基于建筑工程技术设计下的混凝土裂缝控制

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摘要：钢筋混凝土结构是一种耐久性较好的结构体系，但是由于混凝土的均质性较差，抗拉强度较低，又有膨胀收缩、徐变等特性，加之在实际工程中，往往由于施工过程控制不严、设计考虑不周、使用不当等原因，致使混凝土结构出现不同程度的裂缝，给结构造成一定的损伤，影响建筑物的正常使用，有些裂缝则危及结构的安全，甚至造成建筑物的严重破坏或倒塌。

关键词：建筑工程 工程设计混凝土裂缝控制

中图分类号：TU198文献标识码： A

一、常见混凝土结构收缩与温度裂缝类型

1、沉降收缩裂缝

混凝土浇灌振捣后，骨料颗料悬浮在一定稠度的水泥浆体中，浆体的重量密度较低，对于w/c=0.6的浆体而言，大概只有骨料重度密度的一半，所以骨料在浆体中有下沉趋势，而浆体中的水泥颗粒又远重于水，使得新拌混凝土中的水泥向上转移，即发生沉降与泌水现象，形成竖向体积缩小沉落，这种沉落直到混凝土硬化时才停止。骨料沉落若受到钢筋、预埋件、模板、大的粗骨料以及先期凝固混凝土的局部阻碍，或混凝土本身各部分沉落不同就会产生沉降收缩裂缝。

骨料的下沉和水分的上升会在水平钢筋的底部形成空隙并积聚水分(如图1所示)，为钢筋锈蚀留下隐患;上升的水分还会滞留在粗骨料底部，造成浆体和骨料之间界面薄弱环节以至于形成空隙，影响混凝土的抗渗性与抗冻性:;当垂直下沉的固体颗粒达到水平设置的钢筋或紧固螺栓等埋设件，或受到侧面模板的磨擦阻力时，就会受到阻拦并与周围的混凝土形成沉降差，结果在混凝土顶部表面处造成塑性沉降裂缝。此外，如果同时浇筑梁、板或柱(墙)的混凝土，由于这些构件的深度不同，有着不同的沉降，从而在这些构件交接面处形成沉降差并产生塑性沉降裂缝，混凝土塌落度愈大，沉降开裂的可能性愈大。在接近表面的水平钢筋上方最容易形成沉降裂缝，并随钢筋直径加粗和保护层减薄而愈趋严重。当保护层过薄时，塑性沉降裂缝甚至会伸入钢筋表面并沿着钢筋通长发展。

图1塑性沉降造成的钢筋底部空隙

2、塑性收缩裂缝

这种裂缝发生在混凝土浇筑后数小时仍处于塑性状态的时刻。发生这种裂缝的因素是多方面的，如混凝土早期养护不好，混凝土浇筑后表面没有及时覆盖，受风吹日晒，表面游离水蒸发过快，产生急剧的体积收缩，而此时混凝土强度很低，不能抵抗这种变形应力而导致开裂。塑性收缩机理一般可用水泥浆体毛细孔隙内的毛细水拉力来解释。当混凝土固体质点间的毛细孔隙水因蒸发减少时，形成弯液面产生拉力，使尚处于可塑状态的混凝土收缩。也可能由于混凝土水灰比过大，增加用水量通常认为会使毛细孔隙增大，从而减少造成塑性收缩的毛细水压力，但实际情况用水量大的新拌混凝土有高得多的塑性收缩值，更易发生塑

性开裂。产生这一结果的原因是塑性收缩值的大小还与浆体抵抗塑性收缩的能力有关，如果浆体较硬，其抵抗收缩的能力会较大，而增加用水量则使稠度降低，所以最终的塑收缩量反而大为增加。模板、垫层过于干燥、使用收缩率较大的水泥以及水泥用量过大等也会导致这类裂缝的出现。

混凝土塑性收缩裂缝的量级很大，可达1%左右，一般出现在新浇结构构件表面，形状很不规则，类似干燥的泥浆，如图2所示，其宽度可大可小，小的细如发丝，大的可达数毫米，裂缝较浅，多为中间宽两头细，且长短不一，由数厘米到数米不等，互不贯通。大多在混凝土初凝后，外界风速大，气温高的情况下，或本身温度长时间过高(40℃以上).而气候很千燥的情况下出现。塑性裂缝又叫龟裂，严格地讲属于干缩裂缝，出现很普遍。

图2现浇砼板塑形收缩裂缝

3、干燥裂缝

混凝土在塑性流动终止并进入硬化阶段，干燥收缩一直进行，即使达到28天龄期也不能说己经终止，有的工程可以持续若干年甚至几十年。所以说千燥收缩是水泥基于混凝土的固有特性，浇注时呈流动状态的混合介质，硬化呈固体状态，除了硬化生成硅酸钙等固有物质，整个化学过程伴随蒸发失水干燥，养护不好就出现干燥收缩裂缝。混凝土内的固体水泥浆体体积会随含水量而改变。而骨料对水泥浆体体积的变化则起很大的约束作用，使混凝土的体积变化远低于水泥浆体的体积变化。

混凝土收缩由两部分组成，一是湿度收缩，即混凝土中多余的水分蒸发，体积减小而产生收缩，这种收缩占总收缩量的50%~90%;二是混凝土的自收缩，即水泥水化作用，使形成的水泥骨架不断紧密，造成体积减小。混凝土收缩值一般为0.2%~0.4%钢筋混凝土为0.15%~0.2%，收缩量随时间增长而不断加大，初期收缩快，后期日趋缓慢。

