鋼筋混凝土的裂縫控制與處理

鋼筋混凝土的裂縫控制與處理作者****院士是建筑工程與土木工程、施工技術(shù)專家，曾取得十多項國際與國內(nèi)領先的科研成果，因上海***大橋工程獲*****年國家科技進步一等獎，同年被評為上海市科技功臣，并當選為中國工程院院士。本篇文章是****在***所作的關于裂縫的一片專題講座。建筑裂縫問題相當廣泛，我主要談談鋼筋混凝土的裂縫問題，也涉及到其他的一些裂縫問題?，F(xiàn)在大家都比較關心的是建筑上的通病就是裂縫。不管是新的還是用了三年兩年的都能找到裂縫。往往認為施工企業(yè)建筑質(zhì)量不好，老百姓買了房子后，找到房產(chǎn)公司，找到施工企業(yè)投訴，因此可以說建筑裂縫是比較常見的熱點問題。下面我就讓大家看看常見的建筑裂縫，然后分析分析原因，講講怎樣控制建筑裂縫。我們經(jīng)常看到的裂縫，是建筑沉降引起的八字形的裂縫。順德地區(qū)打樁比較多，這種裂縫相對少些。產(chǎn)生這種裂縫的情況一般有：兩個房子一高一低，沉降不一會產(chǎn)生這種裂縫；兩邊高中間低，也會產(chǎn)生這種裂縫；還有房子有陽臺，相關的地方也可能產(chǎn)生裂縫；有的梁的周圍，也會產(chǎn)生裂縫。溫度引起的裂縫：鋼筋混泥土的頂梁和磚墻之間的膨脹收縮不一樣，會產(chǎn)生倒八字形的裂縫；圈梁的下面是砌體，圈粱與砌體之間會有這種裂縫，如在樓板靠近墻角的地方，也常見這種４５度角的裂縫。在有的梁上，在其中部也可以看到這種裂縫。我們在這里介紹了幾種常見的裂縫，想必大家在實際工作中見到的裂縫要多得多，這里也不多介紹。第二個問題，我想講一講如何正確認識和處理裂縫的問題。建筑裂縫是當前土木工程界的一個熱點問題。為什么？現(xiàn)在是大規(guī)模建設，技術(shù)規(guī)模也很快。建筑物基本上是鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和砌體為主。這兩種結(jié)構(gòu)的脆性、韌性和構(gòu)造決定必然有裂縫。這里講一講一些基本情況。大家知道，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)是由石頭、沙子、水泥和水組成的，是一個混合起來的東西，相互之間有一定的縫隙。加上混凝土中的水——每立方米混凝土中有約２００公斤的水，充滿在混凝土當中，占用一定的空間。當這些水揮發(fā)以后，就留下空間，形成實際上的縫。石頭有時候本身也有裂隙，因為它是泵上來的。由此看來，混凝土天生就是會產(chǎn)生縫隙的材料。我們再看看另一個原因，這是一個技術(shù)上的原因，是一個導致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的建筑物產(chǎn)生裂縫的更重要的原因。大家知道混凝土是脆性材料，由鋼筋和混凝土結(jié)合在一塊的，但鋼筋卻是韌性材料，它們兩者在一起工作，彈性模量相差很大，這還只是一般的情況。至于兩者的強度差別就更大。因此，兩種材料在一起共同發(fā)揮作用，只有犧牲混凝土，這時就必然產(chǎn)生裂縫。請看圖，鋼筋在下面，要使鋼筋受力，如果每個平方公分受力１６００－２０００公斤，要保持不產(chǎn)生裂縫，那么彈性模量為１比５的話，混凝土必須承受４００公斤的力，但我們知道一般的混凝土的抗壓強度為每平方公分２０公斤左右，因此，要使鋼筋參加工作，比較多地承受力，混凝土勢必裂開。所以后面我還會講到，我們國家對鋼筋混凝土的裂縫是有規(guī)定的。有關裂縫的規(guī)范，國內(nèi)國外都差不多，只是對有嚴重侵蝕的，如有海水侵蝕的，裂縫限制在０．１－０．２毫米，沒有侵蝕的，一般是０．３毫米。國外的規(guī)范稍微松一點，是０．４毫米。我們國內(nèi)要求高的０．１、０．２，一般的是０．３，國外有０．２、０．３和０．４的。是什么原因使我們從規(guī)范上允許一定的裂縫存在？前面我們已經(jīng)講過，從技術(shù)的角度講，由于鋼筋混凝土的脆性特征，要使鋼筋發(fā)揮作用，混凝土一定會產(chǎn)生裂縫。從上述分析可以看出，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫實際上是允許的。