合肥地区混凝土裂缝控制的几点建议

周爱东

在建筑工程中，钢筋混凝土结构将在很长的时期内作为一种主要结构形式存在，随之带来相当普遍的混凝土裂缝问题应该得到及时有效地解决。因为这一问题不仅影响建筑物的观感，往往同时反映混凝土的品质出现了明显的缺陷，这类缺陷对结构的耐久性的影响不容忽视。目前的钢筋混凝土强度是由所谓承载力极限状态表述的，在达到极限状态的过程中，出现裂缝时的荷载往往只是破坏荷载的20%～30%，因而由荷载产生的结构裂缝对结构的安全并无即时影响。这类裂缝的宽度和位置的计算理论已经经历了很长时间的发展，作为工程运用的经验理论也是够用的。从各地的混凝土裂缝情况看，大量出现的裂缝并非荷载作用产生的，而是所谓“变形作用引起的裂缝”。

所谓变形作用一类为结构变形造成构件的额外变形，如基础不均匀沉降使结构产生过大变形。另一类为混凝土自身的变形引起的构件内部变形，这一类变形往往与混凝土的品质有关。不同的变形作用引起的裂缝，控制的着眼点自然不同，笔者着重对第二类变形作用引起的裂缝进行讨论，这也是预拌混凝土被广泛使用以来最严重的钢筋混凝土质量问题。

1 产生第二类变形作用引起的裂缝的原因简述

1.1 混凝土的水化热和收缩变形增大

近二十年来，我国的混凝土原材料和生产工艺发生了很大的变化。首先是水泥细度增大，随着比表面积的增加，水泥的水化需水量增加、早期强度的增长加快和水化热增大;干缩速度加快、最终干缩率增大，体积稳定性趋坏。其次是预拌混凝土的推广使用以及泵送混凝土的广泛使用;过去的干硬性、低动性混凝土变成今日普遍使用的大流动性泵送混凝土。这给混凝土设计和质量控制带来两个方面的严重问题:1)工作性的要求使得混凝土设计时不可避免的加大了用水量、水泥用量、水灰比和砂率，这些变化使混凝土收缩量出现很大的增长。2)预拌混凝土的广泛使用(本地区的现场集中搅拌几近绝迹)不仅因为长距离运送对混凝土的流动性提出了更高的要求，也因为混凝土的生产和使用是不同的责任主体而出现混凝土生产、运输和使用过程中的品质检查功效大减。这方面问题的解决应该成为本地区混凝土控制的关键。

1.2 混凝土强度选用、混凝土配制对混凝土收缩的影响

水泥用量的增加会使混凝土的变形增加。水泥用量的大幅度增加原因是多样的。在结构设计方面，随着结构高度不断增加，竖向构件的混凝土强度等级不得不选用高强度混凝土，为了减少施工工艺上的复杂性，相应的水平构件的混凝土强度等级跟着水涨船高。在混凝土的配制中，造成水泥用量过大的原因不尽相同:1)许多混凝土厂家不注意技术积累，混凝土试配目的单一，只是作为生产上的下料单，没有利用长期的实验数据对混凝土的试配进行优选。2)厂家在原材料控制、用料计量、运送过程的质量控制手段单一落后，为了防止强度上出大问题，一味加大水泥用量。

1.3 结构设计对混凝土收缩变形缺乏清楚的认识

结构设计中设计人员对大体积混凝土和超长结构一般都能注意到，这些问题的研究也是很多的，通常不应该出现大的质量问题。容易忽略的是平面突变部位的构造加强以及针对约束刚度的强弱对关键部位采取加强措施。这一问题在方案阶段就应当引起重视，对于较大的设计单位应当有自己的技术措施，单纯的加大板厚，加大配筋往往言不及义。

