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【摘 要】混凝土墙体裂缝是一个普遍存在而又难于解决的工程实际问题，也是国内建筑界在不断探索和研究解决的技术难题。基于对超长墙体施工裂缝产生原因的分析，文章从结构及构造措施设计、混凝土原材料选择、配合比以及试验评价等方面提出了施工中的裂缝防范措施，以供设计、施工技术人员参考。
【关键词】混凝土裂缝；施工工艺；环境因素；规范施工；控制措施
近几年，我国经济飞速向前发展，建筑技术水平也不断提高，高层建筑如雨后春笋般层出不穷。由于施工工艺不良、环境等诸多方面的原因，使预拌混凝土结构，尤其是超长、大体积、大面积且约束条件复杂的混凝土墙体在施工中容易出现裂缝，这不仅影响建筑物的美观，甚至会造成安全隐患，危及生命安全。而且在裂缝出现以后，需投入大量的人力物力进行处理，效果却往往并不理想。因此，我们不能够只考虑裂缝出现之后如何补救，更应严格按照规范施工，抓好施工管理，从设计、材料、施工各方面，针对结构、材料特点，采取相应的构造措施和质量监督措施，进行相应的预防控制。下面，文章就以上问题进行了研究。
1 成因分析
预拌混凝土施工期间开裂主要是由于混凝土主动收缩、温度变形等作为“作用”使处于一定约束条件下的混凝土结构或构件产生效应（内力和变形），当此作用效应超出混凝土结构或构件所能承受效应的能力（结构抗力）时，混凝土即开裂。预拌混凝土施工期间裂缝主要可分为三大类，包括初始微裂缝、塑性收缩、沉降收缩等引起的裂缝，以及混凝土墙由于温度、收缩应力过大引起的开裂。各类裂缝的研究尺度、机理、防治措施有不同。
现浇混凝土结构在施工期间开裂，有些是由单一因素引起的，如环境温度、湿度变化等，但更多的是由多种因素的综合作用形成。诸如，原材料及配合比方面：混凝土配合比不合理，各种原因导致的混凝土过大收缩变形等；施工过程方面：浇筑时混凝土的工作性能、养护方案不合理等。预拌混凝土施工期间裂缝可在事前、事中从结构及构造优化设计、原材料优选、施工配合比体积稳定性优化设计、施工过程控制及施工过程监测等多方面采取措施进行综合预防控制。
本控制流程强调全过程控制，上述方面综合提出有效措施预防、控制裂缝的产生，不能忽略其中任何一个方面。具体为：在传统混凝土配合比设计的基础上进行专门的原材料优选及混凝土配合比优化设计；考虑预拌混凝土施工期裂缝防治的要求，进行结构设计及构造措施的优化；考虑预拌混凝土施工期裂缝防治的要求，加强混凝土浇筑、养护等施工过程的有效控制。
全过程控制流程：结构及构造措施优化→混凝土原材料优选→配合比稳定性优化设计→试验及评价→混凝土拌制、运输、浇筑→混凝土养护及拆模。本文主要针对前四个流程进行分析。
2 主要防范措施
2.1 结构及构造措施设计优化
收缩裂缝往往发生在较长的现浇钢筋混凝土墙体中，墙体中的钢筋应有足够的配筋率，钢筋布置宜细而密，墙体中的钢筋除应满足强度要求外，还应充分考虑混凝土收缩而加强。水平构造钢筋宜置于受力钢筋外侧，当置于内侧时，宜在混凝土保护层内加设防裂钢筋网片（图1）。考虑混凝土收缩变形规律，结合结构计算和工程经验确定配筋率及间距。
图1 防裂钢筋网片
剪力墙的水平和竖向分布钢筋的配筋率ρsh、ρsv（ρsh=Ash/bsv，ρsv=Asv/bsh?sv为水平分布钢筋的间距，sh为竖向分布钢筋的间距）不应小于0.2%。结构中重要部位的剪力墙，其水平和竖向分布筋的配筋率宜适当提高；剪力墙中温度、收缩应力较大的部位，水平分布钢筋的配筋率宜适当提高。
2.2 混凝土原材料优选
预拌混凝土供应方应对混凝土原材料进行优化选择，从而控制预拌混凝土施工期间收缩裂缝的发生。
