【正文】 圖 鋼筋混凝土的劣化過程 混凝土開裂的深層原因 導(dǎo)致混凝土開裂的因素很多，從受力角度分析，主要來自如下 3個方 面： a. 直接應(yīng)力的作用； b. 間接應(yīng)力的作用； c. 混凝土早期變形產(chǎn)生的應(yīng)力作用。 圖 帶裂縫試件的受力狀態(tài) 0 位移/ mm應(yīng)力/Mpa12345678 圖 裂縫對混凝土荷載 位移曲線的影響 混凝土開裂，結(jié)構(gòu)耐久性能劣化 混凝土劣化過程大致可分為 3個階段（見圖 [15]）。 （ 2）裂縫隨著環(huán)境載荷作用的不斷變化將削弱混凝土建筑物的剛度（見圖 ）。其中，最常見的現(xiàn)象是混凝土裂縫控制與成因分析 15 混凝土開裂、表面剝落，甚至整體服役性能的喪失。 混凝土在未開裂前是一個不透水，但存在不連續(xù)微裂縫且多孔的結(jié)構(gòu)。樓板混凝土強度則不宜過高，以不超過 C30 為宜。把樓板加厚也是抑制裂縫的辦法之一。對于混凝土樓板宜采用細而密的雙層構(gòu)造配筋，以抑制裂縫發(fā)生。它們的連接處容易發(fā)生豎向裂縫。因此對地下室墻體，構(gòu)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(yīng)力。 （ 2） 常州市機關(guān)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。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(cè)的地基則要承受七層樓的份量，沉降自然不一樣 。而邊上兩間由于沒留窗洞，就沒有出現(xiàn)開裂。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。[13] 設(shè)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。因為當(dāng)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(fēng)中，溫濕度都很低，墻板內(nèi)外兩側(cè)由于環(huán)境因素造成了溫濕度差而產(chǎn)生裂縫。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(cè)即出現(xiàn)許多裂縫。當(dāng)時由于原材料供 應(yīng)的限制，只能采用 525R 普水泥拌制。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。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(jié)構(gòu)；只重視混凝土內(nèi)外的溫差，忽視環(huán)境溫差。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(diào)整每板澆筑長度，有效地控制了溫差裂縫。 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。 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。混凝土內(nèi)外溫差也會引起溫度裂縫。 施工過程中溫度控制不準(zhǔn) 空氣的相對濕度和溫度都會對混凝土收縮產(chǎn)生影響。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。對于保濕養(yǎng)護的時間，肯定是時間越長越好。因此，有學(xué)者認為，當(dāng)混凝土拌合物表面的水分蒸發(fā)速率超過 0． 5kg/m2需進行第二次抹光時，揭開薄膜，抹完了仍要蓋好。冷縮促使裂縫更快擴展。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。結(jié)果混凝土是前澆后裂。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。一般總要等到最后一遍抹光結(jié)束后才覆蓋，還有好多工地根本不蓋。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(fēng)速比地面大。特別是在氣溫高、相對濕度低、風(fēng)速大的情況下，干縮更容易發(fā)生。 現(xiàn)場養(yǎng)護不當(dāng)是造成混凝土收縮開裂最主要的原因。 （ 4）混凝土養(yǎng) 護初期受凍產(chǎn)生裂縫。特別是夏、冬兩季，因晝夜溫差大，養(yǎng)護不當(dāng)最易產(chǎn)生溫差裂縫。 混凝土養(yǎng)護不當(dāng) 主要有： （ 1）過早養(yǎng)護會影響混凝土的膠結(jié)能力。 （ 3）混凝土澆搗后抹干壓光。③拆模過早，混凝土硬化前過早承載或受到振動。