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【摘要】如何控制混凝土裂缝是当前混凝土工程的一项重点和难点。本文针对混凝土产生裂缝的机理，提出预防混凝土裂缝的施工技术措施，进行合理的施工设计防止有害裂缝的产生。
【关键词】混凝土； 裂缝控制； 施工设计； 工程应用
1．前言
随着我国国民经济的高速发展，大型混凝土结构工程日益增多，且规模越来越大，如高层和超高层建筑地下室、高层建筑大型整板基础、地铁、大坝等，钢筋混凝土结构作为工程建设中常见的承重结构，作用十分重要。但由于混凝土属于脆性材料，混凝土结构产生不同程度、不同形式的裂缝相当普遍，在某些情况下，裂缝会导致非常严重的后果。裂缝使混凝土结构形成隐患，混凝土开裂后，轻则会影响建筑物的外观，使人们的精神上产生一种负面影响；严重时裂缝会使混凝土结构的承载力降低，直接影响结构的安全。混凝土裂缝问题是当前混凝土施工的一个普遍问题，裂缝不仅会降低混凝土的强度、抗冻性，对混凝土的抗渗性和耐久性影响尤为严重。
混凝土裂缝问题的研究已成为现代建筑施工的一项热门课题，也是混凝土施工的核心问题。混凝土产生裂缝的原因和混凝土原材料选择、混凝土配合比设计、施工工艺、外部荷载作用等因素有关。混凝土因其厚度大、温升高的特点。产生裂缝的主要原因与普通混凝土不同，本文主要针对这一特点分析其裂缝产生机理，提出施工预防措施，进行合理的施工设计，防止混凝土有害裂缝的产生。
2．混凝土产生裂缝的原因
一般说来，混凝土的施工周期较长，因外部荷载作用产生裂缝的可能性不大，由自身引起的混凝土裂缝可分为“塑性裂缝”和“应力裂缝”两种。
2．1 产生塑性裂缝的原因
塑性裂缝由混凝土的塑性收缩引起，发生在混凝土的塑性阶段，属干缩裂缝，出现很普遍。一般来说，厚度较大的混凝土浇筑后，水泥水化反应激烈，出现明显泌水和水分急剧蒸发现象，引起混凝土沉降收缩，在有钢筋的部位被托住，没有钢筋的部位混凝土下沉，发生顺钢筋的干裂缝；混凝土浇筑后，表面未及时覆盖，受风吹日晒，表面游离水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩，而此时混凝土早期强度低，不能抵抗这种变形应力而导致开裂。使用早期强度高的水泥或水泥用量过多、水灰比过大等也是混凝土产生塑性裂缝的原因。
2．2 产生应力裂缝的原因
应力裂缝是在某一时刻因混凝土内部产生化学收缩、干燥收缩、降温收缩使混凝土内部产生的拉应力超过了当时混凝土的抗拉强度，混凝土形成裂缝。对于混凝土，因降温收缩产生的应力是其产生裂缝的最主要原因。
2．2．1 化学收缩。化学收缩由胶凝材料收缩引起，混凝土中胶凝材料在硬化过程中，化学反应后的体积会比反应前缩小，这种收缩叫做化学收缩，其收缩量只是干燥收缩的1／5～1／10，一般不会产生危害。
2．2．2 干燥收缩。混凝土拌和水以不同形式存在于硬化后的混凝土中，拌和水包括化合水和自由水两部分。化合水是水泥进行水化作用时所必须的水，要有足够的化合水才能保证水泥颗粒的充分水化和水解，生成结晶和凝胶，这部分水仅占拌和水的四分之一，而自由水完全是为了满足施工及操作需要的水。混凝土硬化后化合水在正常使用条件下不参与同外界湿度交换，自由水以吸附水、毛细管水和孔隙水的形式存在。当混凝土处于干燥环境中时，首先是大空隙及粗毛细孔中的自由水分蒸发，这种失水不引起收缩；然后毛细孔、微毛细孔中水的蒸发，使细孔中形成负压，随着干燥作用的加剧，负压逐渐增大，水泥石受压而形成压缩变形，构成混凝土收缩变形的一部分；在毛细水蒸发后，如继续干燥，物理一化学结合的吸附水，包括晶格间水分和分子层中的吸附水先后蒸发，这种失水引起显著的水泥石压缩，是收缩变形的主要部分。干燥收缩受环境湿度影响最大，还同水泥品种、水泥用量、水灰比、环境温度、掺合料品种、配筋率有关。
