建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計對裂縫的控制做法

【摘 要】 建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮承載力極限狀態(tài)的控制，在正常使用狀態(tài)下的變形，如裂縫，撓度及移位尤其是裂縫起控制作用。當(dāng)設(shè)計大體積及超長混凝土結(jié)構(gòu)，要采取預(yù)防措施控制裂縫寬度，不能使有害裂縫的產(chǎn)生。對有害裂縫在構(gòu)造中的控制方面進(jìn)行分析探討。 

　　【關(guān)鍵詞】 結(jié)構(gòu)設(shè)計；極限狀態(tài)控制；裂縫產(chǎn)生原因；規(guī)范的規(guī)定；裂縫控制方法 

　　【中圖分類號】 TU377.1 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】 B 【文章編號】 1727-5123（2012）06-052-02 

　　在建筑工程中對于結(jié)構(gòu)設(shè)計主要考慮承載力極限狀態(tài)的控制，但是在正常使用狀態(tài)下的變形，如裂縫，撓度及移位現(xiàn)象，尤其是裂縫起控制作用。由于現(xiàn)在結(jié)構(gòu)用量最多的鋼筋混凝土因其自身特性決定了裂縫的產(chǎn)生是難以避免的，而大量建筑混凝土是帶裂縫工作的，這是在縫寬允許條件下的存在。但是當(dāng)裂縫的寬度和數(shù)量超過允許范圍，產(chǎn)生滲漏，保護(hù)層脫落，混凝土碳化，鋼筋銹蝕影響到結(jié)構(gòu)耐久性及安全使用和觀感。所以，當(dāng)設(shè)計大體積及超長混凝土結(jié)構(gòu)，要求采取預(yù)防措施控制裂縫寬度，不能使有害裂縫的產(chǎn)生。對有害裂縫在構(gòu)造中的控制是一個重要的技術(shù)問題。 

　　所謂的超長混凝土結(jié)構(gòu)也就是體量長度超過規(guī)范值，需要設(shè)縫或者后澆帶。設(shè)縫是控制裂縫的一個方面，并不能解決大量的問題。只有全面系統(tǒng)的了解裂縫的產(chǎn)生原因，影響因素及發(fā)展特點，采取行之有效的應(yīng)對措施，才能夠在設(shè)計構(gòu)造中采取技術(shù)措施加以正確控制。 

　　1 裂縫產(chǎn)生的原因分析 

　　裂縫的產(chǎn)生從現(xiàn)象來看一般是分為兩類，即自然變形及荷載作用。荷載包括恒載和活載，也就是這些重量大于材料強(qiáng)度時引起的裂縫，稱為荷載的結(jié)構(gòu)性裂縫；而變形裂縫主要是溫度，收縮和不均勻沉降等引起的裂縫，屬于非結(jié)構(gòu)性裂縫，常見裂縫中80%以上是這類裂縫。這類裂縫作用下結(jié)構(gòu)自身首先要進(jìn)行變形。但卻受到一定約束，變形受到約束則產(chǎn)生較大應(yīng)力。其特點是結(jié)構(gòu)剛度越大則應(yīng)力也越大。當(dāng)應(yīng)力達(dá)到一定值時，即超過材料自身強(qiáng)度時裂縫就出現(xiàn)了。隨著裂縫產(chǎn)生，發(fā)展，變形得到滿足時，結(jié)構(gòu)件剛度降低，應(yīng)力松弛。剩余的部分應(yīng)力仍然不停地傳遞，如此反復(fù)循環(huán)，直到變形得到完全滿足，應(yīng)力不超過抗拉強(qiáng)度時為止。如果材料的抗拉強(qiáng)度很高，韌性好可以大幅提高抗裂性能力。 