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。⑩混凝土保護層過薄或保護層處集料過少。⑧混凝土終凝前鋼筋被擾動。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(dāng)。④骨料及拌合水溫度偏高，使得澆筑溫度過高。②外加劑拌合不均勻?qū)е峦饧觿p失較大，不能充分發(fā)揮作用。 施工因素 ： （ 1）混凝土的制備與澆筑。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。摻減水劑的混凝土收縮值略大于不摻減水劑的混凝土。 摻用化學(xué)外加劑會使混凝土收縮有不同程度的增大。時間結(jié)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。 （ 5） 外加劑的種類和摻量。混凝土收縮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。 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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)尺寸試件其抗壓強度如下表 所示。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?；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。但在實際施工中若不能嚴(yán)格控制混合比，也會導(dǎo)致裂縫。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。 （ 2）混合材料。從《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計原理》 [12]中我們可以參照表 。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。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。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。如果混凝土構(gòu)件裂縫得不到有效的預(yù)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(jié)構(gòu)的整體安全性和使用壽命將會帶來非常不利的影響。 斜裂縫 ,裂縫的形態(tài)如圖 。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 。 X向框架梁截面為 250mm550mm，受力鋼筋為 6216?？蚣芙Y(jié)構(gòu) ,樓板被梁分隔成 6m 單向連續(xù)板 ,結(jié)構(gòu)布置如圖 .板厚為 120mm,受力鋼筋為 216。由于裂縫的出現(xiàn)給工程的使用帶 來諸多不便，也使工程的成本大大增加，這是承包單位所不樂見的。地下室外墻周長 176m，長期暴露在外，受環(huán)境變化的影響較大，特別是溫度變化的影響。而在其他的柱、墻、梁、板上則未發(fā)現(xiàn)裂縫。之后又對全樓己施工完畢的混凝土工程進行了詳察， 在地下室外墻外側(cè)上部發(fā)現(xiàn)數(shù)條長度不等的豎向裂縫（其中有兩條為貫 通性裂縫）。該層梁板在施工的同時即發(fā)現(xiàn)板面出現(xiàn)少量不規(guī)則細微裂縫，到 2月 24日該層梁板底摸拆除時，發(fā)現(xiàn)板底出現(xiàn)裂縫。 下面我將介紹兩個事例來分析： 事例 ，主樓為鋼筋混凝土框－筒結(jié)構(gòu)，地下 1 層，地上 18層，總高度 ，總建筑面積 ， 地下室外墻采用 300mm厚的 C30自防水混凝土。水泥遇水硬化后形成水泥石，水泥石與骨料砂和石按一定配合比混合攪拌后形成混凝土，但是組成混凝土的各種材料之間的物理力學(xué)性質(zhì)不同，這就導(dǎo)致在混凝土形成過程中在各 種材料的粘結(jié)面上出現(xiàn)了肉眼不可見的裂縫。根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，由于很多原因可以使混凝土表面或者內(nèi)部出現(xiàn)這種裂縫，但是最常見原因是混凝土本身不能自由地膨脹或收縮，限制了其自身的變化，還可能是因為當(dāng)混凝土受力的作用時，在其內(nèi)部產(chǎn)生了大的拉應(yīng)變或者拉應(yīng)力，導(dǎo)致“撕裂”混凝土產(chǎn)生裂縫。混凝土作為一種復(fù)合型的建筑材料，本身就具有不連續(xù)性，從近代科學(xué)關(guān)于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程實踐證明，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是不可避免的，所以裂縫是人們可以接受的一種材料特性。