2．2．3 降温收缩。混凝土浇筑后，胶凝材料水化过程中放出大量热量，因混凝土表面的散热条件远比其内部散热条件好，从而使混凝土中心温度高于混凝土表面温度，形成温度梯度，产生的温度应力和温度变形，当这种温度应力和其他应力的合力超过混凝土抗拉强度时，就会产生温度裂缝。在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，内外温差越大，温度应力也越大，引起裂缝的几率也越大。混凝土降温阶段热量逐渐散发，混凝土温度逐渐下降，使混凝土体积逐渐产生收缩，当混凝土收缩受到地基、垫层或结构边界的外部约束时，在混凝土中产生很大的拉应力，当这种应力和其他应力叠加超过混凝土的抗拉极限强度时，混凝土的底面交界处附近甚至在混凝土中产生收缩裂缝，这种裂缝特征是由交界面向上延伸，靠近基底最大，上部较小，严重的会产生贯穿整个混凝土结构的贯穿性裂缝。通常大体积混凝土的降温差较大，其形成的收缩变形也就很大。
3．裂缝控制的施工技术措施
3．1 底板分块及施工缝留设
受施工条件限制及工期影响，底板混凝土无法按原设计要求一次浇筑完成，经设计、监理和施工单位三方论证，决定将整个底板划分为三块浇筑。另原设计要求墙板水平施工缝处设钢板上面水带，但实际施工时钢板止水带将切断墙体暗柱箍筋，焊接质量难以保证，对结构不利。经与设计单位协商，墙板水平施工缝改为“凸”型缝。施工缝严格按施工规范中的技术要求做，以保证结合面的强度。
3．2 混凝土配合比设计
3．2．1 材料选用
（1）采用中低热水泥品种，降低水泥用量。
（2）考虑混凝土的泵送要求，碎石粒径为5.0～31.5mm，含泥量≤0.3％。
（3）选用细度模数2.8的中砂，含泥量≤0.8％。
3．2．2 混凝土配合比
根据施工条件及设计要求，经反复试配，施工前确定的混凝土配合比如下：
（1）地下室底板混凝土设计参数：强度等级为C35，抗渗等级为A8.0，坍落度为10～14cm；混凝土配合比设计参数：标准差5.0MPa，配制强度43．2MPa，坍落度为13cm，质量密度为2380kg／m，7d抗压强度34.2MPa，28d抗压强度52.6MPa。
（2）施工配合比：水灰比为0.48，配合比（水泥：粉煤灰：砂：石：水）为1：0.11：2.09：3.41：0.48，含砂率为38％ ；施工的材料用量为：水泥333kg／m，粉煤灰37kg／m ，砂696kg／m ，石子1136kg／m。
3．2．3 底板混凝土施工
（1）搅拌设施。现场设混凝土搅拌站2座，每座攪拌站配750L混凝土搅拌机及PL800型砂石自动配料机各3台。
（2）混凝土人模温度控制。采取以下措施降低混凝土人模温度：①搅拌机出料口加装换气扇，地泵人料口设遮阳装置。②用麻袋片包裹泵管并浇水湿润。③砂、石堆场用彩条布覆盖，石子堆场提前浇水降温。④ 现场周围及基坑壁洒水降温。
（3）混凝土浇筑。根据施工缝的留设位置，整个底板混凝土分3块浇筑，浇筑时采用“分块、分区、斜面分层、循序退打、一次到位”的方法，每台混凝土泵浇筑宽度39．5m，流淌坡度按1：5计算，其流淌距离为5m，混凝土分层厚度控制在50cm，则每层的混凝土量为99m ，每小时泵送25m （实际泵送34～57m/h），4h可完成一层，避免了每层混凝土之间出现冷缝。
（4）混凝土振捣。在每台泵出料口配备6根插入式振捣器，在混凝土出料口及斜面的中下游各布置2根，快插慢拔。墙柱插筋根部、水平施工缝及钢筋密集部位采取二次振捣，确保混凝土密实，以防上述部位产生蜂窝、麻面、露筋。二次振捣时间控制在混凝土浇筑后2～4h。
（5）泌水处理。泵送混凝土具有大流动性，在混凝土浇注过程中会产生大量泌水，故在底板垫层混凝土施工时，将其施工成一定的坡度，并用小方木在垫层表面压出若干排水槽通向各积水坑，通过积水坑将泌水排出基坑外。
（6）混凝土表面处理。混凝土浇筑3～4h后，用平板振捣器振捣，使其表面收水沉实，长木尺配合抹平，终凝前用铁抹子抹光表面，闭合表面裂纹，然后覆盖两层麻袋养护。
