一、前言

鋼筋混凝土結構出現裂縫是不可避免的，在保證結構安全和耐用性的前提下，裂縫是人們可以接受的材料特征。近十多年來，隨著鋼筋混凝土結構的成長和復雜化，商品混凝土的大量普及和混凝土強度等級的提高，結構裂縫的概率大幅增加，有些危及結構的安全性和耐久性，有些地下工程裂縫影響了其使用功能。建設部對此十分重視，多次舉辦學術研討會，工程界各方專家提出多項技術措施，認為控制裂縫是一項系統工程。針對地下工程開裂比較普遍的現象，我國研發出了很多新型防水材料，建設部建議今后主要研發應用環保型中、高檔防水材料，剛柔結合，全面提高我國防水工程的質量和耐用性。

本人根據長期性學研究和大量工程實踐，提出鋼筋混凝土結構裂縫控制和防水新技術，供工程界參考，請指出不妥之處。

二、結構開裂產生原因

結構開裂產生原因復雜，國內外調查資料顯示，開裂有兩種原因，一種是由外載(靜、動載)直接應力和結構次應力引起的開裂，其概率約為20%，一種是由溫度、膨脹、收縮、徐變和不均勻沉降等因素引起的開裂，其概率約為80%。開裂與材料、設計、施工和維護有關，現分析如下。

(1)材料缺陷

變形裂縫中收縮裂縫占80%的比例，混凝土性質為

1.干燥收縮

研究表明，水泥加水后成為水泥硬化體，絕對體積減少。每100克水泥水化后的化學減縮值為7~9ml，混凝土水泥用量為350kg/m3時，孔縫體積約為25~30L/m3的巨大。這是混凝土抗拉強度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每100克水泥漿體蒸發約6毫升水，混凝土水泥使用量為350kg/m3，混凝土在干燥條件下，蒸發水量為21L/m3。毛細孔縫中的水逸出產生毛細壓力，混凝土產生毛細收縮。由此，水泥砂漿的干收縮值為0.1~0.2%的混凝土的干收縮值為0.04~0.06%。混凝土的極限拉伸值為0.01~0.02%，容易引起干收縮裂縫。

2.溫差收縮

水泥水化是個放熱過程，其水化熱為165～250焦爾/克，隨砼水泥用量提高，其絕熱溫升可達50～80℃。研究表明，混凝土內外溫差為10℃時，產生的冷縮值為c=△T/α=10/110-5=0.01%，溫差為20~30℃時，其冷縮值為0.02~0.03%，超過混凝土極限拉伸值時，結構破裂。

3.塑性收縮

混凝土初凝前泌水和水分急劇蒸發，引起失水收縮，骨料和水泥之間也發生不均勻的沉縮變形，發生在混凝土結束前的塑性階段，因此被稱為塑性收縮。其收縮量可達1%左右。混凝土表面，特別是涂抹不及時和養護不良部位出現龜裂，寬度達到1~2mm，是表面裂縫。灰塵比過大，水泥使用量大，加劑保水性差，粗骨料少，振動不良，環境溫度高，表面失水大，混凝土塑性收縮，表面破裂。

4.自收縮

密封的混凝土內部的相對濕度隨水泥水化的進展而下降，稱為自干。由于干燥毛細孔的水分不飽和而產生負壓，混凝土的自生收縮。由于高灰比的普通混凝土(OPC)在毛細孔的間隙中儲存了大量的水分，自干燥引起的收縮壓力小，因此自生收縮值低而不引起注意。但是，低灰比的高性能混凝土(HPC)不同，初期強度高的發展率使自由水消耗快，孔系統的相對濕度低于80%。HPC結構致密，外部水泥難以滲透補充，在這種情況下開始自我收縮。研究表明，年齡2個月的膠水比為0.4的HPC，自干收縮率為0.01%，膠水比為0.3的HPC，自干收縮率為0.02%。HPC的總收縮幾乎相等，膠水比越小，自收縮的比例越大。由此可見，HPC的收縮性與OPC完全不同，OPC以干縮為主，而HPC以自干縮為主。問題的關鍵是HPC自收縮過程開始于水化速度處于高潮階段的前幾天，濕度階段首先引起表面裂縫，然后引起內部微裂縫，混凝土變形受到約束，進一步引起收縮裂縫。這是高標準混凝土容易破裂的主要原因之一。

