管明亮 管山湖

（作者單位：管明亮，新疆卓越工程項(xiàng)目管理有限公司；管山湖，中交二公局東萌工程有限公司）

混凝土結(jié)構(gòu)物表面出現(xiàn)裂縫首先影響觀感，帶來(lái)心理不安全感。當(dāng)裂縫的寬度超過(guò)規(guī)定值，裂縫的深度和長(zhǎng)度足夠大時(shí)，將會(huì)使結(jié)構(gòu)的鋼筋保護(hù)層遭受破壞，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，鋼筋銹蝕后產(chǎn)生體積膨脹又會(huì)進(jìn)一步使混凝土結(jié)構(gòu)裂縫擴(kuò)大，如此發(fā)生惡性循環(huán)的后果將使混凝土結(jié)構(gòu)逐漸喪失設(shè)計(jì)使用功能，喪失其承載能力，最終破壞。

本文就混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫的成因分析與控制措施，淺談心得體會(huì)，并結(jié)合工程實(shí)例，和大家共同學(xué)習(xí)探討。

一、混凝土裂縫現(xiàn)狀

當(dāng)前，混凝土結(jié)構(gòu)物裂縫比較常見，問題比較突出，這與混凝土結(jié)構(gòu)的材料和施工工藝關(guān)系很大：

1.混凝土結(jié)構(gòu)的改變。目前混凝土預(yù)制結(jié)構(gòu)用得偏少，而現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)大量使用，其變形全部在施工現(xiàn)場(chǎng)完成，難以避免產(chǎn)生裂縫。隨著大型設(shè)施和高層建筑的出現(xiàn)，會(huì)更多采用超長(zhǎng)、超厚及超靜定結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并且隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，以及結(jié)構(gòu)物體積的增大，其剛度也大大加大了。

2.混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高。以前C40以上的混凝土稱為高強(qiáng)，目前C60以上才定義為高強(qiáng)，高強(qiáng)混凝土雖然減少了結(jié)構(gòu)斷面，但是卻因?yàn)槟z凝材料（水泥等）用量的提高和材料脆性的增大而增加了結(jié)構(gòu)開裂的可能性。

3.水泥性能改變。目前的水泥新標(biāo)準(zhǔn)提高了水泥強(qiáng)度，水泥廠生產(chǎn)過(guò)程中從配料上增加了C3S和C3A的比例，并采用助磨劑等手段提高了水泥的粉磨細(xì)度，這些生產(chǎn)工藝措施和手段直接后果是提高了水泥的水化熱及收縮率，造成混凝土結(jié)構(gòu)更容易產(chǎn)生溫度裂縫和收縮裂縫。

4.摻合料及外加劑的廣泛應(yīng)用。摻合料及外加劑品種的多樣化，新型化，促進(jìn)混凝土技術(shù)進(jìn)步，使混凝土性能改善，也同時(shí)發(fā)生施工現(xiàn)場(chǎng)認(rèn)識(shí)不足，使用不當(dāng)而產(chǎn)生結(jié)構(gòu)裂縫。

5.施工工藝的改變。施工現(xiàn)場(chǎng)普遍采用大流動(dòng)性混凝土加快了施工進(jìn)度，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，但同時(shí)引起膠凝材料用量、單方用水量和砂率的提高，由此增加了混凝土結(jié)構(gòu)開裂的可能。

二、混凝土裂縫的分類

依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因，可將其分為三大類：荷載裂縫、變形裂縫、其他物理或化學(xué)變化產(chǎn)生的裂縫。荷載裂縫是由于混凝土結(jié)構(gòu)承受各種荷載后產(chǎn)生的裂縫。變形裂縫是因?yàn)榄h(huán)境溫度、濕度變化，或混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫、濕度或水分變化使其變形而產(chǎn)生的裂縫，包括塑性裂縫、溫度裂縫、干燥收縮裂縫、自收縮裂縫及碳化收縮裂縫等。其他物理或化學(xué)變化產(chǎn)生的裂縫，包括碳化收縮裂縫、堿-骨料反應(yīng)裂縫、鋼筋銹蝕裂縫等。

三、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因

認(rèn)識(shí)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因極為重要，只有掌握了裂縫產(chǎn)生的原因，才能采取防止出現(xiàn)有害裂縫的有效措施，或相適應(yīng)的治理方法。裂縫產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、荷載狀況、混凝土水化過(guò)程、周圍環(huán)境條件及施工方法都有關(guān)系，同一結(jié)構(gòu)的裂縫有時(shí)會(huì)發(fā)現(xiàn)幾種原因，因此需要不斷提高認(rèn)識(shí)、分析把握，抓住裂縫的主要原因有針對(duì)性地進(jìn)行分析。

