。曾經(jīng)某毛紡廠的一大型車間二層樓面的泵送施工。樓面面積達 1 萬 m2左右，混凝土強度等級為 C30 ，并摻加了膨脹劑。時值盛夏，氣溫很高，混凝土的水分蒸發(fā)很快，施工人手不夠多，澆筑好的混凝土在烈日下曝曬。結果混凝土是前澆后裂。同樣的情況還在泰興某商城三層樓面上見到過。新澆的混凝土在似火驕陽下曬了兩天，一點遮蓋都沒有，表面就出現(xiàn)了裂縫，而施工方只是派人隔幾小時上去澆一次水。試想混凝土表面被太陽曬得高達四、五十度，冰冷的自來水澆 上去無疑是雪上加霜。冷縮促使裂縫更快擴展。正確的做法是在第一次抹平后，立即用塑料薄膜覆蓋，不讓水分跑掉，依靠混凝土自身的水分進行保濕養(yǎng)護。需進行第二次抹光時，揭開薄膜，抹完了仍要蓋好。 對于高性能混凝土，由于水灰比小，膠凝材料用量大，混凝土密實性好，泌水少，若保養(yǎng)不好，干縮情況更嚴重。因此，有學者認為，當混凝土拌合物表面的水分蒸發(fā)速率超過 0． 5kg/m2 h 時，將引起混凝土的干縮。對于保濕養(yǎng)護的時間，肯定是時間越長越好。養(yǎng)護 14 天的收縮比只養(yǎng)護 3 天的收縮降低約 20 % 。因此，國家驗收規(guī)范規(guī)定 混凝土澆筑后的保溫養(yǎng)護時間不得少于 14 天。但在這一點上絕大多數(shù)施工人員都做不到，所以混凝土出現(xiàn)干縮裂縫就在所難免了。 施工過程中溫度控制不準 空氣的相對濕度和溫度都會對混凝土收縮產(chǎn)生影響。長期風吹日曬會使混凝土收縮增大?；炷羶?nèi)外溫差也會引起溫度裂縫。例如寒潮侵襲、陽光暴曬后突然下雨、氣溫晝夜溫差大等，都會使混凝土內(nèi)部與表層產(chǎn)生很大溫差，內(nèi)部溫度對表層起約束作用，就會導致裂縫。 事例 10 號線的中間站，車站位于東三環(huán)與朝陽北路的交叉路口，呈南北走向，為分離島式暗挖車站。車站為 全埋地下車站，采用暗挖法施工，車站為雙層結構，邊墻混凝土厚 60cm，底板厚 120cm，屬大體積混凝土結構。 大體積混凝土在施工過程中，混凝土內(nèi)部由于水化熱的原因，混凝土內(nèi)部的溫度比表面的溫度高出很多，大量水化熱得不到散發(fā)，在降溫過程中由于溫差比較大內(nèi)外收縮不同步，外部的收縮超過了混凝土的抗拉強度，造成混凝土開裂。呼家樓車站屬于地下工程，混凝土結構較厚，采取撒水養(yǎng)生，對溫差引起的裂縫較難控制。由于開始施工時每板分塊較長，現(xiàn)場裂縫部位大多出現(xiàn)在板間，隨后通過調整每板澆筑長度，有效地控制了溫差裂縫。 溫差應力產(chǎn)生裂縫。對于溫差收縮裂縫，施工單位往往只注重名義上的大體積混凝土，而忽視其他結構；只重視混凝土內(nèi)外的溫差，忽視環(huán)境溫差。對于大體積混凝土，美國混凝土協(xié)會給出了這樣的定義：任意體量的混凝土，其尺寸大到足以必須采混凝土裂縫控制與成因分析 14 取措施減小由于體積變形引起的裂縫，統(tǒng)稱為大體積混凝土。在實際工程中，真正的大體積混凝土，如厚大的地下室底板，由于其厚度大，抗拉力大，即使內(nèi)部溫度很高，也很少出現(xiàn)裂縫。如常州市椿庭大樓地下室底板和常州市醫(yī)院病房大樓地下室底板，混凝土設計強度等級均為 C50 ，底板厚度均達 2m。當時由于原材料供 應的限制，只能采用 525R 普水泥拌制。測溫顯示，內(nèi)部最高溫度曾接近 90℃，但最終均未發(fā)生溫差收縮裂縫。相反，在常州金源大廈地下室墻板工程上，澆筑頂板前，墻板完好，等到頂板澆筑后沒幾天，墻板外側即出現(xiàn)許多裂縫。經(jīng)分析，一致認為是溫差濕差雙重因素造成的。因為當時正值冬季，墻板澆筑后又沒有及時回填土，頂板一澆，地下室里面由于地溫地濕而保持著較好的溫濕度，外墻則處在凜冽的寒風中，溫濕度都很低，墻板內(nèi)外兩側由于環(huán)境因素造成了溫濕度差而產(chǎn)生裂縫。因此，對于像地下室墻板這樣的雖非大體積卻存在環(huán)境溫濕度差的混凝土結構，更 要注意防止溫差裂縫的發(fā)生。[13] 設計原因 再看兩個實例： （ 1） 常州新區(qū)電信局綜合樓，地上七層，每層十間，地下為一半地下室。地上的一半除東西邊上兩間外，其余每間都開有一個氣窗。間與間之間有一根大梁橫跨南北，大梁由與地下室外墻連在一起的邊柱支撐著，中間無柱。工程竣工后兩個月，每個氣窗的下角處都出現(xiàn)了“八”字形的裂縫。而邊上兩間由于沒留窗洞，就沒有出現(xiàn)開裂。后經(jīng)分析，認為是基礎不均勻沉降引起的。因為氣窗下面的地基只需承受不足兩米高的墻體的重量，而氣窗兩側的地基則要承受七層樓的份量，沉降自然不一樣 。裂縫即從最薄弱的窗角處開始。 （ 2） 常州市機關房產(chǎn)大樓地下室墻板，在邊柱與墻板之間的陰角處出現(xiàn)有規(guī)律的裂縫。經(jīng)專家們會診，一致認為主要是墻板配筋問題。因此對地下室墻體，構造筋必須增強，配筋率要提高，宜不低于 0． 5 % ，同時宜采取直徑較小、間距不大于 150mm的配筋，以提高鋼筋混凝土的極限拉伸變形值和分散收縮應力。邊柱與墻的配筋率不同，收縮落差不同。它們的連接處容易發(fā)生豎向裂縫。所以，此處應插入長 1m～ 15m 的水平增強筋。對于混凝土樓板