1.4 外加剂的使用

随着混凝土强度等级的提高以及施工方对混凝土工作性要求的提高，外加剂的使用越来越多。这本是一个进步，但使用上的失当却可能会使好东西出现坏结果。

外加剂对混凝土体积稳定性影响明显，而混凝土的体积稳定性是影响混凝土工程安全性、耐久性的重要因素。有效监控混凝土体积稳定性应该是混凝土外加剂使用中的一项重要工作。目前关于混凝土外加剂的试验表明混凝土外加剂对混凝土强度、外加剂与水泥的适应性都有明确要求，对混凝土的体积稳定性还没有明确的规定，这是一个缺陷。目前工程界对这一问题的探讨已经有了可喜的进步，已经开发出可用的混凝土体积稳定性检测技术。混凝土厂家应当跟上这一趋势，着手积累试验资料。

1.5 运输、施工环节的不利影响

混凝土运输、施工过程应该由施工方的施工组织设计实施总的控制。混凝土施工组织设计应该将混凝土的质量作为中心内容。现阶段在本地区的情况与此有着很大的差距。施工方对混凝土生产、运输的基本常识不足，对混凝土工作性要求过高，增加了混凝土配制、运输的困难，结果往往是进场混凝土品质较差。混凝土的生产单位只求强度报告能过关，对混凝土的原材料控制和计量、混凝土工作性检查、混凝土运输过程的质量控制措施不明确。随着建筑高度的不断提高，混凝土竖向运输成为混凝土工作性要求的控制性因素，而混凝土的竖向运输竟然由对结构质量并不承担直接责任的搅拌站方负责，而直接责任方——施工方的施工方案中对此往往不涉及，这是十分荒唐的现象。

混凝土的养护一直是混凝土施工的关键，在建筑工程中，混凝土构件往往会出现一个或两个方向尺度较小，养护对混凝土质量的影响就更大了。

2 第二类变形作用引起的裂缝的种类和产生机理

2.1 混凝土的收缩主要分为化学收缩、干缩和冷缩

水泥与水水化反应生成物的体积小于水和水泥体积之和，水化前后的这种体积变化就是化学收缩。混凝土的化学收缩量随混凝土的水泥含量的增加而加大。化学收缩伴随着水化完成而结束，一般在40 d左右可以稳定。混凝土中存在大量的毛细孔，浇筑之初，毛细孔充满着自由水，随着毛细孔中水分的蒸发，毛细孔中产生负压，在负压的作用下混凝土体积缩小。在蒸发过程中，混凝土中的结合水也在减少，这使得胶凝体分子间距减小，这也使得混凝土体积减小。混凝土的干缩量随着水泥用量、水灰比和砂率的增大而增加，随着混凝土密实度的增加而减小。

水泥水化时产生水化热，水化热使混凝土温度上升，一般在3 h～4 h达到峰值，随后温度下降混凝土的体积因降温而收缩。

2.2 裂缝产生

混凝土的早期裂缝有塑性变形裂缝、温度裂缝和早期收缩裂缝。

1)塑性变形裂缝:指发生在混凝土终凝之前，混凝土尚处于可塑状态时就出现的裂缝，它在泵送混凝土中出现较多。又分为塑性沉降裂缝和塑性收缩裂缝。塑性沉降裂缝:混凝土在硬化之前由于重力作用，粗骨料下沉，水泥浆和气泡上升，当下沉不均匀时可能引发塑性沉降裂缝。这类裂缝在浇筑后1 h～3 h就出现，终凝后终止。裂缝的深度常达到钢筋表面。塑性收缩裂缝:混凝土初凝过程中，水泥水化反应激烈，混凝土表面出现泌水和水分急剧蒸发，毛细孔负压致使水泥石体积收缩(有别于干缩，干缩发生在水泥硬化以后，此时的水泥石形状已固定)。这种裂缝在使用水泥用量、用水量和砂率较大的泵送混凝土时容易出现，当泵送混凝土浇筑后出现环境温度高、湿度低，风速大，阳光直射的情况时如无针对性的养护措施，混凝土就出现大面积表面龟裂;温度裂缝分为共时温度裂缝和历时温度裂缝。共时温度裂缝:在水化热的作用下，混凝土温度升高，达到峰值后，混凝土温度下降;由于混凝土在同一时刻的温度分布是不均匀的，混凝土的应变分布亦不均匀，产生拉应力进而出现裂缝，大体积混凝土的温度裂缝就属这类;历时温度裂缝:温度急剧变化引起混凝土在短时间内发生较大收缩，不同构件对这种收缩产生不同程度的变形，构件之间的约束造成这种裂缝。板角的八字形裂缝有些就与此有关，这类裂缝多数是由温度、收缩多种因素共同起作用引起的。