5.減水劑的影響

80年代中期推進商品(泵送)混凝土以來，為什么結構裂縫普遍增加？除了與混凝土的水泥用量和砂率提高有關外，減水劑引起的負面影響也被忽視了。例如，過去干硬性和預制混凝土的收縮變形約為4~6×10-4，但現在泵送混凝土的收縮變形約為6~8×10-4，混凝土的裂縫控制技術難度大幅度提高。研究表明，混凝土配合比相同時，混合減水劑的崩潰度可以增加100~150mm，但與基準混凝土的收縮值相比，增加了120~130%(見圖1)。因此，《混凝土減水劑》規范GB138076-97規定混合減水劑的混凝土和基準混凝土的收縮比≤135%。研究表明，混合不同類型的減水劑混凝土的收縮比不同，一般為木鈣減水劑>；凝固磺酸鹽減水劑>；三聚氰胺減水劑>；氨基磺酸減水劑>；聚丙烯酸減水劑。這表明商品混凝土澆筑的結構破裂概率與減水劑帶來負面影響有關。其機理尚不清楚。

以上從水泥混凝土物理化學特性分析各種收縮現象，早期塑性收縮會導致結構表面裂縫，混凝土進入硬化階段后，混凝土水化熱會導致結構溫差收縮和干燥收縮(包括自干收縮)，這是引起裂縫的主要原因。近十年大量使用商品砼開裂增加，除與單方砼水泥和摻合料用量增加外，減水劑增加砼收縮值變形的負面影響也是一個重要因素。

6.混凝土后期膨脹出現裂縫，主要由

(1)水泥中游離CaO過高，Ca(OH)2體積膨脹引起的

(2)水泥中MgO過高，Mg(OH)2體積膨脹引起的

(3)水泥和添加劑堿含量過高，與材料中的活性硅等產生堿-材料反應的

(4)有害離子Cl-、SO4=Mg+等侵入混凝土內部，導致鋼筋生銹或二次鈣膨脹破壞。

7.結構物在任意內應力作用下，除瞬時彈性變形外，其變形值隨時間的延長而增加的現象稱為徐變形。混凝土逐漸變化有利于抗裂，一般可以提高鋼筋混凝土的極限拉伸值50%左右。混凝土壓力逐漸變小，一般考慮收縮變形和逐漸變形的計算。混凝土收縮經驗公式多，但實際工程條件多變。一般采用以下任意時間混凝土收縮計算公式。

(t)=3.2410-4(1-e-0.01t)M1.M2……Mn

式中M1.M2……Mn-為水泥品種、骨料、灰塵比、溫度、養護和不同筋率等修正系數。

其中不同筋率的修正系數見表1.即限制收縮與自由收縮的比例，隨著筋率的提高而減少。

表1

肌肉配置率(%)0.000.150.20.250.250.300.300.400.40

修正系數M1.000.680.510.550次0.430.43次0.40

鋼筋混凝土結構由混凝土和鋼筋共同承擔極限狀態的承載力，結構設計師根據地基狀況，靜態、動載、環境因素、結構耐久性等控制負載裂紋。這里不討論。從國內外相關規范可以看出，結構變形引起的裂縫問題客觀上有兩種學校:

第一種，設計規范規定靈活，沒有明確的裂縫檢查規定，設計方法留給設計者自由處理。基本上采用破裂就堵塞，堵塞就排列的實際處理方法。

第二類，設計規范有明確規定，負荷裂縫有計算公式，有嚴格的允許寬度限制。變形裂縫沒有計算規定，只有規范留下伸縮裂縫，即留下裂縫不裂縫的設計原則。

大量的工程實踐證明，是否有裂縫，不是決定結構變形裂縫的唯一條件，裂縫不一定不裂縫，裂縫不一定裂縫，裂縫與許多因素有關。我們認為控制裂縫應該防患于未然，首先盡量預防有害裂縫，重點是預防。我國結構工程發展成長、復雜，混凝土設計強度等級發展成C40~C60，設計師重視結構安全，但對變形裂縫的控制不周到也是結構裂縫增加的原因之一。

