楊君君，尹 磊

（武漢建筑材料工業(yè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，武漢 430071）

近年來，國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展引起基礎(chǔ)設(shè)施的大量興建，公路鐵路、建筑結(jié)構(gòu)、水利港口等方面都需要大量的混凝土。隨著大量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的興建，混凝土出現(xiàn)的裂縫問題越來越明顯且嚴(yán)重。通常情況下混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫會(huì)引起一系列問題，一方面，裂縫的存在減小建筑結(jié)構(gòu)的承載能力、耐久性以及結(jié)構(gòu)的整體防水性能，給建筑結(jié)構(gòu)的安全使用帶來一定程度的影響；另一方面，影響結(jié)構(gòu)的外觀，弱化結(jié)構(gòu)的整體美觀。以隧道結(jié)構(gòu)為例，混凝土裂縫的存在一方面給隧道的安全運(yùn)營(yíng)帶來安全隱患，同時(shí)影響了結(jié)構(gòu)的防水性，導(dǎo)致隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)形成流水通道，給隧道內(nèi)行車安全帶來嚴(yán)重影響。同時(shí)，裂縫的存在給隧道結(jié)構(gòu)的承載能力、安全使用年限以及結(jié)構(gòu)整體的穩(wěn)定性造成潛在威脅?；炷亮芽p已成為學(xué)術(shù)界和工程界研究人員普遍關(guān)注的問題。

混凝土裂縫的存在導(dǎo)致每年都要在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的維修和加固方面消耗大量的人力財(cái)力，給社會(huì)造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失。針對(duì)混凝土裂縫帶來的影響及威脅，世界上很多國(guó)家都制定了相應(yīng)的規(guī)范準(zhǔn)則對(duì)裂縫進(jìn)行控制。從各國(guó)規(guī)范準(zhǔn)則中對(duì)裂縫控制的要求來看，裂縫寬度的計(jì)算是各國(guó)規(guī)范準(zhǔn)則中對(duì)裂縫控制的重要內(nèi)容。因此，該文從混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的形成原因出發(fā)，結(jié)合各國(guó)規(guī)范準(zhǔn)則內(nèi)容，對(duì)混凝土裂縫控制進(jìn)行說明。

1 混凝土構(gòu)件裂縫成因

混凝土構(gòu)件在通常情況是帶裂縫進(jìn)行工作的，混凝土構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的原因，主要有以下幾個(gè)方面：

1）與混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)承受的荷載作用有關(guān)

混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的設(shè)計(jì)斷面尺寸存在不足，或者結(jié)構(gòu)的配筋量不足、構(gòu)件中主要受力鋼筋的位置分布有誤。設(shè)計(jì)過程中對(duì)混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和混凝土自身收縮蠕變產(chǎn)生的應(yīng)力預(yù)估存在不足；由于惡劣天氣引起的結(jié)構(gòu)構(gòu)件外荷載過大，如臺(tái)風(fēng)、地震作用；由于鄰近施工引起的結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生差異性沉降導(dǎo)致的混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫等。

2）與混凝土結(jié)構(gòu)使用條件與所處的環(huán)境條件有關(guān)

大部分混凝土結(jié)構(gòu)都是在露天環(huán)境中使用，長(zhǎng)期經(jīng)受風(fēng)、雨、雷、電、日曬、冷凍等天氣情況，混凝土結(jié)構(gòu)所處的溫度、濕度條件發(fā)生變化，混凝土內(nèi)部發(fā)生凍融、凍脹等，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。在火災(zāi)、地震等災(zāi)害作用下結(jié)構(gòu)承受高溫、動(dòng)荷載，進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。此外，對(duì)于某些用作特殊用途的混凝土建筑物來講，在酸、堿、鹽等化學(xué)作用下，結(jié)構(gòu)發(fā)生腐蝕，導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

3）與混凝土結(jié)構(gòu)所使用的材料性質(zhì)以及材料的配合比有關(guān)