這一點老百姓是不知道的。所以我這里特別強調(diào)如何正確認識鋼筋混凝土的裂縫的問題。至于砌體，由于收縮率更大，裂縫更是司空見慣。昨天我們看的一個工程，剛剛粉刷一周，砌體就出現(xiàn)有裂縫了。第三，房屋的裂縫，不是什么大得不得了的問題，裂縫是客觀存在的，每個房間都會有。所有的裂縫可以分成兩種，一種是可見的，一種是不可見的。人眼能夠觀察到的裂縫０．２毫米，但是一般把０．５毫米以下的，認為是微觀的裂縫，０．５毫米以上的，叫宏觀的裂縫。所以規(guī)范中的裂縫都是看得見的：看到一個梁和樓板上面有小小的裂縫，應該是正常的?？赡芾习傩諏ξ业目捶ㄓ幸庖姡聦嵣蠂业囊?guī)范就是這樣規(guī)定的。產(chǎn)生裂縫的原因，不外兩種原因。一種是受力。房子上一根梁，如現(xiàn)在我們好多人在上面，梁就彎。如我剛才給大家展示的，由于梁承受一定的力，每隔一定的距離就出現(xiàn)裂縫，承受的力越大，裂縫就越多。裂得很細，就看不見，裂得開一些，就可以看到了。有的框架結(jié)構(gòu)、或者是現(xiàn)澆的，由于受力比較復雜，也會有些裂縫。根據(jù)我?guī)资甑墓ぷ鹘?jīng)驗，這種由外力作用而形成的裂縫，占整個房子裂縫的２０％以內(nèi)。這種裂縫相對來說倒不是大家最關注的問題，因為設計的時候已經(jīng)考慮到裂縫不能超過０．３，因為規(guī)范規(guī)定了，設計在考慮布置鋼筋的時候，要計算裂縫的幾率和大小。還有一種裂縫是最令人頭痛的，就是收縮裂縫，收縮變形引起的裂縫。溫度升高，熱脹會導致磚墻開裂；冷縮的時候，因為變形也會導致裂縫的產(chǎn)生。當然地基基礎的變形也會導致裂縫產(chǎn)生。實際上，地基基礎變形引起的裂縫，最后又變成了外力引起的裂縫。所以裂縫產(chǎn)生的真正原因，實際上有兩個，一個是外力所致，一個是建筑物自身內(nèi)部變化引起的。收縮變形引起裂縫的原因何在？主要原因是什么？下面展開說一說?；炷潦湛s的原因就在于混凝土中的存在水分。昨天建設局的范科問我，現(xiàn)在商品混凝土的裂縫為什么這么多？大家知道，原來混凝土的坍落度是２－４，現(xiàn)在的混凝土坍落度，一般打到高樓上去的，要１６－１８，到一兩百米高的，達到２０，甚至２３、２４，這主要是水。坍落度大是怎么來的？因為水，每個立方米的用水量增加了，大大地增加了。那么水在混凝土里起什么作用？大致有以下幾個作用：一部分是化學結(jié)構(gòu)水，大約占水泥的１０－２０％。這些水跟水泥顆粒結(jié)合后變成水泥石。這種水是結(jié)晶水，其體積在結(jié)晶的過程中有一點收縮，但量不是很大。第二部分是物理化學水。在水泥結(jié)晶周圍包裹有點彈性的膠囊體。這個膠囊體也不是完全自由的，但又不是結(jié)晶水完全不變，它有彈性變化，如遇到強烈的干燥，水分會釋放一點，這樣就會引起變形，從而導致裂縫。最后一部分是渦流結(jié)合水。這些水存在于混凝土的縫隙里。弊病比較多，環(huán)境濕了就脹一點，干了就縮一點，叫做濕脹干縮。時間長了，水泥會炭化，也會引起一點點收縮。水引起的混凝土收縮，最麻煩的是濕脹干縮。講到這里，關于混凝土收縮引起的裂縫，我們強調(diào)，這是裂縫的元兇。通常房子造好了，一個月后可能就裂了，或者半年后出現(xiàn)裂縫，或者一年后出現(xiàn)裂縫，主要就是因為混凝土的濕脹干縮造成的。大家知道任何物質(zhì)都是熱脹冷縮。鋼材、木材都是如此，混凝土也不例外：天熱了就膨脹，天冷了就收縮。如構(gòu)件遇到熱天，就膨脹，遇上冷天就收縮，這是自身的情況。還有跟其他部位收縮率不一樣，也會引起變形，從而導致前面我們介紹過的裂縫。前面我們介紹的頂圈梁受到太陽的照射，溫度升高，但磚墻在下面，或者在里面，溫度升高比較慢，這樣時間長了，就把墻推出去了，從而造成裂縫?；炷恋臒崦浝淇s造成的裂縫是如此，砌體的熱脹冷縮造成的裂縫也大抵如此，兩種材料在一起肯定造成裂縫。問題是，處理得好一點，裂得晚一點、裂得細一點；就是說，處理得好在驗收之后出現(xiàn)裂縫，搞得不好則在驗收之前就出現(xiàn)裂縫，但總是要出現(xiàn)裂縫的。那么我們對裂縫就無能為力嗎？