(3)施工管理問題

混凝土配合比設計科學合理，水泥與添加劑是否適應，砂級配合及其含泥量是否符合規范要求，混凝土坍塌度控制是否合理，影響混凝土質量及其收縮變形。

砼澆筑震搗不均勻密實，施工縫和細部處理馬虎，會帶來結構開裂的后患；過震則使浮漿過厚，抹壓又不及時，則砼表面出現塑性裂縫，十分難看。

邊墻拆摸板過早（1～3d），砼水化熱正處于高峰，內外溫差最大；砼易“感冒”開裂。

混凝土養護很重要，但很多施工部門忽視了這一環節，特別是墻壁和柱梁的保溫保濕養護不足，容易產生收縮裂縫。有些露天結構盡管當地濕度大，但由于吹風的影響，混凝土水分蒸發速度加快，也就是說干燥收縮速度增加，容易引起初期表面裂縫，風速對水分蒸發速度的影響表2.這可能是夏天比秋天和冬天南方比北方結構裂縫多的原因。

從建設工程調查中發現，底板養護良好，裂縫概率低，底板外墻裂縫概率約占80%，與保溫保濕養護不足有很大關系。

除了上述技術因素外，施工管理不嚴格、趕進度、偷工減料、工人素質差、施工疏忽等也是結構裂縫的人為因素。

(4)對維護缺乏認識

我們發現很多結構在澆筑后3~6個月甚至1~2年內出現裂縫。除荷載問題外，主要是環境溫度和風速引起的收縮變形所致。有些地下室不能馬上復蓋土壤的上部結構不能立即關閉的出入口長期開放，屋頂防水層破損不能立即修補等。這些與施工和業主對結構維護缺乏認識有關。鋼筋混凝土結構與其他物體一樣具有熱膨脹收縮的特征，特別是長結構更加明顯，因此應重視澆筑結構的保溫保濕維護。

三、有害裂縫和無害裂縫

裂縫根據其形狀分為表面、貫通、縱向、橫向等。裂縫形狀與結構受力狀態有直接關系。裂縫分為愈合、閉合、運動、穩定的及不穩定的等。例如，寬度為0.1~0.2mm的裂縫，開始漏水，水通過裂縫與水泥結合，形成氫氧化鈣和C-S-H凝膠，一段時間后裂縫不會自行愈合。有些裂縫在壓力作用下關閉。有些裂縫在周期性溫差和周期性重復荷載作用下產生周期性的擴展和閉合，稱為裂縫運動，但這是一種穩定的運動。一些裂縫產生不穩定的擴展，視其擴展部位而定，應考慮加固措施。

根據國內外設計規范和相關試驗資料，混凝土最大裂縫寬度的控制標準大致如下:

無侵蝕介質無滲透要求，0.3~0.4mm.

輕微侵蝕，無滲透要求，0.2~0.3mm.

嚴重侵蝕，有滲透要求，0.1~0.2mm.

判斷裂縫是有害的還是無害的，首先是有害的結構安全性和耐久性例如，地下和水工程，0.1~0.2mm以下的裂縫被視為無害的裂縫，簡單的表面封閉即可，柔性的防水層更加保險。大樓裂縫為0.3~0.4mm，結構安全，視為無害裂縫，不予處理。對于受力的梁、柱，關系到結構安全，裂縫應妥善處理。

變形裂紋一般不影響承載力，但防水問題值得研究，工程調查顯示，裂紋引起的各種不利后果中漏水占60%。水分子的直徑約為0.310-6mm，可以通過任何肉眼可見的裂縫，理論上防水結構物不允許裂縫，但實際情況并非如此，工程實踐表明裂縫寬度為0.2mm，開始漏水量為5L/h，一年后只有10mL/h當然，必須及時處理浸水裂縫，這不是問題。

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