（7）施工缝处理。将施工缝处的混凝土表面凿毛，清除表面水泥浆和松动石子，凿入深度达到新鲜骨料露出1／3為宜，并充分湿润和清洗干净。调整钢筋并清除其表面水泥浆。浇注水平施工缝混凝土时，先铺15mm厚与混凝土同成分的水泥砂浆，新旧混凝土细致振捣，保证混凝土之间紧密结合。
3．2．4 混凝土试块的制作和坍落度测定
底板混凝土每200m 制作试块一组。每隔l小时对每台泵压送的混凝土坍落度进行测定，坍落度控制在12～14cm。
3．2．5 温度监控和混凝土养护
测温点按12m×12m设1个，测环境温度、混凝土表面温度与中心温度，每4h测1次，共持续7天。混凝土终凝后覆盖双层麻袋片进行保温，浇水养护14天。
3．3 实施效果
底板混凝土施工中共留设强度试块173组，抗渗试块140组，平均强度43.7MPa，抗渗等级S8以上，均满足设计要求。本次底板混凝土施工，由于措施得当、组织严密，有效地控制了温度裂缝的产生，保证了混凝土施工质量。施工至今2年多，经过两个雨季考验，混凝土底板及施工缝处未出现任何渗漏；经各方严格检查，混凝土表面除极个别地方出现少许干缩裂缝外，未出现其它裂缝。
4． 结语
综上所述，对于混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题，需要经过设计、监理、施工及使用方等多方面的配合。随着当今我们对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高，相信混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。
参 考 文 献
[1]沈伦德．混凝土结构裂缝控制[J]．施工技术，1995（8）：18—19．
[2]王铁梦．工程结构裂缝控制[M]．北京：中国建筑工业出版社，2007,(3):149
[3]过镇海．钢筋混凝土原理[M]．北京：清华大学出版社，2009，（1）:79
[4]惠荣炎，黄国兴，易冰岩．混凝土徐变[M]．北京：中国铁道出版社，2008，（3）:113
[5]亢祖合．如何通过结构设计降低棚户区住宅楼工程建造[J]，建筑月刊，2005（10）：96
【关键词】混凝土； 裂缝控制； 施工设计； 工程应用
1．前言
随着我国国民经济的高速发展，大型混凝土结构工程日益增多，且规模越来越大，如高层和超高层建筑地下室、高层建筑大型整板基础、地铁、大坝等，钢筋混凝土结构作为工程建设中常见的承重结构，作用十分重要。但由于混凝土属于脆性材料，混凝土结构产生不同程度、不同形式的裂缝相当普遍，在某些情况下，裂缝会导致非常严重的后果。裂缝使混凝土结构形成隐患，混凝土开裂后，轻则会影响建筑物的外观，使人们的精神上产生一种负面影响；严重时裂缝会使混凝土结构的承载力降低，直接影响结构的安全。混凝土裂缝问题是当前混凝土施工的一个普遍问题，裂缝不仅会降低混凝土的强度、抗冻性，对混凝土的抗渗性和耐久性影响尤为严重。
混凝土裂缝问题的研究已成为现代建筑施工的一项热门课题，也是混凝土施工的核心问题。混凝土产生裂缝的原因和混凝土原材料选择、混凝土配合比设计、施工工艺、外部荷载作用等因素有关。混凝土因其厚度大、温升高的特点。产生裂缝的主要原因与普通混凝土不同，本文主要针对这一特点分析其裂缝产生机理，提出施工预防措施，进行合理的施工设计，防止混凝土有害裂缝的产生。
2．混凝土产生裂缝的原因
一般说来，混凝土的施工周期较长，因外部荷载作用产生裂缝的可能性不大，由自身引起的混凝土裂缝可分为“塑性裂缝”和“应力裂缝”两种。
2．1 产生塑性裂缝的原因
塑性裂缝由混凝土的塑性收缩引起，发生在混凝土的塑性阶段，属干缩裂缝，出现很普遍。一般来说，厚度较大的混凝土浇筑后，水泥水化反应激烈，出现明显泌水和水分急剧蒸发现象，引起混凝土沉降收缩，在有钢筋的部位被托住，没有钢筋的部位混凝土下沉，发生顺钢筋的干裂缝；混凝土浇筑后，表面未及时覆盖，受风吹日晒，表面游离水分蒸发过快，产生急剧的体积收缩，而此时混凝土早期强度低，不能抵抗这种变形应力而导致开裂。使用早期强度高的水泥或水泥用量过多、水灰比过大等也是混凝土产生塑性裂缝的原因。