不是的，下面我就講一講裂縫的控制問題?；炷良热蛔匀粫a(chǎn)生裂縫，我們所能做的就是使裂縫裂得看不見，裂得小，不至于漏水?；蛘吡蚜艘院舐┧趺崔k，這就是裂縫的控制與處理。關于裂縫，一般分成可見裂縫和不可見裂縫?？梢娏芽p又分為有害裂縫和無害裂縫。這個名字老百姓可能接受不了，什么裂縫還會是無害的，這種裂縫對結(jié)構(gòu)的受力不受影響，由于寬度也比較窄，一般在０．２－０．３，漏水也會“自愈”，現(xiàn)實中我們會發(fā)現(xiàn)，有的地方先是有漏，過了一年兩年又不漏了，這說明這種裂縫有自愈的能力。關于這個話題，大家可以參看王鐵夢教授的書。這種裂縫也不會產(chǎn)生滲漏的問題，所以我們把它們叫做無害裂縫。因此，如果我們的設計、施工、管理使裂縫只是局限于無害裂縫的狀態(tài)，那么我們就控制住了裂縫。經(jīng)過努力，還出現(xiàn)控制不住的裂縫怎么辦？是不是把房子拆掉？我覺得還是有辦法的，只要經(jīng)過合適的處理，使房子能夠正常發(fā)揮功能。不過在這里我要給大家一個裂縫的控制價值觀念：就是要控制裂縫，這是要花錢的，需要成本。在座的有不少領導，現(xiàn)在我們要搞建設，招標后要施工企業(yè)來施工。由于裂縫的控制是需要成本的，因此工程招投標時，不能把工程造價壓得太低，否則施工就沒有足夠的資金用于裂縫的控制——先不說裂縫的處理，因為處理是不應該發(fā)生的，設計和施工正常，有害裂縫是不會發(fā)生的。但萬一發(fā)生，事后補救成本更高。一些高檔住宅，０．２的裂縫也控制它不讓發(fā)生，這是可以做到的。不過這得花好多錢：設計方面，施工方面都需要花錢。我在上海也是這樣講的，你不能要求２０００元一平方米的住宅同１００００元一平方米一樣沒有裂縫。我在上海宣傳這種觀念，現(xiàn)在我把這個觀念帶到順德：因為這里剛剛開始，希望各級領導、建設單位、施工企業(yè)和投資商，都有這么個概念，工程標價不能壓得太低，使控制裂縫的工作無法做。特別是商品混凝土，由于需要泵送，滿足流動性的要求，因此需要加入一定的水分，坍落度１６或者１４公分，如果用的是普通減水劑，而不是用高壓減水劑，用水量可能要多達２００多公斤，這樣的商品混凝土肯定有裂縫，如果住宅很高級，要求收縮率很低，裂縫細到看不見，就必須用高壓減水劑，減水率百分之十幾二十，用水量在１８０公斤以下，混凝土和減水劑的質(zhì)量要求高，施工成本就高。因此，裂縫的控制問題，實質(zhì)上也就是建設的經(jīng)濟成本問題。根據(jù)裂縫的成因，在這里介紹以下上海的幾個對策。一個是與有關地基有關的裂縫，這是順德地區(qū)需引起注意的。順德造住宅或者其他建筑物，土的含水量占到６０－７０％，甚至更多，水跑掉之后，就沉下去了，因此非打樁不可。上海打樁一般在２０米，整個房子的沉降量在１５公分以內(nèi)。另外要考慮營造中心和重量的中心最好一致，這樣可以避免不均勻沉降，上海方面要求兩個中心在１５％以內(nèi)，盡量不要離開，如果無法避免離開，要在技術(shù)上和打樁方面采取措施加以防治。如果能夠做到?jīng)]有沉降差，就可以避免因沉降引起的裂縫。昨天我看了順德的展覽中心和城市廣場，都出現(xiàn)了因為沉降不均引起的裂縫，這都是因為時間匆促，沒有足夠的時間做好地基處理。因此，為了防止這種裂縫，地基一定要做好處理。第二是要控制因為結(jié)構(gòu)設計不當引起的裂縫。剛才我給大家展示過的一張圖就是如此。當結(jié)構(gòu)設計沒有考慮好結(jié)構(gòu)變形協(xié)調(diào)、剛度協(xié)調(diào)的問題，如果在設計上不處理好墻和陽臺變形協(xié)調(diào)、剛度協(xié)調(diào)問題，就可能出現(xiàn)裂縫。出現(xiàn)這種裂縫，施工單位被冤枉，明明是設計問題，不是施工問題，卻被認為是施工質(zhì)量不好。設計人員不要生氣，這是就事論事的：好的設計應該避免出現(xiàn)這種因設計不當造成的問題。第三是因為收縮造成的裂縫。各建筑部件收縮不協(xié)調(diào)，容易造成磚墻與混凝土之間的裂縫，這種裂縫的出現(xiàn)，施工單位不是沒有責任的。施工單位關鍵是怎樣減少收縮，解決濕脹干縮的問題，以及溫度變形問題。第四是各種管線導致的裂縫。