2)混凝土的后期裂缝，混凝土干缩持续时间长，收缩量的80%左右在浇筑后2年～3年内完成，全部变形完成往往要十多年，混凝土结构在后期出现的干缩裂缝并不鲜见。泵送混凝土广泛使用以后，这类问题可能会在相当长一段时间内一直困扰我们。

3 本地区控制混凝土裂缝需要解决的几个问题

对于变形作用引起的混凝土裂缝，应当依其根源在结构设计、混凝土生产、混凝土施工和结构工程的监理见证多方面采取措施，否则难以看到明显的治理效果。

3.1 结构设计方面

裂缝发生一定会达到以下三个条件:1)混凝土有较大的收缩量;2)这种收缩受到约束;3)累积张力引起的拉应力超过混凝土的抗拉强度。混凝土的抗拉强度低且离散性极大，在普通混凝土建筑工程中使用加大抗拉强度的特殊混凝土，至少在目前这个阶段并不明智。结构设计对混凝土收缩性有影响的主要是混凝土的强度选用。随着建筑高度的不断增加，竖向构件趋向于选用高强度混凝土，由于考虑施工方便，水平构件的强度选用也就会随其提高。这是极不合理的，不仅提高了结构造价，也加大了混凝土的收缩，而混凝土的收缩裂缝绝大部分出现在水平构件上。按照目前的施工技术水平，竖向构件与水平构件选用不同强度等级的混凝土完全没有太大的技术难度，在本地区只是还没有养成习惯。

结构对收缩的约束问题是结构设计应当考虑的主要问题。在方案设计阶段，有意识地减少应力集中的部位是主动解决问题的方法。采取加强措施之前，设计人员应当对全平面和局部的收缩约束有一个定性的基本认识，就全平面混凝土收缩不仅要考虑总尺度的影响，还应当特别关注平面突变处，这些部位往往是薄弱截面。对于结构约束刚度的分布情况的分析判断，是了解收缩引起的张力分布的基础，在张力分布的基本分析基础上的薄弱部位构造加强措施才是有效解决问题的方法。目前采用的统一加大板厚和配筋的做法在很多情况下是无的放矢。

3.2 混凝土的生产、施工方面

混凝土的生产施工过程中，第一步就是对混凝土工作性提出要求，而混凝土工作性要求是由施工工艺选择、混凝土输送距离和方式(特别是竖向输送)决定的。因而混凝土工程施工方案是协调混凝土工作性要求、施工方式和混凝土品质(最终对混凝土质量产生重要影响)之间矛盾的指导性文件。这一步工作的缺位将使混凝土质量控制缺乏基本依据。由于混凝土的生产施工过程涉及不同的责任主体，各方的责任划分是质量控制的根本问题。

1)施工方。鉴于施工方是结构工程质量的直接责任主体，应当对混凝土质量控制全过程负责。混凝土施工方案对施工工艺、混凝土输送方案的选择应当以保证混凝土品质为依据。首先，混凝土的工作性要求与混凝土使用部位、输送泵的输送能力选取、输送距离相协调，协调的原则是保证混凝土的品质。施工方对混凝土生产商的选择应当将生产商的质量保障能力作为首要考虑因素，混凝土合同应当对混凝土出场检验、进场检验和强度取样的过程、内容作出明确、详尽的规定，对质量责任追溯做原则规定。目前许多合同多只是在价格上做详细规定，这使得混凝土的生产、运输过程的质量监督，混凝土交接检查的实施失去依据。

