浅谈混凝土非荷载裂缝成因及控制途径

段 或 某 项 作 业 的 管 理 。 强 调 使 用 各 种 计 划 优 化 模 型 和 工 具 、评 价 模 ［１］ 孟 庆 斌 ： 《建 设 项 目 组 织 实 施 新 模 式 — —— 项 目 管 理 （ＰＭ ） 》［Ｊ］ ， 《中
型 和 方 法 、招 投 标 策 略 等 ， 而 很 少 从 整 个 项 目 的 生 命 周 期 角 度 进 行 国 工 程 咨 询 》２００３ （ １２ ）
管 理 （ＬＣＰＭ） 思 想 １９９７ 年 ９ 月 在 牛 津 大 学 举 行 的 国 际 建 筑 业 发 展 战
３） 随着经济的发展， 传统的商业模式和商业关系也在发 生 着 深
略论坛上与会代表也一致认为全球业主对建筑业的要求和期望越 刻的变化， 原先相互对抗的商业关系逐步转变为互利的新型商业关
来 越 高 ， 希 望 建 筑 产 品 成 本 逐 步 降 低 ， 质 量 逐 步 提 高 ， 生 产 过 程 确 定 系 取 代 。 当 前 项 目 管 理 体 系 中 仍 将 供 应 商 、业 主 、设 计 方 、承 分 包 方
项 目 的 计 划 、协 调 和 优 化 ；
［２］ 张 连 营 ， 李 楠 ： 《工 程 项 目 管 理 模 式 ＢＯＴ 与 ＰＦＩ 的 比 较 》［Ｊ］ ， 《港 工
２ ） 在 项 目 管 理 中 ， 各 要 素 例 如 费 用 、时 间 、质 量 等 是 彼 此 密 切 技 术 》２００４ （ １ ）
氯离子， 或者建筑物处于氯离子介质环境中时， 也易产生钢筋锈蚀
裂缝。
钢筋锈蚀裂缝多沿顺筋方向产生， 这种裂缝严重时将破坏钢筋 参考文献
与混凝土之间的黏结， 致使无法正常工作。
［１］王 铁 梦 建 筑 物 的 裂 缝 控 制 上 海 科 技 出 版 社 ， １９８７． １０
混凝土非荷载裂缝的控制途径依据大量工程实践经验及参考
相关的， 任何一方发生的变化将会引起其他方而相应的变化．而目前
（作者单位系北京交通大学经济管理学院）
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拉 应 力 的 大 小 与 混 凝 土 干 燥 收 缩 变 形 大 小 、所 受 约 束 程 度 以 及 混 凝 土 的 变 形 模 量 、徐 变 等 力 学 性 能 有 关 ， 当 拉 应 力 大 于 混 凝 土 的 抗 拉 强度时， 即出现干燥收缩裂缝。
４ 、温 度 变 形 裂 缝 混凝土由于温度变化产生的热胀冷缩即为温度变形。当混凝土 结构或构件的温度变形受到约束时， 将在混凝土结构内部产生温度 应力， 当由此产生的内部拉应力超过混凝土极限抗拉强度时， 混凝 土便产生温度变形裂缝。按照温度的变化， 温度裂缝可分为温升裂 缝和温降裂缝。 混凝土产生温度变形的热源来自环境因素或者混凝土的本身， 前者指环境的热传导及太阳的辐射传热作用， 后者指水泥的水化反 应 热 。 温 度 变 形 的 大 小 与 传 热 量 、材 料 的 比 热 容 以 及 温 度 膨 胀 系 数 有关， 而一定温度变形下， 温度应力的大小则取决于变形约束度和 材料的抗拉强度有关。而无论外约束还是内约束， 温差或者材料膨 胀系数不同导致的温度变形差是温度应力产生的根本原因。通常， 混凝土结构中， 环境因素导致的温度裂缝绝大部分于外约束有关， 少部分是由于内约束所造成， 太阳辐射造成的温差是温度裂缝产生 的 主 要 原 因 。依 据 结 构 形 式 、施 工 和 建 筑 材 料 的 差 异 ， 温 度 裂 缝 可 表 现 为 墙 体 裂 缝 、构 件 和 构 件 间 温 度 裂 缝 。 １） 墙体温度裂缝是混凝土结构中最常见的温度裂缝， 在多层砖 混建筑中由为显著框架结构及剪力墙结构墙体温度裂缝相对较少， 但其作用机理相同。墙体温度裂缝主要出现在受温度变化较大的墙 体 和 墙 体 变 截 面 处 。往 往 具 有 顶 层 重 、下 层 轻 ； 两 端 重 、中 间 轻 ； 向 阳 重 、背 阴 轻 的 特 点 。裂 缝 可 发 生 在 外 纵 墙 、女 儿 墙 、山 墙 、及 部 分 横 墙 上 ， 在 形 式 上 有 正 八 字 裂 缝 、水 平 裂 缝 、竖 向 裂 缝 等 。 ２） 构件和构件间的温度裂缝是由于太阳的辐射作用， 当屋面保 温 、隔 热 达 不 到 节 能 设 计 标 准 时 ， 将 导 致 混 凝 土 构 件 间 产 生 温 度 变 形或温度变形差， 当混凝土结构构件间存在约束时， 构件本身或构 件之间都可能出现的温度裂缝。