各種管線的增加引起的裂縫，昨天我們在新城區(qū)也看到過。如果管線一根這樣跑，一根那樣跑，那么上面這根管線的上面肯定有一條裂縫。為什么呢，這個斷面只有１０公分，這根管線在上面一架，上面的混凝土已經(jīng)只剩下一點點了，靠另一面的一收縮，或者熱脹冷縮，這個斷面就會出現(xiàn)裂縫。施工單位在控制裂縫上應該注意的幾個問題。一是使用的商品混凝土的質(zhì)量一定要控制。混凝土的質(zhì)量控制，主要是坍落度的控制。大家知道，坍落度大，主要是用水量大?；炷脸嗽趶姸壬系目刂仆?，你要看看坍落度是否符合要求，用水量是否符合要求。用水量和水泥量應盡量少。但是到施工現(xiàn)場，泵送不暢就加水，而這些水是要蒸發(fā)掉的，都要增加裂縫。因此，施工單位一定要對原料把關。二是鋼筋太粗、太少。梁的中間裂開了；還有墻角的裂縫等，施工單位要注意在樓板增加鋼筋；在模板支撐的時候，模板是否夠厚——上海已經(jīng)規(guī)定了，不能薄的——要１２公分，只用１０公分的，就可能導致裂縫。還有管線是否相交。如果有，要跟設計單位商量，要盡量用一跟管子，而且不能做在表面。模板的剛度也應滿足要求，以免濕脹干縮和熱脹冷縮；在拆模板的時間要控制好時間，因為混凝土的早期強度比較低，抗拉強度更低，拆得早容易造成裂縫。還有一個要特別注意的，是養(yǎng)護的問題。前面我們提到濕脹干縮，混凝土打完了，如果不養(yǎng)護，馬上就開裂。如果能養(yǎng)護１４天（這是上海的要求）甚至更長的時間，那么早期不大有裂縫。所以施工單位要特別注意養(yǎng)護，每天保持混凝土表面濕潤，放上草包，并適時澆水。當然這里還要妥善處理養(yǎng)護與工期的問題，如果要求四天、五天一層，養(yǎng)護１４天的要求就成問題。這個矛盾要施工單位面對，要盡量避免裂縫，還得要養(yǎng)護。設計單位在控制裂縫上的對策。合理設計是控制裂縫的基礎，住宅的構(gòu)造標準，特別是樓板，圈梁、砌體、樓角要處理好；配筋要合理，鋼筋要細一點，密一點，因為鋼筋可以阻止裂縫的形成。其他的不再詳細講。關于發(fā)展商，我想講多幾句。不知在座的有沒有房地產(chǎn)企業(yè)的同志在。如果要防止裂縫，你得首先明確提出住宅標準，如果標準很高，就不能用灰砂磚做墻，因為這一類的墻材是很難避免裂縫的。樓板的厚度要增加，配筋量要設計單位在設計時就考慮適當增加，就是說，要控制裂縫就必須適當增加投入；高檔住宅的結(jié)構(gòu)面要盡量隱蔽起來，因為裂縫避免不了，可以考慮盡量隱蔽起來。再一個忠告是，要明智地選擇、對待施工單位：施工單位沒有跟你造房子準備虧一百萬、兩百萬的。你壓價太低，管理、施工和養(yǎng)護等就不可能有保障，所以一定要有合理投入。下面再講講政府部門怎樣控制裂縫。首先是要掌握情況，要綜合協(xié)調(diào)，正確導向。對裂縫問題要有清醒的認識。裂縫是客觀存在的，政府部門應要求新聞部門不能過分炒作。上海有一段時間，好象房子有裂縫就要退房，那不得了。新聞單位應該告訴大家，房屋裂縫客觀存在，關鍵是要正確處理，處理好了是沒問題的。第二是要制定標準。對商品混凝土、住宅的設計、規(guī)定等，要制定標準。上海方面，就是在去年，請專家制定了一個叫做《控制住宅鋼筋混凝土裂縫的技術(shù)導則》，導則中對設計、施工單位，在結(jié)構(gòu)設計、布筋、用材規(guī)格、后期管理等，都作了比較詳細的規(guī)定。第三要監(jiān)控市場，使投資商、設計單位、施工單位之間利益機制協(xié)調(diào)，不要讓利益全都讓投資商全占了，施工單位虧了，房子也建不好。今天花一個多小時的時間，零碎地講了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、砌體等的裂縫問題?？傊芽p是客觀存在的，希望大家有個共同認識，裂縫有兩種，一種是看不見的，一種是看得見的?？吹靡姷挠址譃橛泻Φ暮蜔o害的，有害的裂縫是設計、施工單位一定要解決的；無害的要加強控制?？刂拼胧┖芏?，從設計，到施工單位的各種措施，材料把關，包括投資商的適當投入，通過政府的協(xié)調(diào)，在有關各方共同努力，才能減少、控制裂縫。當然，即使各方努力了，還會有有害裂縫。