（1）从控制裂缝的角度考虑，水泥品种优先选择的次序宜为：低碱水泥、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；大体积混凝土宜选用低热水泥。无特殊要求时，不宜选用早强水泥、含碱量较大的水泥、较细的水泥。有条件的宜对水泥进行抗裂性能试验和评价（圆环法）。
（2）在混凝土中宜加入一定量的粉煤灰或磨细矿渣（部分替代水泥），掺量通过配合比设计、试验确定，以改善混凝土的抗裂性能。当混凝土中掺入矿粉时，矿粉细度宜与水泥的细度接近。掺加硅灰时，应有可靠的技术措施。有条件的也宜对混凝土掺合料进行抗裂性试验和评价。
（3）掺加合适的外加剂有利于裂缝的防治，选择外加剂时，应注意外加剂之间的相容以及与水泥的相容性。对于抗裂性要求高的混凝土，合适条件下宜选用具有减缩抗裂性能的外加剂。
（4）在混凝土中掺入一定量的纤维、有机聚合物，可提高混凝土的抗裂性能。有机纤维如聚丙烯、尼龙类纤维，能提高混凝土塑性抗裂性能；钢纤维能提高塑性抗裂性能和硬化后混凝土抗裂性能。在纤维分散度良好的情况下，混凝土抗裂性能随着纤维掺量的提高而提高。2.5宜选用级配良好的粗、细骨料。
2.3 配合比优化
在优选原材料和常规配合比设计的基础上，进行体积稳定性配合比优化设计，从而满足那些严格要求施工期间不出现早期裂缝的结构（构件）或一般要求施工期间不出现早期裂缝的结构（构件），使混凝土除具有符合设计和施工所要求的性能外，还具有抵抗收缩开裂所需要的性能。
2.3.1 抗裂配合比优化设计时遵循原则
（1）最小单位用水量或最小胶凝材料用量原则。在满足混凝土强度和工作性能的前提下，选择最小胶凝材料用量，增大骨料体积。
（2）最大骨料堆积密度原则。使骨料堆积密度最大：控制骨料的合理级配，减小骨料空隙率，以减少胶凝材料用量。
（3）适当水灰比原则。水灰比过大或过小时均可能导致收缩加大、抗裂性能降低，应选择合适的水灰比，满足强度和耐久性的要求，不过大或过小。
2.3.2 具体设计步骤
假定混凝土已经经过常规配合比设计及调整，原材料用量及性能确定，设原混凝土配合比参数为：水泥用量、表观密度分别为C（kg/m3）、ρC；矿物掺合料用量、表观密度分别为F（kg/m3）、ρF；用水量为W（kg/m3）；外加剂用量为A（kg/m3）；粗骨料用量G、ρg表观密度分别为、；细骨料用量、表观密度分别为S、ρS。
（1）称量、计算原配比粗骨料堆积密度。将原骨料分三层装入10L容量筒，在振动台上分层振实、刮平，测定其质量m0，计算其堆积密度ρ0?g（kg/m3）；
（2）试配确定粗骨料优化级配。将两种或两种以上的单粒级粗骨料分别组合若干组，按上述方法分别测定其堆积密度，取其中堆积密度最大的一组为优化级配，其堆积密度计算为ρy0g（kg/m3）；
（3）计算粗骨料的空隙率
优化后水泥用量为：Cy=C×ζ
优化后矿物掺合料用量为：Fy=F×ζ
优化后外加剂用量为：Ay=A×ζ
优化后用水量为：Wy=W×ζ
优化后粗骨料用量为：Gy=Vyg×eg
优化后细骨料用量为：Sy=S×ζ
优化后选定的配合比尚应进行收缩、抗裂试验及评价。
2.4 试验评价
预拌混凝土供应方应在优选原材料、优化配合比的基础上进行收缩、体积稳定性试验及评价，从而提供有良好抗裂性能的混凝土。
2.4.1 混凝土早期收缩性能测试
测试用试模（图2、图3）用有机玻璃粘接而成，试模内底衬有特氟纶，长方向的内侧衬有可抽式的侧板，端板留有安装预埋测头的孔。也可以测量自收缩，密封盖与试模之间设有密封垫，以保证测定自收缩时，试件与外界无介质交换。
图3 混凝土收缩测量装置
测试过程：试件模具准备→试件成型→初凝后抽出长方向及端部侧板，同时安装百分表→读初始读数，开始正式测试。