1.荷載裂縫產(chǎn)生原因

混凝土結(jié)構(gòu)承受荷載后，在截面變化處或在相鄰的兩種結(jié)構(gòu)之間容易產(chǎn)生應(yīng)力集中，并在交界處產(chǎn)生裂縫，如廠房的高跨與低跨之間或建筑物的凸出部分等。同時(shí)，兩種結(jié)構(gòu)之間由于受力和約束情況不同也容易產(chǎn)生裂縫，如墻柱之間或梁柱之間等部位。由于地基不均勻沉降產(chǎn)生的裂縫更為常見，特別是淺基礎(chǔ)，如緊鄰的荷載不同的建筑結(jié)構(gòu)間因各自沉降量差異產(chǎn)生裂縫，而樁基礎(chǔ)因其沉降量較小情況要好一些。

2.變形裂縫產(chǎn)生原因

變形裂縫是由于各種因素產(chǎn)生混凝土膨脹或收縮導(dǎo)致的，引起混凝土膨脹或收縮的因素有：因溫度變化的熱脹冷縮，混凝土水化時(shí)自身的收縮，水分蒸發(fā)后的塑性收縮或干燥收縮，以及混凝土碳化形成的碳化收縮?；炷潦且环N脆性材料，并且不勻質(zhì)，抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)其收縮達(dá)到一定程度，收縮應(yīng)力大于抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土就會(huì)產(chǎn)生開裂變形。以下主要講述各種收縮裂縫產(chǎn)生的原因。

（1）塑性收縮裂縫。塑性收縮裂縫是混凝土成型后處于塑性狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的裂縫。混凝土成型后由于骨料同膠凝材料、水的密度不相同，重力作用下，引起粗細(xì)骨料下沉，而水泥漿則上浮，同時(shí)產(chǎn)生泌水，結(jié)果造成沿垂直方向混凝土出現(xiàn)分層，最上面是泌水，其后是水泥漿，下面則是粗細(xì)骨料。當(dāng)外界環(huán)境比較干燥的情況下，混凝土里的水分快速蒸發(fā)，隨著失水混凝土體積收縮，因其上層多是砂漿，收縮更加強(qiáng)烈，而此時(shí)混凝土正處于塑性階段，因沒有強(qiáng)度無(wú)法抵抗收縮應(yīng)力，就產(chǎn)生了塑性收縮裂縫。

若混凝土結(jié)構(gòu)沿垂直方向厚度較大，會(huì)沿垂直方向收縮，引起混凝土的沉降。沉降過(guò)程中，靠近鋼筋、預(yù)埋件和模板的混凝土受到周邊物質(zhì)的約束，產(chǎn)生混凝土不均勻沉降，就在鋼筋等約束物周圍出現(xiàn)了裂縫（也稱為沉降收縮裂縫）。

由此可見，用水量及水泥用量很大時(shí)，混凝土將產(chǎn)生較多泌水，這是出現(xiàn)塑性收縮的內(nèi)在因素?；炷了幁h(huán)境干燥、風(fēng)速較大或混凝土未及時(shí)養(yǎng)護(hù)是產(chǎn)生塑性收縮的外在因素。

（2）溫度裂縫。混凝土結(jié)構(gòu)體積厚大，由于內(nèi)外溫度梯度較大，里表熱脹冷縮不一致，就容易產(chǎn)生溫度裂縫，而有的混凝土結(jié)構(gòu)體積雖然并不厚大，但其里表溫差過(guò)大也會(huì)產(chǎn)生裂縫。混凝土成型后，膠凝材料的水化熱使內(nèi)部溫度升高，因?yàn)榛炷翆?dǎo)熱系數(shù)較小，導(dǎo)致混凝土由內(nèi)向外產(chǎn)生了溫度梯度。混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部在成型后20-40h升溫達(dá)到最高，然后開始降溫，當(dāng)混凝土內(nèi)部升溫過(guò)高或外部降溫過(guò)快時(shí)便會(huì)因里表脹縮不一致而產(chǎn)生開裂。

四、裂縫特征

產(chǎn)生混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原因很復(fù)雜，可能多種原因并存，這就給分析裂縫成因造成了困難。但是，也有一些裂縫具有明顯的特征，如裂縫發(fā)生的時(shí)間、走向、部位及裂縫形式等，以下列出四種裂縫的特征。