出現(xiàn)這種情況怎么辦？這就是裂縫的處理。裂縫的處理辦法很多，主要是化學灌漿，這是現(xiàn)在最好的裂縫處理辦法。在裂縫外面封閉以后，用非常細的針頭插進去，通過壓力灌漿進去處理裂縫。價格大概是每公尺８０－１００元。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制〔提要〕鋼筋混凝土的裂縫控制問題是建筑工程中很重要的問題之一，特別是最近20年來，泵送商品混凝土獲得廣泛應用之后，混凝土均質(zhì)性有了很大改善的同時，裂縫控制技術(shù)難度大大增加了，本文是在大量建設實踐和現(xiàn)場實驗研究基礎上，概述了變形作用引起裂縫的原因，約束變形特征，抗與放的設計準則以及綜合技術(shù)措施等?！碴P鍵詞〕裂縫收縮徐變松弛約束抗拉應變“抗與放”正常使用性綜合1.概述20年來，在工民建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)領域，一個相當普遍的質(zhì)量問題就是結(jié)構(gòu)的裂縫問題，且有日趨增多的趨勢，它已影響到正常的生活和生產(chǎn)，并困擾著大批工程技術(shù)人員和管理人員，是一個迫切需要解決的技術(shù)難題。由于結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的破壞和倒塌是從裂縫擴展開始的，因此人們對裂縫往往產(chǎn)生一種建筑破壞的恐懼感，是可以理解的。早在1932年，前蘇聯(lián)A.флолейт教授的鋼筋混凝土強度理論就指出,如正常配筋受彎構(gòu)件的破壞狀態(tài)是指受拉區(qū)鋼筋到達屈服強度，受壓區(qū)混凝土到達受彎的抗壓強度，此狀態(tài)稱為承載力極限狀態(tài)。這一狀態(tài)全過程是伴隨著荷載的不斷增加，裂縫出現(xiàn)(鋼筋應力只有40～60MPa)，裂縫擴展，受壓區(qū)塑性不斷發(fā)展，最后達到完全破壞。此時破壞荷載往往是裂縫出現(xiàn)荷載時的3～5倍，因此，很多大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，僅僅自重就超過了極限荷載的30%,在此條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶有輕微裂紋是完全正常的，結(jié)構(gòu)是安全的，恐懼是不必要的。國內(nèi)外關于荷載作用下鋼筋混凝土構(gòu)件的設計都有自己的經(jīng)驗公式，并已納入有關規(guī)范，盡管計算結(jié)果出入較大，但畢竟可以參考應用。但是近年來大量裂縫的出現(xiàn)，并非與荷載作用有直接關系，通過大量的調(diào)查與實測研究證明這種裂縫是由于變形作用引起，包括溫度變形(水泥的水化熱、氣溫變化、環(huán)境生產(chǎn)熱)，收縮變形(塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮)及地基不均勻沉降(膨脹)變形。由于這些變形受到約束引起的應力超過混凝土的抗拉強度導致裂縫，統(tǒng)稱“變形作用引起的裂縫”。2.裂縫的直接原因2.1收縮及水化熱增加自從70年代末(1978～1979年)我國混凝土施工工藝產(chǎn)生了巨大的進步—泵送商品混凝土工藝。從過去的干硬性，低動性，現(xiàn)場攪拌混凝土轉(zhuǎn)向集中攪拌，轉(zhuǎn)向大流動性泵送澆注，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加，骨料粒徑減小，用水量增加等導致收縮及水化熱增加。2.2混凝土強度等級日趨提高建筑結(jié)構(gòu)混凝土強度等級日趨提高，但有許多結(jié)構(gòu)不適當?shù)倪x擇了過高的強度等級。習慣上認為：“強度等級越高安全度越大，就高不就低，提高強度等級沒壞處”。有時遷就施工方便，采用高強混凝土，這是一種誤導，導致水泥標號增加，水泥用量增加，水用量增加，細骨料及粗骨料徑偏小，砂率偏大等都使水化熱及收縮增加。