混凝土主要使用的材料為水泥、骨料以及一些特定的外加材料（添加劑）。當(dāng)水泥存儲(chǔ)環(huán)境濕度或者溫度過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水泥在水化過程中發(fā)生非正常凝結(jié)。當(dāng)水泥中游離的氧化鈣、氧化鎂和其他一些含堿物質(zhì)的含量過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致水泥內(nèi)部發(fā)生非正常的膨脹，引起混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生鼓脹、內(nèi)部出現(xiàn)孔洞等。當(dāng)混凝土的骨料級(jí)配不良，或者骨料中存在過大比例的雜質(zhì)（如含泥量過大）時(shí)，會(huì)直接導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不能滿足設(shè)計(jì)要求，在外荷載作用下必然出現(xiàn)裂縫，嚴(yán)重時(shí)甚至出現(xiàn)破壞。當(dāng)混凝土使用材料配合比不當(dāng)（如加水量、水泥用量的添加過多或者過少，砂率過大或者過小等），或者添加劑用量不當(dāng)時(shí)，會(huì)直接影響混凝土的流動(dòng)性、泌水性等性質(zhì)，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度不能達(dá)標(biāo)，一旦形成受力構(gòu)件，必然產(chǎn)生裂縫。

4）與混凝土施工工藝、管理水平等因素有關(guān)

對(duì)于使用了添加劑的混凝土，在攪拌過程中一定要拌合均勻，這必然會(huì)出現(xiàn)攪拌時(shí)間過長(zhǎng)或者過短，或者拌合到澆筑這一階段的間隔時(shí)間過長(zhǎng)的情況，從而引起混凝土分崩離析，影響混凝土使用質(zhì)量。混凝土主要受力鋼筋、箍筋以及預(yù)埋件之間的錨固質(zhì)量需要得到保障，在混凝土澆筑過程中必然會(huì)對(duì)這些部件產(chǎn)生擾動(dòng)。澆筑過程中要保證保護(hù)層的厚度，不然因?yàn)楸Ｗo(hù)層厚度不夠而出現(xiàn)鋼筋外漏，影響結(jié)構(gòu)的正常使用。

施工過程中，混凝土的澆筑順序、澆筑的均勻度，混凝土在泵送過程中由于長(zhǎng)距離運(yùn)輸引起的混凝土在保水性、流動(dòng)性方面的弱化，需要通過加入一些特定的添加劑來保證，避免出現(xiàn)混凝土因搗實(shí)不良引起的塌落度過大、骨料出現(xiàn)泌水、下沉等問題，直接影響混凝土的澆筑質(zhì)量。在混凝土的后期養(yǎng)護(hù)過程中，避免混凝土結(jié)構(gòu)在完全硬化前承受外荷載作用，養(yǎng)護(hù)應(yīng)保證必要的時(shí)間和溫度、濕度，避免因?yàn)槿諘?、風(fēng)吹、雨淋等天氣變化而導(dǎo)致混凝土養(yǎng)護(hù)質(zhì)量不到位。對(duì)于大體積的混凝土構(gòu)件，由于澆筑過程中其內(nèi)外部溫度會(huì)存在一個(gè)較大的差異，因此，需要采取一定的澆注工藝來保證混凝土的澆筑質(zhì)量，避免由于溫差效應(yīng)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部出現(xiàn)裂縫。

2 國(guó)內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的比較分析

1）國(guó)內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中裂縫控制的分類

設(shè)計(jì)規(guī)范中要求裂縫寬度的計(jì)算值不得大于規(guī)范的要求值，如日本02年規(guī)范和前蘇聯(lián)水工87年規(guī)范。同時(shí)，針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的表面設(shè)計(jì)有防滲水表層時(shí)，裂縫的寬度限制可以在一定程度上進(jìn)行放寬。比如水工87規(guī)范中明確提出，可以通過提高混凝土的標(biāo)號(hào)、增加鋼筋使用量或者調(diào)整鋼筋的種類和直徑，可設(shè)置防滲層。同時(shí)國(guó)標(biāo)水工78規(guī)范也明顯提出，當(dāng)裂縫寬度不滿足限制寬度時(shí)，不能單純的靠增加鋼筋來滿足。

部分規(guī)范中有僅通過構(gòu)造要求來實(shí)現(xiàn)限制裂縫寬度，同時(shí)，相關(guān)規(guī)范中一方面沒有計(jì)算裂縫寬度的方法，另一方面沒有明確給出裂縫寬度的限值。以美國(guó)ACI02規(guī)范和水工03規(guī)范為例，前者僅通過限制鋼筋間距等構(gòu)造要求來實(shí)現(xiàn)限制裂縫寬度，而后者則是通過限制高強(qiáng)度鋼筋和受拉鋼筋的最大配筋率等規(guī)定來實(shí)現(xiàn)裂縫寬度限制。英國(guó)97規(guī)范中也明確通過限制鋼筋間距等構(gòu)造要求來實(shí)現(xiàn)裂縫寬度控制。

