試述混凝土結構抗裂性設計

李振國

【摘?要】隨著經濟的發展和社會的進步，混凝土結構的建筑工程越來越復雜和多樣性，建筑物的質量和使用性能在很大程度上受混凝土裂縫的影響，因此，對混凝土裂縫的原因進行分析，針對性的提出應對改進措施，對于加強混凝土結構抗裂性的設計以及對提升建筑工程質量具有重要影響。本文簡單的介紹了混凝土結構抗裂設計。

【關鍵詞】混凝土;結構;設計;抗裂;措施

引言

混凝土的裂縫問題是一個普遍存在而又難于解決的工程實際問題，它是長期困擾著建筑工程技術人員的技術難題。關于混凝土強度的微觀研究以及大量工程實踐所提供的經驗都說明：結構物的裂縫是不可避免的，裂縫是一種人們應該接受的材料特征。混凝土裂縫產生的原因很多，基本上裂縫的發生與混凝土原材料、設計、施工的環境條件和施工工藝、結構的使用和維護等密切相關。結構設計是首位，不僅要保證設計的結構具有足夠的強度和安全儲備，而且要針對不同的結構應采取相應的抗裂措施。

一、混凝土抗裂性能評估原理

混凝土的非荷載變形開裂，與長期干燥收縮變形密切相關，因此混凝土的抗干縮開裂性能需要長期的觀察和測試，無法獲得即時結果以滿足實際應用的要求。但混凝土早期塑性收縮裂縫與后期混凝土干縮裂縫的產生及其抗拉強度密切相關。許多研究者認為，混凝土結構非荷載變形裂縫的產生在相當程度上由早期的微缺陷導致。混凝土是典型的非均質材料，本身就存在大量的微缺陷，而由于施工養護不當，早期塑性裂縫的產生將大大增加混凝土中微裂紋的數量，這些微裂紋提高了混凝土內部的應力集中系數，降低了混凝土的抗拉強度。伴隨混凝土后期干燥收縮的發展，這些微裂紋在內外應力的作用下，將不斷發展為更大的裂紋，以至最終形成貫通的毛細孔和裂縫，由不可視裂縫發展為可視裂縫。因此，在一定意義上，混凝土的早期塑性收縮及由此產生的塑性微裂縫決定了混凝土后期裂縫的產生和抗裂能力。采用加快混凝土失水速度的方法，考察混凝土塑性收縮開裂情況，可以較客觀反映混凝土的長期抗裂性能。同時，試驗方法簡單易行，試驗條件容易穩定，相對評價混凝土長期收縮開裂采用的圓環試驗、開裂試驗架等方法，測試周期短，也方便對不同混凝土的抗裂性能進行精確評價。

二、工程建筑抗裂設計的安全度

工程建筑抗裂設計的安全度應從工程的重要性，工程的超長規模以及經濟條件考慮。據此，我們可以將工程建筑抗裂設計的安全度要求分為三級：低要求，中等要求，高要求。由于使用者對工程建筑的要求越來越高，業主應考慮工程出現裂縫后的影響。做出判斷，選定合適的抗裂設計安全度要求。

1.臨時建筑或不超長的混凝土工程———低要求。對這些工程可以按普通棍凝土要求設計，施工，可以用膨脹劑或纖維，如果對防滲有要求時，則需用適當的防水劑或膨脹劑。

2.一般的超長結構物———中等要求。對這些工程可用膨脹混凝土或用纖維混凝土，適當設置后澆帶。

3.對重要的構筑物或特別超長結構物———高要求。對這類工程可用纖維復合膨脹混凝土，這樣可以確保工程結構物的安全，不開裂。

三、結構設計時采用的抗裂措施

1.混凝土原材料的選擇。要控制混凝土的開裂，需要從原材料的選擇出發，原材料選擇的正確與否，直接影響到混凝土的開裂。由于混凝土自身的特性，水灰比過大，水泥用量大，外摻劑保水性差，粗骨料少，用水量大，振搗不良，環境氣溫高，表面失水大（養護不良及吸水磚模）等都能導致蝮性收縮表面開裂。例如，超長的地下室結構外墻應選用補償收縮混凝土，即在混凝土中摻入UEA，HEA 等微膨脹劑，以混凝土的膨脹值減去混凝土的最終收縮值的差值不小于混凝土的極限拉伸即可控制裂縫。普通硅酸鹽水泥外摻粉煤灰可有效控制早期和長期收縮開裂。