2.3結(jié)構(gòu)約束應力不斷增大結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)形式日趨復雜，超長超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用結(jié)構(gòu)形式并采用現(xiàn)澆施工，這種結(jié)構(gòu)形式有顯著約束作用，對于各種變形作用必然引起較大約束應力。2.4外加劑的負效應外加劑及摻合料種類繁多，只有強度指標缺乏對水化熱及收縮變形影響的長期實驗資料(至少一年)，有些試驗資料并不嚴格，有許多外加劑嚴重的增加收縮變形，有的甚至降低耐久性。2.5忽略結(jié)構(gòu)約束國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設計中都經(jīng)常忽略構(gòu)造鋼筋重要性，因而經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。結(jié)構(gòu)設計中經(jīng)常忽略結(jié)構(gòu)約束性質(zhì)，不善于利用“抗與放”的設計原則，缺乏相應的設計施工規(guī)范、規(guī)程。2.6養(yǎng)護方法不當目前在混凝土施工中采用的養(yǎng)護方法基本沿用過去簡易的方法，這種方法已遠不適應泵送混凝土的較大溫度收縮變形的要求。2.7混凝土抗拉性能不足這種裂縫在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足(抗拉強度和極限拉伸)引起的，這方面的材料級配研究很少。綜合上述，國際公認泵送商品混凝土對混凝土的質(zhì)量(均質(zhì)性)有很大的提高，對供應方式有重要的改進，但是對混凝土的裂縫控制的難度大大增加了，因此，這類問題不是我國特有的技術(shù)問題，是國際上鋼筋混凝土的共性難題。3.大體積混凝土的定義過去大體積混凝土的定義是根據(jù)幾何尺寸，主要是根據(jù)厚度定義的，國際上一般采用0.8m～1m作為界限。自80年代以后大體積混凝土的定義有了改變，新的定義是：“任意體量的混凝土，其尺寸大到足以必須采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”，這是美國混凝土協(xié)會的定義。由此可見，在近代泵送商品混凝土獲得廣泛應用的條件下，即便是很薄的結(jié)構(gòu)，雖然水化熱很低，但是其收縮很大，控制收縮裂縫的要求比過去任何時候都顯得非常重要。因此，泵送混凝土的薄壁結(jié)構(gòu)也應當按照大體積混凝土的要求采取措施控制混凝土的收縮裂縫，特別是環(huán)境氣溫變化與收縮共同作用對于薄壁結(jié)構(gòu)尤為不利，收縮換算為當量降溫。4.鋼筋混凝土承受變形應力的特點4.1“抗與放”設計準則結(jié)構(gòu)承受的約束作用分內(nèi)約束(自約束)和外約束兩類。結(jié)構(gòu)的變形如果是完全自由的變形達到最大值，則內(nèi)應力為零，也就不可能產(chǎn)生任何裂縫。如果變形受到約束，在全約束狀態(tài)下則應力達到最大值，而變形為零。在全約束與完全自由狀態(tài)的中間過程，即為彈性約束狀態(tài)，亦即自由變形分解成為約束變形和顯現(xiàn)變形(實際變形)。實際變形越大，約束應力越??；實際變形越小，約束應力越大，這種約束狀態(tài)與荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)(虎克定律)有著根本區(qū)別。在約束狀態(tài)下，結(jié)構(gòu)首先要求有變形的余地，如結(jié)構(gòu)能滿足此要求，不再產(chǎn)生約束應力。如結(jié)構(gòu)沒有條件滿足此要求，則必然產(chǎn)生約束應力，超過混凝土的抗拉強度，導致開裂。所以，提出了“抗與放”的設計準則，應當在工程設計中，根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的具體時空條件加以靈活的應用。從結(jié)構(gòu)形式的選擇方面(微動、滑動及設縫措施，提供“放”的條件)及材料性能方面(提高抗拉強度、抗拉變形能力及韌性等提供“抗”的條件)采取綜合措施，如抗放相結(jié)合，以抗為主或以放為主的措施。