　　2 現(xiàn)行設(shè)計規(guī)范對裂縫的規(guī)定 

　　現(xiàn)行的（混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范）GB50010-2002中規(guī)定，構(gòu)件正截面裂縫控制等級為一二級的構(gòu)件，要求不得出現(xiàn)裂縫，控制等級為三級的構(gòu)件允許出現(xiàn)裂縫，但是最大裂縫寬度不應(yīng)超過最大裂縫寬度限定值。環(huán)境類別為二三類的構(gòu)件裂縫限定值為0.2mm，一類環(huán)境下裂縫限定值為0.3mm；年均相對濕度<60%時的受彎構(gòu)件裂縫限定值為0.4mm。限制裂縫寬度是因為縫太寬會引起滲漏盡而造成鋼筋銹蝕，降低結(jié)構(gòu)整體剛度而耐久性受到影響，不能正常使用且影響外觀感。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度<0.05mm時人眼是看不到的，這屬于微觀裂縫可認(rèn)為是無裂縫，難以避免的。當(dāng)裂縫寬度>0.05mm時則變?yōu)楹暧^裂縫，這就需要處理，我們通常說的對裂縫控制是針對裂縫寬度>0.05mm的縫。 

　　裂縫寬度限值大小是根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)件裂縫的自身特點和發(fā)展規(guī)律來確定，裂縫的特征可分為不穩(wěn)定，穩(wěn)定，運動，閉合和自行愈合幾個特點。如果裂縫是在不穩(wěn)定狀態(tài)下擴(kuò)展，則必須進(jìn)行加固處理。裂縫在周期性的溫差應(yīng)力或荷載作用下，周期性的擴(kuò)展，閉合，即裂縫的運動，這種運動應(yīng)當(dāng)是穩(wěn)定的。地下建筑物平時正常，低溫時出現(xiàn)滲漏就是此類。裂縫在后期荷載作用下不能閉合，一直存在也是屬于穩(wěn)定裂縫。在地下防水工程混凝土產(chǎn)生0.1～0.2mm裂縫不會造成鋼筋銹蝕，一方面有防水材料的保護(hù)，即使防水層失敗，而且滲漏處會不斷生成Ca（OH）2膠凝物質(zhì)粘結(jié)裂縫，碳化后形成白色物質(zhì)CaCO3結(jié)晶封閉裂縫，阻止?jié)B漏也稱作自愈現(xiàn)象。這是防水結(jié)構(gòu)允許出現(xiàn)的<0.2mm裂縫的原因。 

　　3 對裂縫的預(yù)控措施 

　　3.1 影響結(jié)構(gòu)收縮開裂的原因。 

　　3.1.1 混凝土的收縮，首先收縮的原因是多方面的，硬化收縮。通常是普通硅酸鹽水泥混凝土硬化過程中的共性，都會產(chǎn)生收縮變形即硬化收縮，但是也有例外，如礦渣水泥和摻粉煤灰的混凝土硬化變形計比較穩(wěn)定且有微膨脹性，對抗裂是有利的。塑性收縮：在混凝土初凝過程中失水收縮及骨料與膠合料之間發(fā)生不均勻沉降變形，由于此時混凝土處在塑性階段，通常稱為塑性收縮。如果水灰比過大，水泥用量也高，粗骨料偏少，振搗不及時且環(huán)境氣候高凝結(jié)過快，養(yǎng)護(hù)水補(bǔ)充不足表面失水過快等都會造成塑性收縮表面不規(guī)則開裂。大面積混凝土的塑性收縮裂縫是可以處理的，則采取在終凝前二次振搗及二次抹壓來消除裂縫，實踐表明效果相當(dāng)不錯。碳化及干縮：干濕交替部位，濕度適宜的環(huán)境也會產(chǎn)生碳化收縮問題。在干燥的環(huán)境中也會發(fā)生干縮變形，當(dāng)兩者共同作用時會引起表面開裂和面層碳化。 

　　3.1.2 混凝土的極限拉伸�；炷�土具有極好的極限拉伸性，可以適應(yīng)溫度收縮變形的要求，不會很容易開裂。要求配筋率在0.15～0.30%及細(xì)而密的構(gòu)造筋，也有在混凝土中摻入鋼絲纖維或玻璃絲纖維都可以提高混凝土的極限拉伸，有效控制溫度裂縫的產(chǎn)生。 

　　3.1.3 外加劑及外摻合料的影響。外加劑基本是化學(xué)產(chǎn)品，本身都會有增加收縮的作用，當(dāng)摻量過大時更明顯。按要求摻入會減小水灰比及水泥用量，對減少收縮有好處。如膨脹劑可以減小收縮甚至補(bǔ)償收縮，減小收縮應(yīng)力。減水劑對拌和料減水十分明顯，而且和易性更好。常用的外摻合料如粉煤灰可以大幅降低水泥用量，降低水化熱，但對早期抗裂不利。 