歐洲國(guó)家的很多規(guī)范對(duì)裂縫寬度的控制進(jìn)行了詳細(xì)的說明和規(guī)定，對(duì)控制裂縫寬度的方面也是有很多種方法的。例如，歐洲02規(guī)范明確給出了裂縫寬度的計(jì)算方法以及相應(yīng)的裂縫寬度限制。同時(shí)明確不需要進(jìn)行裂縫寬度驗(yàn)算的情況，這些情況主要包括：薄板等構(gòu)件如果滿足最小配筋率要求，同時(shí)鋼筋間距和直徑在滿足相關(guān)規(guī)范的情況下可以不進(jìn)行裂縫控制；限制受拉主筋的主應(yīng)力來間接控制裂縫寬度。

2）國(guó)內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中裂縫寬度限制的比較

根據(jù)國(guó)內(nèi)外混凝土相關(guān)規(guī)范中對(duì)裂縫寬度限制的綜合比較分析可知，裂縫寬度限制在較小范圍內(nèi)，通常為0.1～0.4mm。不同的裂縫控制寬度限制與結(jié)構(gòu)構(gòu)件所處的環(huán)境條件有關(guān)系。這方面的規(guī)范中以前蘇聯(lián)水工87規(guī)范和歐洲02規(guī)范中的規(guī)定最為明顯。具體來說，對(duì)于處于環(huán)境條件較好的情況，裂縫寬度限制可以放寬到0.4～0.5mm；當(dāng)處于最惡劣的環(huán)境條件下時(shí)，寬度限制可為0.05～0.10mm。

關(guān)于裂縫寬度限制，各國(guó)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范針對(duì)不同的環(huán)境條件類別進(jìn)行了分別說明，同時(shí)，其中只有兩部規(guī)范明確提出了裂縫寬度限制與保護(hù)層有一定的關(guān)系。如我國(guó)水工96規(guī)范在規(guī)范說明中，當(dāng)保護(hù)層的厚度大于50mm時(shí)，裂縫寬度的限制可以增加到0.05mm。而日本02規(guī)范中提出裂縫寬度限制是與保護(hù)層厚度c成函數(shù)關(guān)系。

3）裂縫寬度計(jì)算公式的比較

裂縫寬度計(jì)算公式可以分為半理論半經(jīng)驗(yàn)公式和數(shù)理統(tǒng)計(jì)公式。

其中，半理論半經(jīng)驗(yàn)公式是根據(jù)對(duì)裂縫開展機(jī)理分析推導(dǎo)出理論計(jì)算公式，其中的某些系數(shù)則根據(jù)試驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)確定，如我國(guó)水工78規(guī)范、水工96規(guī)范、國(guó)家02標(biāo)準(zhǔn)、歐洲02規(guī)范均屬于此類。

數(shù)理統(tǒng)計(jì)公式是建立在大量實(shí)測(cè)資料的基礎(chǔ)上，對(duì)影響裂縫開展寬度的主要因素進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得出，前蘇聯(lián)水工87規(guī)范和香港98規(guī)范、公路04橋規(guī)的公式便屬于這一類。

3 結(jié) 語

混凝土出現(xiàn)裂縫會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)物的正常使用產(chǎn)生一定程度的影響，該文針對(duì)混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的原因，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選用及配比、施工工藝及管理幾個(gè)方面進(jìn)行了重點(diǎn)分析。同時(shí)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)所使用的規(guī)范，從裂縫寬度的計(jì)算方法、裂縫寬度的限值以及裂縫寬度的計(jì)算公式等方面進(jìn)行了詳細(xì)比較分析。以期為從事混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的相關(guān)人員提供一定參考。

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［2］ 電力部，水利部.水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（DL/T 5057－1996），（SL/T 191－96）［S］.中國(guó)電力出版社，中國(guó)水利水電出版社，1997.

［3］ 交通部.港口工程混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（JTJ 267－98）［S］.人民交通出版社，1998.

［4］ 鐵道部.鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（TB 10002.3－99）［S］.中國(guó)鐵道出版社，2000.

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［7］ ACI Committee 318.Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary（ACI 318－02）（ACI 318R－02）［S］.2002.

［8］ 《歐洲規(guī)范》技術(shù)委員會(huì).歐洲規(guī)范2：混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).邱輝等譯，大連理工大學(xué)土木水利學(xué)院結(jié)構(gòu)工程研究所印，2002.

［9］ British Standard，Structural Use of concrete－Part 2：Code of Practice for special circumstances（BS8110－1.1985），1985.

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