4.2約束內(nèi)力與結(jié)構(gòu)剛度的關系外荷載作用下結(jié)構(gòu)的內(nèi)力只與荷載及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關，但在變形作用條件下，結(jié)構(gòu)的約束內(nèi)力不僅與變形作用及結(jié)構(gòu)幾何尺寸有關，尚與結(jié)構(gòu)剛度有關，這是約束內(nèi)力與荷載內(nèi)力的重要區(qū)別。例如：一個簡支梁的兩端受到轉(zhuǎn)動的約束，當梁沿截面高度為h，承受溫差ΔT時(如預制板兩端焊接于屋架上弦)，則梁上的約束力矩M：（１）式中（１）式中α——混凝土的線膨脹系數(shù)約束力矩不僅與溫差和截面高度有關，而且與梁的抗彎剛度成正比，剛度越大，約束力矩越大，這適宜于裂縫出現(xiàn)及擴展階段，當然應當考慮鋼筋混凝土的抗彎剛度是變化的。當溫差不斷增加，鋼筋混凝土構(gòu)件進入極限狀態(tài)時，裂縫充分發(fā)展，剛度下降并趨近于零時則力矩也趨近于零。所以，變形力矩不影響結(jié)構(gòu)的極限狀態(tài)，這一論斷己為實驗證實。但是裂縫影響使用(滲漏)及耐久性(鋼筋銹蝕)。如果結(jié)構(gòu)的承載力由抗剪、抗沖切作決定，變形作用引起的貫穿性裂縫可能降低承載力。4.3鋼筋混凝土與素混凝土裂縫控制的區(qū)別任何尚未荷載作用的混凝土，它的組合材料包括水泥、水、砂、石、外加劑及摻合料等組分相互物理化學作用硬化成為一種多空隙復合材料，由于初始溫度收縮應力作用而形成內(nèi)部許多微觀裂縫，這種裂縫在外力作用下不斷擴展，成為宏觀裂縫，繼續(xù)擴展對素混凝土迅速導致破壞。但是，對于鋼筋混凝土，特別是有充分構(gòu)造配筋的鋼筋混凝土出現(xiàn)一定程度的裂縫，不會迅速導致破壞，只是限制裂縫寬度問題，使其不達到有害程度。因此，構(gòu)造配筋顯得十分重要，可以有效地控制裂縫的出現(xiàn)及分散裂縫(用許多微細無害裂縫取代少量粗大的有害裂縫)。5.混凝土的某些基本物理力學性質(zhì)5.1混凝土的收縮及水化熱在工民建領域，大部分結(jié)構(gòu)構(gòu)件(板墻梁等構(gòu)件)均屬薄壁結(jié)構(gòu)，泵送混凝土澆注的構(gòu)件收縮量很大，因此經(jīng)常出現(xiàn)收縮裂縫。混凝土的收縮機理至今尚未統(tǒng)一，但大多數(shù)的研究成果認為混凝土是具有大量孔隙的

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材料。孔隙的半徑頗不一致，半徑較小的毛細孔，半徑約小于300A(A＝10－10m)。其中水份蒸發(fā)引起孔壁壓力的變化，導致混凝土體積的縮小。混凝土內(nèi)除了少部分水提供水泥水化的需要，其余大部分水分都要蒸發(fā)掉，收縮變形同時發(fā)生，最終收縮完成的時間大約20年，但其主要部分的收縮是在最早的1～2年內(nèi)。由于近來水泥活性和強度等級的增加，收縮量顯著增加，并且拖延時間較長。影響收縮的因素很多，如水泥品種采用礦渣水泥比普通硅酸鹽水泥水化熱低了，但其收縮約大25％。遇到超厚的大底板或大塊式基礎，則水化熱起控制作用，宜選用粉煤灰水泥或礦渣水泥，所以，應根據(jù)截面的厚度分別選用不同品種的水泥。其次水泥顆粒越細，活性越大，標號越高，用量越多，其收縮越大，因此提高水泥強度的方法不應靠磨細的途徑，而應當依靠改善礦物成分的辦法。眾所周知，水灰比大，收縮將顯著增加，同時抗拉強度降低。如水灰比為0.6的收縮比水灰比為0.4的收縮增加約40％。有時盡管水灰比不變，增加用水量，同時增加水泥量即水泥漿量，如水泥漿量為0.2(水泥漿占混凝土總重量比例)比0.4時的收縮量增加約45％。減水劑可有效的降低水灰比及用水量，而粉煤灰具有圓珠潤滑效應和火山灰效應，所以“雙摻技術(shù)”對泵送混凝土既可提高和易性又可減少收縮。養(yǎng)護條件對混凝土的收縮影響很大，養(yǎng)護14天的收縮比養(yǎng)護3天的收縮降低約20%。