　　3.2 對裂縫的控制方法。針對混凝土裂縫的原因及影響因素，設(shè)計中可根據(jù)工程特點采取相應(yīng)的預(yù)防控制措施。 

　　3.2.1 對結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級不宜設(shè)計過高，在滿足承載力及安全使用耐久性要求下，宜選擇使用C25～35的混凝土。水泥使用水化熱低，干縮量小的水泥品種，摻入適量外加劑及摻合料，摻合料如粉煤灰的用量為水泥用量的15～25%為宜，減少單位水泥用量和降低水灰比。嚴(yán)格控制骨料自然級配及含泥量，控制混凝土內(nèi)部水化熱升溫過高及表面降溫速度，及早覆蓋保溫及補(bǔ)充養(yǎng)護(hù)用水等。 　　3.2.2 在合適位置留置沉降縫，它的作用不但是沉降，還可以起到伸縮及抗震縫的作用。當(dāng)沉降縫仍滿足不了要求時，必須留置后澆帶。后澆帶的寬度為0.8～1.0m，間距在40m左右，在后澆帶施工后的42d以后可以補(bǔ)澆該部位。其混凝土強(qiáng)度宜提高一個等級，即5～10MPa，用微膨脹混凝土澆灌，澆灌前必須清理干凈，并按要求補(bǔ)綁好加強(qiáng)鋼筋。 

　　3.2.3 基礎(chǔ)部分的筏板及底板等大體積混凝土應(yīng)采取分層澆筑振搗，階梯形推進(jìn)施工但必須防止出現(xiàn)冷縫。對于大體積混凝土，超長混凝土結(jié)構(gòu)，在混凝土中應(yīng)摻入微膨脹劑，應(yīng)起補(bǔ)償收縮作用。 

　　3.2.4 對于露天的地下一層外墻及屋面要加強(qiáng)保溫隔熱，減少溫差應(yīng)力，其措施是提高配筋率。外露邊梁要提高腰筋配置量，梁側(cè)面也要保溫處理。對外露挑檐及陽臺，女兒墻處每隔10m左右設(shè)伸縮縫一道，水平分布筋要適當(dāng)加大一些。 

　　3.2.5 設(shè)計中考慮地下室頂板及屋面采用部分預(yù)應(yīng)力，使混凝土預(yù)壓應(yīng)力達(dá)到0.5MPa以上。對于超長混凝土結(jié)構(gòu)可采取無縫設(shè)計，由于溫度應(yīng)力只是在一定長度范圍內(nèi)逐漸影響的，超過一定長度后溫度應(yīng)力趨于不變定值。根據(jù)這一特性超長混凝土結(jié)構(gòu)是可以實現(xiàn)無縫設(shè)計的，其具體做法是： 

　　在應(yīng)力集中部位設(shè)膨脹加強(qiáng)帶，間距在40～60m之間，寬度為2m，在兩側(cè)鋪設(shè)密孔鋼絲網(wǎng)，并用立筋8mm@100mm加固，防止?jié)仓�時混凝土流入加強(qiáng)帶。加強(qiáng)帶外側(cè)用微膨脹混凝土澆灌，而加強(qiáng)帶內(nèi)則用較大膨脹混凝土澆筑，強(qiáng)度帶內(nèi)比帶外高出5～10MPa�；炷�土澆灌可以連續(xù)進(jìn)行，也可以采取間歇式無縫施工法，在加強(qiáng)帶一側(cè)留臺階式臨時施工縫。采用的摻膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土在施工圖上要提出具體要求，并明確相應(yīng)強(qiáng)度等級，抗?jié)B等級及養(yǎng)護(hù)時間的要求。對膨脹劑的品牌，用量及膨脹率的限制要通過試驗室經(jīng)過配比確定。 

　　如果是特殊需要的建筑物，當(dāng)不宜設(shè)置留縫時，可以通過計算得到混凝土結(jié)構(gòu)的最大溫度變形量，計算是否可以開裂及裂縫的寬度，根據(jù)建筑物特點采取相應(yīng)的裂縫控制措施預(yù)防。 