试件放入标准条件试验室后保持随时观察，掌握好模具长方向及端部可抽式侧板的拔出时机。根据试验具体组别，混凝土在加水拌合约12h初凝，此时应及时、小心地抽拔出模具侧板，并立即安装两端测头的百分表，同时读出百分表的初始读数。模具的长方向两侧及两端头可抽取式侧板和上述操作可以保证混凝土初凝后即可开始混凝土收缩的量测。
正式读数时，0～24h龄期内，每4h读数一次；24～72h龄期内，每8h读数一次；3～7d龄期内，每12h读数一次；7d以后每24h读数一次。读数时同时记录环境温度、湿度，注意保持试验室标准条件。
最后对收缩测试结果进行分析评价，取用收缩、抗裂性能优的配合比。
2.4.2 混凝土塑性抗裂性能试验（平板抗裂试验）
混凝土塑性抗裂性能试验（平板抗裂试验）主要测试、评价混凝土在低龄期（塑性）阶段抗裂性能。平板试验的试模主要包括滑动特氟纶板、周边带钢筋约束的模框、热源、风扇等，模框内框尺寸，长×宽×高：600mm×600mm×60mm（图4）。
图4 平板抗裂试验
试验时将特氟纶板铺在专用试验台上（图4），保证试验环境温度20±2℃，相对湿度（60±5）%，试件表面风速约5m/s；0～24h龄期内每30min观察一次，记录24h内试件裂缝出现的条数、时间、部位以及每条裂缝的长度与宽度。若24h没有出现裂缝，再延长观察时间，每隔2h观察一次，但最长不超过72h。超过72h仍没有出现裂缝，则仔细分析原因，必要时重新做试验测试。
测试完毕综合用以下四个定量指标并用文字描述裂缝型式等情况进行分析评价。
（1）首条裂缝发现时间（t）
t从混凝土加水搅拌后以小时/分计。时间越长塑性抗裂性能越好。
（2）单位面积的裂缝条数（n）
n—单位面积的裂缝条数（条/m2）；N—裂缝总条数；A—平板表面积（0.36m2）。
（3）每条裂缝的平均开裂面积
A——平板试验每条裂缝平均开裂面积（mm2）；N——裂缝总条数（k）；Wt——第i条裂缝的最大宽度（mm）；L1——第i条裂缝的长度（mm）；
同条件下，A越小，塑性抗裂性能越好，反之越差。
（4）单位面积的裂缝总面积
c——单位面积的裂缝总面积（mm2/m2）；
3 成果及效益
（1）控制成果：有效控制了预拌混凝土超长墙体现浇施工期裂缝的产生缝的产生，经有关专门机构检测，“剪力墙中混凝土的收缩和膨胀都在允许的范围内，所监测墙体没有发现肉眼可见裂缝。”地基与基础分部工程质量评价优，该工程获得2014-2015第一批鲁班奖入选项目。
（2）社会效益：裂缝综合防治中，为改善混凝土的抗裂性能，要求在混凝土中加入一定量的粉煤灰或磨细矿渣（部分替代水泥），可以节约能源、资源，减少粉尘、CO2的产生，更有利于环境，符合可持续发展战略。
（3）经济效益：采用基于全过程控制的裂缝综合防治技术，在混凝土中加入一定量的粉煤灰或磨细矿渣，采用整体跳仓浇筑，达到了节约工期，降低成本的目的。
4 结论：
总之，由于各种原因，在混凝土墙体上难免会发生各种类型的裂缝。但是，只要严格执行施工操作规程和技术要求，做好设计、材料、施工、管理等各方面的工作，混凝土墙体的裂缝现象是可以有效预防和控制的。实践证明，上述的防控措施能够有效控制墙体现浇施工期裂缝的产生，效益显著，得到监理等多方认可，可供类似的工程提供参考，以提高控制水平，减少或消除这类工程质量问题，降低工程的维护费用，保障建筑的整体质量以及效益。
参考文献：
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[3]杨杰；罗亚磊.北京某银行金库超长墙体混凝土裂缝控制[J].城市建设理论研究.2015（04）
论文作者:谭锡南
论文发表刊物:《低碳地产》2016年第8期
论文发表时间:2016/8/31
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 骨料论文; 墙体论文; 性能论文; 用量论文; 钢筋论文; 《低碳地产》2016年第8期论文;