環(huán)境的相對濕度越高，收縮越小，許多結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境濕度波動很大，如最低30％～40％，最高達80％～90％。環(huán)境溫度越高，風速越大，收縮越大，高空澆灌容易引起開裂，如高架橋梁及橋墩。混凝土的配筋對于收縮值起一定的約束作用，但是與配筋率的高低有關，按目前構(gòu)造配筋率的情況看來，降低收縮的影響是比較小的。根據(jù)泵送商品混凝土的收縮試驗，其收縮值約在6～8×10-4，有的試驗還遠遠超過了這個數(shù)量，有些大橋的橋墩和高層建筑的厚壁立柱由于施工質(zhì)量及過大的坍落度，形成了中部骨料多，外部或上表面砂漿厚，從而形成極不均勻的收縮，砂漿和水泥漿的收縮比混凝土的收縮大約增加2～5倍，并由于表面水份蒸發(fā)快從而形成大面積的表面裂縫?；炷链旨毠橇系暮嗔亢头哿虾慷荚黾邮湛s。目前建筑市場出現(xiàn)了很多新型的外加劑和摻合料，質(zhì)量保證主要靠強度試驗的結(jié)果，幾乎沒有進行體積變形穩(wěn)定性方面的試驗，而許多材料都有增加收縮的特點，必須進行長時期準確的收縮試驗，才能得到有利于控制裂縫的材料。各種水泥的水化熱試驗比較容易，一般水泥廠家都已進行專門的試驗，有資料可查，不在贅述。5.2混凝土的徐變(蠕變)因素的考慮混凝土的徐變機理也有許多種，如彈性徐變理論、老化徐變理論、繼效徐變理論等等。作為工程裂縫控制的應用，我們只能應用其中主要的成果，以常系數(shù)的形式，考慮在彈性計算的結(jié)果中，從而簡化了非線形分析。由于混凝土的徐變作用，給鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土帶來有利和不利兩方面的影響。從不利方面看來，它可以造成預應力損失，增加撓度，可以降低鋼筋和混凝土的粘著力等。從有利方面看來，它可以使彈性的溫度收縮應力大大的松弛，根據(jù)變形速率及混凝土齡期，它對應力降低的程度約0.3～0.8倍，保溫保濕養(yǎng)護越好，降溫越慢，松弛系數(shù)越小，具體數(shù)字可參考文獻1、2。5.3混凝土的抗拉強度及極限拉伸泵送混凝土澆注后，其抗壓強度和抗拉強度都隨著時間而增長，但增長的速率，抗拉滯后于抗壓，水泥標號的提高及水泥用量的增加，對抗壓強度增長較為顯著，而對抗拉強度增長較小。相對變形約束應力，混凝土的極限拉伸尤為重要，國內(nèi)外曾進行過一些試驗研究。例如蘇聯(lián)布拉茨克和克拉斯諾雅爾斯克水電站的試驗表明混凝土軸向拉伸應變值變化范圍為0.5×10-4～1.0×10-4。法國鮑斯進行的軸向拉伸試驗。在抗拉強度為2.05MPa時，局限拉伸值為0.9×10-4。美國卡普蘭在軸向拉伸試驗中極限拉伸值為0.81×10-4。前蘇聯(lián)齊斯克列里提出當軸向抗拉強度為1.2MPa時，極限拉伸為0.7×10-4。我國水工系統(tǒng)(研究單位和工程單位)對混凝土的極限抗拉強度也作過不少研究，并在工程中采用。如丹江工程混凝土極限拉伸值為(0.58～0.8)×10-4，烏江渡工程為(0.6～1.02)×10-4等等，極限拉伸很小，抗裂能力很弱(收縮變形超過極限拉伸5～10倍)。冶金系統(tǒng)，不少設備基礎，特別是高爐基礎、煉鋼基礎，混凝土的澆注量大多在5000m3以上，軋鋼基礎的混凝土量100000m3～200000m3，厚度2.5m～9.5m，長度由35m～600m，均屬超長超厚的大體積鋼筋混凝土，開裂后可引起鋼筋的銹蝕、降低持久強度、剛度和防水性能、嚴重者影響自動化生產(chǎn)工藝。防止和控制這類基礎的溫度裂縫也是很重要的。為此我們在民用建筑工程中開展了混凝土軸向拉伸強度及變形性能的試驗研究。通過對雙摻(減水劑及粉煤灰)混凝土的抗拉試驗，發(fā)現(xiàn)混凝土隨著荷載速率及養(yǎng)護條件，其極限拉伸和抗拉強度波動很大，在極慢速(接近實際溫度和濕度緩慢變化速度)條件下，其極限拉伸可達(2～3)×10-4，顯然這里包含了徐變變形，這對溫度收縮應力是很有利的(在強度計算中用松弛系數(shù)乘以彈性應力與按變形計算增加極限拉伸是等同的)。特別值得注意的是，混凝土中的較大含泥量及其它雜質(zhì)可以明顯地降低混凝土的抗拉性能，有的混凝土骨料中混入了有害膨脹物引起混