2.提高結構自身承載力。在結構設計過程中，有時雖然梁板的承載力和撓度均在規范允許之內，但相對承載力較小，撓度較大，這便容易引起因為撓度偏大而產生的結構裂縫。這種情況須加大梁截面或板厚、提高結構配筋率以提高結構的強度儲備來控制裂縫的產生。長期來講，由于混凝土自身隨時間的強度劣化和環境對混凝土的風化和侵蝕，混凝土結構的承載力會逐漸降低;由于承載力的降低會引起混凝土的開裂。因此，混凝土結構設計時，要考慮到混凝土的劣化，混凝土強度必須有一定安全儲備，才能保證結構有足夠的安全性和耐久性。

3.減小地基的不均勻沉降。因為建筑物地基的不均勻沉降而引起的結構裂縫的事例不多，位于采空區的建筑物易發生。此時需加強基礎的整體性，以減小地基不均勻沉降對結構的影響，比如獨立基礎時設置拉梁，或采用筏板基礎，或采用箱形基礎。如果地基土本身軟硬不均，除采取上述措施外，還可以采取局部換土或加大基礎底面積的措施。柱下獨立基礎或樁承臺，當設置拉梁時，由于各獨立基礎或樁承臺之間的沉降差，會造成拉梁兩端的開裂，而且在有些工程中開裂還非常嚴重。此時建議在拉梁兩端各設一道后澆帶，如果地質條件較好可設一道或不設。

4.地下室墻體裂縫的控制。1）采取“抗裂”的設計原則，控制裂縫發生。在墻板頂部和腰部設兩道暗梁，并適當增設暗柱，以起到“模箍作用”;適當增加墻板鋼筋，尤其是水平構造筋的配筋率應適量提高。2）墻體與大柱連接處截面尺寸應緩慢變化，以避免溫差梯度的突變，以防止收縮應力變化產生裂縫。3）進行砼配合比的試配試拌，采用水化熱低、收縮性小、早期強度高的硅酸鹽水泥作膠結料，粗骨料級配好，中粗砂含泥量小，摻早強緩凝型泵送劑，嚴格控制砼水灰比和攪拌時間，為墻體施工提供高質量的砼拌料。

5.設置后澆帶。后澆帶是為在現澆鋼筋混凝土結構施工過程中，克服由于溫度、收縮等而可能產生有害裂縫而設置的臨時施工縫。后澆帶通常根據設計要求留設，并保留一段時間（若設計無要求則至少保留45d）后再澆筑，將結構連成整體。隨著社會的發展，超長建筑越來越多，而且很多因為建筑功能和美觀不讓設伸縮縫，這便需要結構專業采取措施來解決混凝土的收縮應力和溫度應力引起的結構變形和裂縫。一般做法即是設置后澆帶：每隔30～40m 設置一道，在45～60d 后澆筑。

6.樓板雙層雙向配筋。超長建筑物、高層建筑的屋面板、不做保溫的屋面板，均會產生很大的溫度應力，勢必會形成溫度裂縫。加厚板厚且受力鋼筋雙層雙向配筋能有效的解決溫度應力對裂縫的影響，但鋼筋間距不宜過大，一般不大于150mm。

7.必要厚度的保護層。混凝土結構設計規范中指出，當混凝土保護層厚度較大時，雖然裂縫寬度計算值也較大，但較大的混凝土保護層厚度對防止鋼筋銹蝕是有利的。因此，要有必要厚度的保護層使鋼筋與外界隔絕，避免此種情況的發生。

8.施加預應力抗裂。預應力能提高混凝土承受荷載時的抗拉能力，防止或延遲裂縫的出現，并增加結構的剛度，節省鋼材和水泥。施加預應力可提高構件的抗裂度，改善構件的受力性能，適用于對對裂縫要求嚴格的結構。

結束語

混凝土的裂縫問題是一個普遍存在而又難于解決的工程實際問題，混凝土裂縫產生的原因也很多，在結構設計過程中就需要根據不同的結構形式和不同的結構構件預判可能出現的裂縫，再根據不同的可能出現的裂縫采取相應的預防措施。只有從設計、施工到建筑的使用和維護的每個環節對混凝土結構的裂縫問題引起足夠的重視并采取正確的預防措施，才能更有利于保證建筑物的承載能力、安全性和耐久性。

參考文獻：

[1] 趙曉明，石磊.混凝土裂縫的成因及防范措施[J].山西建筑.2009（05）

[2] 馮乃謙，顧睛霞，郝挺宇.混凝土結構的裂縫與對策[M].北京：機械工業出版社，2008.

（作者單位：河北九易莊宸工程設計有限公司）