而板的裂縫開裂基本是無規(guī)則的龜裂 . 另一個特征是施工荷載造成的裂縫，施工過程的荷載是不可避免的 ,正常情況下對梁板并無危害 .但處理不當(dāng) ,極易造成樓板開裂 ,堆積在剛澆筑不久的梁板上的荷載 ,只要成堆放置 ,超過施工中梁板混凝土強度 ,便可產(chǎn)生早期裂縫 . 磚類成籠上吊成籠堆放 這是造成磚混結(jié)構(gòu)早期梁尤其是板開裂的主要原因 .在經(jīng)濟效益好的趨使下 ,搶工期趕進度 ,經(jīng)常是上午澆筑完混凝土板 ,下午就放線 ,開始砌筑作業(yè) .吊上來的磚 均大量的成籠堆放在預(yù)砌的磚墻周圍 . 綜上所述：在認識以上裂縫的特點情況下，我們均應(yīng)對此引起高度重視在施工中，找出其成因，合理避免裂縫的出現(xiàn)。裂縫形態(tài)如圖 ： 干縮裂 縫 施工操作不當(dāng)引起的裂縫 : 使用離析混凝土 ： 預(yù)拌混凝土在運輸過程中造成成分離析 ,上部為水泥砂漿 ,石子很少 ,甚至于沒有 .膠結(jié)物過多 ,水也超量 ,水灰比過大 ,隨時間變化強度增長很慢 ,或不增長 .按常規(guī)混凝土強度增長規(guī)律拆模時 ,梁不能承受自重及板重荷載而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)破壞?；炷劣不?，表面的游離水會由表及里逐漸蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土由表及里逐漸產(chǎn)生干燥，混凝土表面收縮大內(nèi)部收縮小，表面收縮變形導(dǎo)致的收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強 度時，混凝土就會出現(xiàn)由表及里的干燥收縮裂縫，收縮變形主要發(fā)生在水泥及摻和料構(gòu)成的漿體和砂漿上，往往不為人們所注意。當(dāng)溫度產(chǎn)生非均勻的降溫時，將導(dǎo)致混凝土表面的溫度變化而產(chǎn)生較大的降溫收縮，此時，表面受到內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力（內(nèi)部降溫慢，受自約束而產(chǎn)生壓應(yīng)力），而混凝土早期抗拉強度低，因而出現(xiàn)裂縫。主要是由于設(shè)計不當(dāng)或使用中超載荷所產(chǎn)生。裂縫形態(tài)如圖 ： 圖 塑性收縮裂縫 沉陷裂縫 : 該裂縫一般多沿主筋通長方向，在混凝土表面出現(xiàn)，常在澆灌后發(fā)生，硬化后停止。 混凝土裂縫的產(chǎn)生受外界各種因素綜合作用的影響，以及施工過程中材料的復(fù)雜性給裂縫的控制帶來了困難。 混凝土在凝固的過程中，其強度和拉力是一個不斷變化的過程。 混凝土裂縫控制與成因分析 5 第二章 混凝土裂縫的分類 混凝土雖然有著大的抗壓強度，但由于混凝土比較脆的特性，在完全凝固以后，它的抗拉強度只有抗壓強度的十分之一甚至更低，外界拉力或者自身產(chǎn)生變形的作用大于自身所能承受拉力的極限時就會產(chǎn)生裂縫。采用高性能混凝土和施加預(yù)應(yīng)力有利于改善構(gòu)件的抗裂性能。 （ 3）是為了保證結(jié)構(gòu)的耐久性。 混凝土裂縫控制與成因分析 4 3本課題所要達到的目的 （ 1）通過分析混凝土裂縫的形成，比較各種影響因素，進而按照建筑工程設(shè)計和施工的原則盡量減少及避免混凝土裂縫的產(chǎn)生。 混凝土裂縫控制的主要方法：在結(jié)構(gòu)設(shè)計中遵循“抗與放”的設(shè)計原則；處理好約束內(nèi)力和結(jié)構(gòu)剛度的關(guān)系；降低混凝土的收縮及水化熱；減少混凝土的徐變；提高混凝土的抗拉強度及極限拉伸能力 裂縫控制設(shè)計原則：合理選擇結(jié)構(gòu)形式，降低結(jié)構(gòu)約束程度，對于水平結(jié)構(gòu)件梁、板、墻等采用中低強度集混凝土，加強構(gòu)造配筋，如板低頂部的受壓區(qū)連續(xù)配筋， 板的陽角及陰角配置放射筋，如增加梁的腰筋間距 200mm. 優(yōu)選有利于抗拉性能的混凝土級配，盡力減小水灰比，減少塌落度，降低含泥量及雜質(zhì)含量。 ④ 采用遙爪聚合型增韌劑，增加混凝土的韌性，減少混凝土的脆性開裂。 ② 采用減水與減縮共同作用，控制混凝土殼體及薄壁結(jié)構(gòu)的早期開裂。 研究內(nèi)容： （ 1）通過閱讀大量參 考資料分析國內(nèi)外混凝土裂縫現(xiàn)狀。顧祥林老師進行了現(xiàn)澆混凝土板中的控制縫的研究 [8]，目的在于研究板中設(shè)置不同形式的控制縫對裂縫控制的影響。近年來，一些高校深入的研究了溫度對于裂縫的影響和怎樣有效的控制溫度 裂縫。其中比較有代表性的是王鐵夢教