1.塑性收縮裂縫

（1）出現(xiàn)部位：多發(fā)生于豎向尺寸較大的混凝土結(jié)構(gòu)上表面或側(cè)面。

（2）出現(xiàn)時(shí)間：混凝土澆筑后終凝前，約在澆筑后4-15h。

（3）裂縫走向：混凝土上表面裂縫不規(guī)則，無(wú)固定方向。長(zhǎng)形混凝土結(jié)構(gòu)，上表面多產(chǎn)生垂直于長(zhǎng)方向的橫向裂縫，而在鋼筋及預(yù)埋件旁或靠近模板處多發(fā)生沉降收縮裂縫。

2.溫度裂縫

（1）出現(xiàn)部位：產(chǎn)生較大溫度差的地方，如大體積混凝土表面，混凝土墻也會(huì)出現(xiàn)，無(wú)固定部位。

（2）出現(xiàn)時(shí)間：一般出現(xiàn)在混凝土內(nèi)部升溫至最高，然后溫度開始下降時(shí)，約在澆筑后2-7d。

（3）裂縫走向：無(wú)固定走向，裂縫一般內(nèi)寬外窄。

3.荷載裂縫

（1）出現(xiàn)部位：多出現(xiàn)在混凝土結(jié)構(gòu)尺寸變化處，承受荷載不同的兩結(jié)構(gòu)連接處，結(jié)構(gòu)類型不同的兩結(jié)構(gòu)連接處。由于地基不均勻沉降而引起的沉降裂縫多發(fā)生在結(jié)構(gòu)薄弱部位。

（2）出現(xiàn)時(shí)間：受荷后較長(zhǎng)時(shí)間，而因地基沉降產(chǎn)生的裂縫可持續(xù)若干年。

（3）裂縫走向：一般是沿荷載方向，如梁端的剪切斜裂縫，梁底的橫向裂縫等。

五、裂縫診斷與控制

裂縫是多因素綜合作用形成的，不能使用單一措施實(shí)現(xiàn)裂縫的有效控制，必須采用綜合的方法對(duì)裂縫進(jìn)行控制。依據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)情況、施工方式方法和外界環(huán)境條件，有針對(duì)性地分析可能出現(xiàn)裂縫的原因，設(shè)計(jì)適合的控制程序，通過(guò)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制、原材料及配合比源頭控制和施工過(guò)程控制措施綜合地控制裂縫，達(dá)到不產(chǎn)生有害裂縫的目的。

首先進(jìn)行裂縫分析，裂縫分析的依據(jù)是：

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)情況：結(jié)構(gòu)類型、尺寸、混凝土強(qiáng)度等級(jí)、配筋情況及其他性能要求。

2.施工方法：混凝土和易性要求、混凝土的供應(yīng)方式、水平及垂直運(yùn)輸方法、澆筑程序、養(yǎng)護(hù)方法等。

3.環(huán)境條件：氣溫、濕度、風(fēng)速、雨量及天氣預(yù)報(bào)等。

比如，依據(jù)混凝土裂縫形成的時(shí)間。如果時(shí)間少于10h，則該裂縫可被定義為塑性裂縫，可能由表層水分的過(guò)度蒸發(fā)、約束或由于泌水沉降等原因引起。如果時(shí)間超過(guò)10h，但不到28h（尤其是該裂縫發(fā)生在早晨澆筑時(shí)），則很可能是熱收縮裂縫。如果時(shí)間超過(guò)2d（終止?jié)耩B(yǎng)護(hù)后），則可歸于干縮裂縫。

六、結(jié)合實(shí)例，分析處置

某項(xiàng)目大橋腹板裂縫

某項(xiàng)目大橋主跨布置為（100+100）米的T型剛構(gòu)橋，雙向6車道設(shè)計(jì)，箱梁截面為單箱單室，預(yù)應(yīng)力設(shè)置縱向、橫向、豎向三向設(shè)計(jì)，預(yù)應(yīng)力張拉順序：先縱向后橫向、豎向。豎向預(yù)應(yīng)力滯后縱向預(yù)應(yīng)力3個(gè)節(jié)段張拉?？v向預(yù)應(yīng)力鋼束分為頂板束（T束）、腹板下彎束（W束）、邊跨底板束（DB束）、邊跨合龍段頂板合龍束（LB束）及預(yù)留束（Y束）五類。施工過(guò)程中，箱梁C55懸澆掛籃施工混凝土腹板處出現(xiàn)裂縫。

裂縫出現(xiàn)在梁段腹板張拉完W束后，在W束附近出現(xiàn)1或2道裂縫，裂縫長(zhǎng)度1-2m，裂縫寬度0.01mm-0.03mm，沿腹板下彎束波紋管道對(duì)稱布置，裂縫有長(zhǎng)有短。