2．2 产生应力裂缝的原因
应力裂缝是在某一时刻因混凝土内部产生化学收缩、干燥收缩、降温收缩使混凝土内部产生的拉应力超过了当时混凝土的抗拉强度，混凝土形成裂缝。对于混凝土，因降温收缩产生的应力是其产生裂缝的最主要原因。
2．2．1 化学收缩。化学收缩由胶凝材料收缩引起，混凝土中胶凝材料在硬化过程中，化学反应后的体积会比反应前缩小，这种收缩叫做化学收缩，其收缩量只是干燥收缩的1／5～1／10，一般不会产生危害。
2．2．2 干燥收缩。混凝土拌和水以不同形式存在于硬化后的混凝土中，拌和水包括化合水和自由水两部分。化合水是水泥进行水化作用时所必须的水，要有足够的化合水才能保证水泥颗粒的充分水化和水解，生成结晶和凝胶，这部分水仅占拌和水的四分之一，而自由水完全是为了满足施工及操作需要的水。混凝土硬化后化合水在正常使用条件下不参与同外界湿度交换，自由水以吸附水、毛细管水和孔隙水的形式存在。当混凝土处于干燥环境中时，首先是大空隙及粗毛细孔中的自由水分蒸发，这种失水不引起收缩；然后毛细孔、微毛细孔中水的蒸发，使细孔中形成负压，随着干燥作用的加剧，负压逐渐增大，水泥石受压而形成压缩变形，构成混凝土收缩变形的一部分；在毛细水蒸发后，如继续干燥，物理一化学结合的吸附水，包括晶格间水分和分子层中的吸附水先后蒸发，这种失水引起显著的水泥石压缩，是收缩变形的主要部分。干燥收缩受环境湿度影响最大，还同水泥品种、水泥用量、水灰比、环境温度、掺合料品种、配筋率有关。
2．2．3 降温收缩。混凝土浇筑后，胶凝材料水化过程中放出大量热量，因混凝土表面的散热条件远比其内部散热条件好，从而使混凝土中心温度高于混凝土表面温度，形成温度梯度，产生的温度应力和温度变形，当这种温度应力和其他应力的合力超过混凝土抗拉强度时，就会产生温度裂缝。在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，内外温差越大，温度应力也越大，引起裂缝的几率也越大。混凝土降温阶段热量逐渐散发，混凝土温度逐渐下降，使混凝土体积逐渐产生收缩，当混凝土收缩受到地基、垫层或结构边界的外部约束时，在混凝土中产生很大的拉应力，当这种应力和其他应力叠加超过混凝土的抗拉极限强度时，混凝土的底面交界处附近甚至在混凝土中产生收缩裂缝，这种裂缝特征是由交界面向上延伸，靠近基底最大，上部较小，严重的会产生贯穿整个混凝土结构的贯穿性裂缝。通常大体积混凝土的降温差较大，其形成的收缩变形也就很大。
3．裂缝控制的施工技术措施
3．1 底板分块及施工缝留设
受施工条件限制及工期影响，底板混凝土无法按原设计要求一次浇筑完成，经设计、监理和施工单位三方论证，决定将整个底板划分为三块浇筑。另原设计要求墙板水平施工缝处设钢板上面水带，但实际施工时钢板止水带将切断墙体暗柱箍筋，焊接质量难以保证，对结构不利。经与设计单位协商，墙板水平施工缝改为“凸”型缝。施工缝严格按施工规范中的技术要求做，以保证结合面的强度。
3．2 混凝土配合比设计
3．2．1 材料选用
（1）采用中低热水泥品种，降低水泥用量。
（2）考虑混凝土的泵送要求，碎石粒径为5.0～31.5mm，含泥量≤0.3％。
（3）选用细度模数2.8的中砂，含泥量≤0.8％。
3．2．2 混凝土配合比
根据施工条件及设计要求，经反复试配，施工前确定的混凝土配合比如下：
（1）地下室底板混凝土设计参数：强度等级为C35，抗渗等级为A8.0，坍落度为10～14cm；混凝土配合比设计参数：标准差5.0MPa，配制强度43．2MPa，坍落度为13cm，质量密度为2380kg／m，7d抗压强度34.2MPa，28d抗压强度52.6MPa。