4、温度裂缝

表面温度裂缝大多数是由于温差过大引起的。混凝土结构，特别是大体积混凝土结构浇灌后，在硬化期间水泥释放出大量的水化热而不易散发，内部温度不断上升，达到较高温度，而混凝土表面散热较快，使混凝土表面和内部温差较大。如果施工过程中注意混凝土强度不够或拆模过早;或冬季施工，过早拆除保温层;或受到寒流袭击，均会导致混凝土表面温度急剧变化而产生较大的降温收缩，此时表面受到内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力，而混凝土早期抗拉强度和弹性模量很低，因而使表面出现裂缝。

二、设计下裂缝控制方法

影响混凝土裂缝的因素有很多，例如混凝土材料的收缩性能，混凝土的变形模量、抗拉强度以及徐变等力学性能，对于混凝土材料的收缩性能通常采用不同的收缩估算模式进行计算，混凝土的变形模量、抗拉强度以及徐变等力学性能，也有相应的估算方法。而从这些估算公式中我们也可以看出影响混凝土裂缝出现一些因素，例如湿养时间，环境湿度，构件尺寸，水泥用量，水灰比，配筋等。这样我们在控制混凝土裂缝的出现时也能有针对性采取相应的措施。

1、结构平面布置

建筑平面宜规则，避免平面形状突变。当平面有凹口时，凹口处外横墙宜与内横墙拉通对齐，并肩在凹口处边缘设置拉粱，其截面及配筋不宜太小、;凹口周边楼板宜适当加厚并加强配筋，宜考虑该处楼板负筋拉通，使能抵抗在此处集中的温力及混凝土收缩应力。由于建筑标准对通风、采光、日照、明厅、、明卫的要求，因此建筑平面不规则，凹凸布局比较普遍。在叩口处，楼板宽度减少很多，温度应力和混凝土收缩应力很容易在此处集中，导扛该处楼板贯穿性拉裂。特别是结构层面中部凹口处，按“长墙及地基板的温度收缩应力”理论，水平应力最大，楼板结构配筋设计应予以构造性加强。

2、对于连续长度较长的外墙，建筑上可以考虑设置大的落地门窗和八角窗以减小墙端部处温差应力，避免楼板切角裂缝的产生。转角窗处楼板宜加设暗拉梁。减少外墙和室内楼板的温差一般很难做到，根据裂缝控制“放”的原则，通过减小外墙的连续长度来减小温差应力。

3、当楼房长度大于60m时，可在房屋中部设置收缩后浇带或设置沉降缝，以减小混凝土收缩应力及温度应力的影响。当建筑物地基可能具有不均匀沉降时，也可设置后浇带或设置沉降缝，避免沉降裂缝的产生。根据“长墙及地基板的温度收缩应力”理论，在房屋中部处，由混凝土收缩和温度变形产生的纵向拉应力最大，在此处设置后浇带或设置沉降缝，可减小相应影响。

4、加强构造配筋问题

关于配筋对混凝土弹性极限拉伸的影响，在国内外是一个有争议的问题。一种现点认为，配筋对混凝土的弹性极限拉伸没有影响;另一种观点认为，配筋可以提高混凝土的弹性极限拉伸，但双方共同的观点，是钢筋能起到控制裂缝扩展，减少裂缝宽度的作用。

设计时注意构造配筋十分重要，它对结构抗裂影响很大。但目前国内外对此都不够重视。对连续式板不宜采用分离式配筋，应采用上下两层(包括受压区)连续式配筋;对转角处的楼板(受双向约束较大)宜配上下两层放射筋，孔洞处配加强筋;对混凝土梁的腰部增配构造钢筋，其直径为8~14mm，间距约100mm，视情况而定。许多学者通过理论计算与试验通常认为1.0%左右的配筋率是比较合理的配筋率，因为在配筋率小于1.0%范围内，随着配筋率的增加，裂缝宽度减小幅度很大。说明增加配筋率对控制裂缝宽度的发展是非常有效的;在配筋率大于1.0%的范围，混凝土裂缝宽度随配筋率增加而下降的趋势己变得非常缓慢，说明此时再增加配筋率对控制裂缝的发展意义己经不大。

5、混凝土构件厚度

对现浇楼板板厚宜≥L/30一L/35(L为单向板跨度或双向板短向跨度)，一般设计厚度不宜小于100mm(厨房、浴厕、阳台板不得小于90mm)，屋面板厚度宜大于等于120mm。对现浇剪力墙结构，外墙墙厚宜大于160mm，其中地下室外墙墙厚宜大于250mm 。

结语：

综上，通过对已有工程出现各种裂缝的原因分析，及设计原理的分析，提出了对混凝土构件的平面布置、厚度、配筋等各方面都应该有效的设计控制，达到防止裂缝出现的效果。

在实际设计工作中有较高的实用价值。

参考文献：

[1]吴培明.混凝土结构(上册)[M].武汉:武汉工业大学出版社，2001

[2]胡志远.浅谈住宅建筑裂缝的产生和防治措施[J].建筑设计.2009.

[3]侯雁南.大体积混凝土裂缝控制及处理措施研究[D].济南:山东大学，2007