建設(shè)單位組織相關(guān)單位、部門及專家，就該大橋懸澆箱梁腹板裂縫情況進(jìn)行了察看，并召開研討會(huì)，形成一致意見。

1.裂縫成因分析：

（1）張拉時(shí)混凝土齡期對(duì)裂縫產(chǎn)生有一定影響：因裂縫均出現(xiàn)在縱向預(yù)應(yīng)力下彎索（W索）附近，且大部分位于下彎索下方，根據(jù)裂縫分布及混凝土相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，張拉時(shí)混凝土齡期不足對(duì)裂縫產(chǎn)生一定影響。

（2）寬箱效應(yīng)不便于裂縫控制：本橋?yàn)閷捪淞?，箱寬底板達(dá)8米，梁體較重，縱向預(yù)應(yīng)力的張拉施工控制應(yīng)力為5273.1kN，較大的張拉力使錨固區(qū)域混凝土的受力比較集中，錨下箍筋及構(gòu)造筋不足或定位不準(zhǔn)，易導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

（3）混凝土的施工質(zhì)量、養(yǎng)生及波紋管的定位情況，對(duì)裂縫的產(chǎn)生也有一定影響。

2.對(duì)已出現(xiàn)裂縫的處理措施：

（1）對(duì)于縫寬小于0.15mm的裂縫采用封閉處理；對(duì)于縫寬大于0.15mm的裂縫采用壓力注漿處理。

（2）要求項(xiàng)目辦督促承包人委托具有相應(yīng)資質(zhì)和施工經(jīng)驗(yàn)的單位進(jìn)行裂縫自治。參建各方要加強(qiáng)過(guò)程監(jiān)管，確保自治施工質(zhì)量及效果，同時(shí)對(duì)所有裂縫要定期進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并保存好相關(guān)治理監(jiān)測(cè)資料。

3.為了避免后續(xù)施工再次產(chǎn)生裂縫，請(qǐng)相關(guān)參建單位采取以下措施進(jìn)行控制。

（1）加強(qiáng)施工過(guò)程控制，確保措施到位：

①縱向預(yù)應(yīng)力的張拉時(shí)間，在確?；炷翉?qiáng)度和彈性模量均滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求的同時(shí)，應(yīng)保證張拉時(shí)齡期滿足省交通建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督局的相關(guān)要求。

②加強(qiáng)混凝土原材料、配合比及施工過(guò)程控制，確保混凝土施工質(zhì)量。

③加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作（尤其是腹板混凝土），采取覆蓋養(yǎng)生，并及時(shí)灑水保持混凝土養(yǎng)護(hù)濕度滿足設(shè)計(jì)要求，確?；炷潦┕べ|(zhì)量。

④加強(qiáng)波紋管的定位控制，確保定位牢固和定位精度。

⑤箱梁的豎向預(yù)應(yīng)力在縱向預(yù)應(yīng)力張拉前，提前張拉50%，以控制裂縫的產(chǎn)生，并在縱向預(yù)應(yīng)力張拉后，按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行二次補(bǔ)張。

（2）設(shè)計(jì)單位要加強(qiáng)過(guò)程服務(wù)和技術(shù)指導(dǎo)，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)方案：

①請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)單位進(jìn)一步驗(yàn)算，合理控制縱向預(yù)應(yīng)力。

②進(jìn)一步完善波紋管定位筋，減小腹板受力不均，有利于控制裂縫的產(chǎn)生，并確保設(shè)計(jì)方案具有較強(qiáng)操作性和可控性。

③在根部節(jié)段下彎索（W索）處設(shè)置防裂鋼筋網(wǎng)片，位置可適當(dāng)向下彎索下側(cè)偏移。

④為了改善低板索的受力狀態(tài)，除了加強(qiáng)底板預(yù)應(yīng)力管道定位外，建議在底板索徑向力較大的位置考慮設(shè)置加勁肋。

通過(guò)施工相關(guān)各方的共同努力，集思廣議，采取控制手段，進(jìn)行措施細(xì)化，在后期施工中，未發(fā)現(xiàn)腹板裂縫。

結(jié)合混凝土橋面鋪裝發(fā)現(xiàn)較多裂縫之現(xiàn)象，查閱并咨詢相關(guān)信息資料，通過(guò)調(diào)整現(xiàn)場(chǎng)施工工藝，避開白天氣溫較高的時(shí)段，采用傍晚或夜間施工；優(yōu)化微調(diào)混凝土施工配合比，通過(guò)摻加粉煤灰，適當(dāng)減少膠材總量，適當(dāng)增加自由水分，提高混凝土和易性；及時(shí)進(jìn)行二次收面工藝，加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù)措施，較為滿意地解決該問題。

七、結(jié)語(yǔ)

針對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土裂縫的具體情況，運(yùn)用正確的分析方法，采取綜合性控制措施，可起到較為理想的改善效果。