　　4 對裂縫的處理 

　　按照地下建筑工程滲漏程度可以分為無滲水，即無任何滲水及潮濕痕跡：潤水，即有潮濕痕跡，但無滲水現(xiàn)象；滲水即有滴水現(xiàn)象存在；漏水即以連續(xù)緩慢流水及噴水，即帶壓力形式向外涌水。在水頭壓力不大<15m時，寬度0.1～0.2mm的裂縫可以自行愈合，一般不需要進(jìn)行處理。當(dāng)裂縫寬度超過0.2mm以上時，壓力水會對裂縫側(cè)壁不停沖刷，Ca（OH）2和CaCO3不斷流失而無法穩(wěn)定沉淀，漏水現(xiàn)象加重，必須采取化學(xué)灌漿方法堵漏，才能保證使用安全。對裂縫的處理一般做法是： 

　　4.1 對表面寬度<0.3mm非結(jié)構(gòu)性裂縫的處理。表面處理包括涂刷法，環(huán)氧樹脂及表面抹灰?guī)追N。表面涂刷方法：表面裂縫很細(xì)小且數(shù)量也較少時，可采取在開裂表面涂刷水泥素漿，油漆瀝青，環(huán)氧樹脂漿液等，阻塞微小裂縫，減少滲漏防止長期對鋼筋造成腐蝕。環(huán)氧樹脂漿液粘貼玻璃纖維布：對于象屋面板有防水要求高的結(jié)構(gòu)件，采用環(huán)氧樹脂漿液或環(huán)氧煤焦油膠料粘貼兩層玻璃絲布做法；表面抹灰法：對于表面裂縫較多且也有蜂窩麻面現(xiàn)象存在時，用鋼絲刷和壓力水沖洗表面基層，保持無明水時再用1：2水泥砂漿抹壓密實并覆蓋養(yǎng)護(hù)。 

　　對于蓄水或污水池產(chǎn)生的裂縫，用填充密封法處理。當(dāng)池壁或底部有肉眼可見裂縫時，將裂縫處鑿成V型槽，上口30～50mm寬，深度至主筋表面或更深，沖洗干凈無松散顆粒，澆濕潤再用環(huán)氧水泥漿或環(huán)氧砂漿塞填緊密，表面抹平或略高表面，覆蓋養(yǎng)護(hù)不少于3d。 

　　4.2 鋼筋混凝土梁板柱裂縫處理�；炷�土墻板，梁的豎向或斜向裂縫處理，當(dāng)裂縫寬度<0.3mm時，混凝土表面用鋼絲刷清理干凈，采用環(huán)氧水泥漿進(jìn)行表面封閉，沿著裂縫騎在縫上抹30mm寬，3mm左右厚度的全長封閉帶。當(dāng)裂縫寬度>0.3mm或者0.2mm以上的貫穿裂縫時，必須采取壓力灌漿方法補(bǔ)縫，材料還是用環(huán)氧樹脂漿液粘合補(bǔ)強(qiáng)處理。 

　　4.3 鋼筋銹蝕產(chǎn)生的沿筋走向裂縫。對這種裂縫應(yīng)剔除混凝土并鑿出銹蝕鋼筋，如果是混凝土中氯鹽引起的氯離子銹蝕，將鋼筋周圍混凝土剔干凈，換掉鋼筋周圍混凝土目的，然后用噴壓沙，鋼絲刷或機(jī)械除銹，再用噴壓，細(xì)石混凝土或環(huán)氧砂漿修補(bǔ)平整，養(yǎng)護(hù)不可忽視十分重要。 

　　綜上淺要分析可知，混凝土作為一種應(yīng)用最多的結(jié)構(gòu)材料，由于其自身的特殊性決定裂縫是難以避免的。但使用者必須根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)收縮開裂的原因，尤其是現(xiàn)代混凝土體積更大，結(jié)構(gòu)體更長的實際，在設(shè)計中根據(jù)不同工程特點，在各方面采取切實有效的具體措施，從源頭即設(shè)計開始，在材料選擇，施工控制，質(zhì)量監(jiān)督及使用各環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)防控制。并對已經(jīng)出現(xiàn)的裂縫科學(xué)分析，采取行之有效的方法進(jìn)行處理，使混凝土結(jié)構(gòu)耐久性更好，達(dá)到安全使用年限。 

　　參考文獻(xiàn) 

　　1 補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程 [S].JGJ/T178-2009 

　　2 王宗昌.建筑施工細(xì)部操作質(zhì)量控制[J].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.7