（2）施工配合比：水灰比为0.48，配合比（水泥：粉煤灰：砂：石：水）为1：0.11：2.09：3.41：0.48，含砂率为38％ ；施工的材料用量为：水泥333kg／m，粉煤灰37kg／m ，砂696kg／m ，石子1136kg／m。
3．2．3 底板混凝土施工
（1）搅拌设施。现场设混凝土搅拌站2座，每座攪拌站配750L混凝土搅拌机及PL800型砂石自动配料机各3台。
（2）混凝土人模温度控制。采取以下措施降低混凝土人模温度：①搅拌机出料口加装换气扇，地泵人料口设遮阳装置。②用麻袋片包裹泵管并浇水湿润。③砂、石堆场用彩条布覆盖，石子堆场提前浇水降温。④ 现场周围及基坑壁洒水降温。
（3）混凝土浇筑。根据施工缝的留设位置，整个底板混凝土分3块浇筑，浇筑时采用“分块、分区、斜面分层、循序退打、一次到位”的方法，每台混凝土泵浇筑宽度39．5m，流淌坡度按1：5计算，其流淌距离为5m，混凝土分层厚度控制在50cm，则每层的混凝土量为99m ，每小时泵送25m （实际泵送34～57m/h），4h可完成一层，避免了每层混凝土之间出现冷缝。
（4）混凝土振捣。在每台泵出料口配备6根插入式振捣器，在混凝土出料口及斜面的中下游各布置2根，快插慢拔。墙柱插筋根部、水平施工缝及钢筋密集部位采取二次振捣，确保混凝土密实，以防上述部位产生蜂窝、麻面、露筋。二次振捣时间控制在混凝土浇筑后2～4h。
（5）泌水处理。泵送混凝土具有大流动性，在混凝土浇注过程中会产生大量泌水，故在底板垫层混凝土施工时，将其施工成一定的坡度，并用小方木在垫层表面压出若干排水槽通向各积水坑，通过积水坑将泌水排出基坑外。
（6）混凝土表面处理。混凝土浇筑3～4h后，用平板振捣器振捣，使其表面收水沉实，长木尺配合抹平，终凝前用铁抹子抹光表面，闭合表面裂纹，然后覆盖两层麻袋养护。
（7）施工缝处理。将施工缝处的混凝土表面凿毛，清除表面水泥浆和松动石子，凿入深度达到新鲜骨料露出1／3為宜，并充分湿润和清洗干净。调整钢筋并清除其表面水泥浆。浇注水平施工缝混凝土时，先铺15mm厚与混凝土同成分的水泥砂浆，新旧混凝土细致振捣，保证混凝土之间紧密结合。
3．2．4 混凝土试块的制作和坍落度测定
底板混凝土每200m 制作试块一组。每隔l小时对每台泵压送的混凝土坍落度进行测定，坍落度控制在12～14cm。
3．2．5 温度监控和混凝土养护
测温点按12m×12m设1个，测环境温度、混凝土表面温度与中心温度，每4h测1次，共持续7天。混凝土终凝后覆盖双层麻袋片进行保温，浇水养护14天。
3．3 实施效果
底板混凝土施工中共留设强度试块173组，抗渗试块140组，平均强度43.7MPa，抗渗等级S8以上，均满足设计要求。本次底板混凝土施工，由于措施得当、组织严密，有效地控制了温度裂缝的产生，保证了混凝土施工质量。施工至今2年多，经过两个雨季考验，混凝土底板及施工缝处未出现任何渗漏；经各方严格检查，混凝土表面除极个别地方出现少许干缩裂缝外，未出现其它裂缝。
4． 结语
综上所述，对于混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题，需要经过设计、监理、施工及使用方等多方面的配合。随着当今我们对混凝土耐久性研究的不断深入，材料科学的不断发展和建筑技术水平的不断提高，相信混凝土裂缝问题将会逐渐得以圆满地解决。
参 考 文 献
[1]沈伦德．混凝土结构裂缝控制[J]．施工技术，1995（8）：18—19．
[2]王铁梦．工程结构裂缝控制[M]．北京：中国建筑工业出版社，2007,(3):149
[3]过镇海．钢筋混凝土原理[M]．北京：清华大学出版社，2009，（1）:79
[4]惠荣炎，黄国兴，易冰岩．混凝土徐变[M]．北京：中国铁道出版社，2008，（3）:113
[5]亢祖合．如何通过结构设计降低棚户区住宅楼工程建造[J]，建筑月刊，2005（10）：96