从混凝土裂缝产生机理可知，水泥用量的增加、用水量的增加、砂率的加大以及粗骨料含量的减少都会使混凝土的收缩加大，这成为泵送混凝土裂缝问题严重的主要原因。这些问题都是过分的混凝土流动性加大的要求导致的，因而在混凝土流动性要求上应当适度，够用就行。对于大中型小区，特别是边远地区的大中型小区，应当采用现场集中搅拌的方式，这种做法由于运输距离的减少可以大大减少混凝土流动性的损失，因而在混凝土配合比设计时采用较小的设计坍落度。竖向输送距离较小的混凝土可以采用较小的坍落度。对混凝土供应速度要求不高的部位可以不采用输送泵，竖向输送高度较大、施工工艺要求混凝土供应比较集中的部位采用输送泵，在输送泵的选用时应当尽量选用小坍落度，以较大的泵送压力和较大的输送管口径解决混凝土的可泵性问题。

混凝土施工工艺的选择对混凝土的质量影响很大。泵送混凝土的特性使得混凝土的收缩不可避免的增加。对某些部位的混凝土施工中采用二次振捣的工艺能够大幅提高混凝土的密实度，这不仅可以大大减少混凝土的收缩量，还可以明显提高抗渗性和混凝土强度，因而可以间接地减少水泥用量。对于本地区大量出现的板的收缩裂缝，一次振捣使用振动棒拖振，二次振捣使用平板振动器，这是一个十分有效的解决方法。该工艺的关键是要在初凝完成前1 h～2 h进行二次振捣。初凝时间的确定和现场检测是二次振捣特有的问题，可以用混凝土贯入阻力仪或用坍落度间接测定初凝时间的方法进行此测定。混凝土的养护是裂缝控制的重要方面。这方面的措施很多，关键是实施。

2)混凝土生产方。实现规定的混凝土强度和工作性要求，水泥用量较小的配合比设计一般都是好的设计，这不仅可以增加经济效益，同时能够提供较好的混凝土品质。欲达此目的，厂家必须对骨料、水泥和外加剂的质量进行严格的监控。较小的离散度可以采用较小的设计强度值，而较小的离散度就意味着混凝土组分的质量和数量控制的偏差较小。混凝土设计经验来自于大量的试验资料分析，对于泵送混凝土来说，实现规定的流动性不是混凝土设计的全部，甚至不是最重要的问题，使用最小的水泥用量、最优砂率、最小用水量来实现规定的强度和流动性才是混凝土设计的主要问题。本地区混凝土的水泥用量明显大于先进地区，这是本地区混凝土生产水平落后的重要表现。这种落后的原因:a.生产过程中的控制水平低下，设计人员以增加水泥用量的笨办法来防止出现强度事故;b.混凝土设计能力的低下，混凝土设计仅仅满足于单纯实现强度和流动性要求，长此以往，设计能力不可能得到提高。外加剂的使用对混凝土收缩性能有着直接的影响，厂家应当对各种外加剂在不同的混凝土设计中的体积稳定性进行测定。一方面这是一种防止出现过大混凝土收缩的必要监控手段，另一方面，长期的资料积累也是外加剂选择和使用的基本依据。混凝土运输过程出现坍落度损失时应有必要的解决措施，这些措施应当作为厂家质量控制的规定内容。必须坚决杜绝超出混凝土设计范围的中途添加水和外加剂的现象。因为这种做法会使混凝土组分失控，进而发生大的质量事故。

3)各方的监督和见证。商品混凝土工作性的出厂检查和进场检查的内容和程序应当在事前做明确规定，进场取样按照见证取样的规定严格实施。混凝土的工作性检查目前仅限于坍落度数字记录，这是不够的，还应当对混凝土的保水性，是否出现泌水、离析现象以及混凝土振捣的难易程度进行目测检查记录，并就这些现象事先规定退货标准。监理方作为见证、监督的第三方，应该对混凝土生产、运输和施工的整个过程制定关键节点的控制措施，拥有否决权并作出独立的监督记录。

4 结语

预拌混凝土、泵送混凝土的推广使用都会带来混凝土收缩裂缝的增加，这种情况在各地都出现过，针对出现的问题采取综合的控制措施能使这一问题得到很大程度的改善，这已经被先进地区的经验证实了。结合各地的实际情况，有针对性的采取措施，是各地区工程界必须面对的问题。大量的混凝土裂缝出现不应该成为一种长期的现象。

［1］刘景刚.简述混凝土裂缝的成因与防治措施［J］.山西建筑，2010，36(10):152-153.