混凝土抗拉强度较墙体材料高， 因 此， 构件和构件间温度裂缝出现的几率远低于墙体温度裂缝。特别 是在有较大温度的情况下， 由于支座的约束， 产生温度起伏变形， 导 致屋面间接缝裂缝或屋面板四角出现斜向裂缝； 现浇屋面板由于有 刚度较大的刚劲混凝土梁约束， 当有较大温差时导致屋面板与梁交 界处产生水平裂缝， 甚至在梁端出现斜裂缝。 ５ 、地 基 沉 降 裂 缝 建筑物地基处理不满足规范要求或地基承载力不足时， 因上部 建筑物压力的作用将产生沉降变形。有地基沉降变形不均匀， 将在 结构内产生拉应力而导致建筑物开裂， 这种裂缝地基沉降裂缝。 混凝土结构中的沉降裂缝具有低层重、上层轻； 外墙重、内墙 轻 ； 开 洞 墙 重 、实 体 墙 轻 的 特 点 。沉 降 裂 缝 的 产 生 、大 小 、和 分 布 不 仅 与地基沉降分布有关， 还于结构物的刚度大小和分布有关。一般而 言 ， 沉 降 裂 缝 首 先 在 混 凝 土 梁 上 出 现 ， 或 在 梁 柱 交 界 处 发 生 。当 建 筑 物上部主体结构刚度较大时， 有时也在独立基础与柱根处出现， 最 易观察到的是随后大量出现的墙体裂缝。按照地基沉降时导致结构 开裂的应力性质， 沉降裂缝可分为剪力裂缝和弯曲裂缝， 在形式上 表 现 为 正 八 字 裂 缝 、斜 裂 缝 和 水 平 裂 缝 。 其 中 斜 裂 缝 最 为 常 见 。 ６ 、钢 筋 锈 蚀 裂 缝 混凝土内部的碱性环境使钢筋表面形成钝化膜， 起保护钢筋， 防
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止锈蚀的作用。混凝土处于腐蚀环境下， 或者在空气中二氧化碳的 王铁梦先生的混凝土结构裂缝控制技术的理论。对混凝土非荷载裂
作 用 下 ， 内 部 的 Ｃａ （ＯＨ）２ 将 不 断 被 消 耗 ， 将 使 混 凝 土 碱 度 降 低 ， 若 消 缝 采 取 下 表 措 施 有 较 好 的 防 止 和 控 制 效 果 。 耗深度超过钢筋保护层厚度时， 会使钢筋表面钝化膜破坏， 钢筋锈
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浅谈混凝土非荷载裂缝成因 及控制途径
文 ／ 张汉威
在 混 凝 土 结 构 施 工 中 ， ８０ ％ 以 上 的 混 凝 土 结 构 裂 缝 与 非 荷 载 变 形有关， 是以变形变化为主所引起的裂缝； 经过长时间的实践， 对混 凝土非荷载产生的裂缝成因及控制途径有如下的总结。
性能不断改善。这些新的要求和期望促使对传统管理模式进行改 视作单纯的彼此冲突的利益个体， 已经适应不了项目管理发展的要
革， 其中改革方向之一是实现建设项目全寿命周期业主方（运营方） 求， 不利于充分发挥项目参与各方的主动性；
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管理的集成。
４） 全 生 命 周 期 建 设 项 目 集 成 和 全 要 素 建 设 项 目 集 成 属 于 全 新
（作者单位系广东开平二建集团股份有限公司）
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（上 接 ２６５ 页 ）
在项目管理中将这些因素看作是孤立的， 缺少将各要素纳入统一集
命周期目标为核心的新型管理模式， 并率先提出了全寿命周期项目 成化的管理体系的手段；
随着项目管理市场日新月异的变化， 目前国内外对工程项目管 的项目管理理念， 需要与之相适应的项目管理组织结构作为依托，
理理论已经逐渐适应不了项目管理市场发展的要求． 当前的工程项 而适应集成化管理需求的项目组织形式在传统的项目管理理论中
目管理理论有以下几个问题：
还是一个空白。
（１）大 多 数 研 究 还 是 停 留 在 对 工 程 项 目 管 理 过 程 中 具 体 某 个 阶 参 考 文 献
蚀 膨 胀 ， 导 致 混 凝 土 开 裂 。混 凝 土 Ｃａ （ＯＨ）２ 被 消 耗 的 发 展 速 度 与 外 部 环 境 、混 凝 土 组 成 材 料 以 及 密 实 程 度 有 关 ， 因 此 ， 混 凝 土 材 料 选 择 和
制备不当， 或混凝土保护层太薄时， 都可能产生钢筋锈蚀裂缝。此
外， 氯离子对钢材有强烈的腐蚀作用， 因此， 当混凝土中含有过量的
１ 、塑 性 塌 落 裂 缝 塑性塌落裂缝也叫沉降裂缝， 一般在混凝土浇筑时或者浇筑成 型 后 ， 在 初 凝 前 ， 由 于 混 凝 土 沉 降 收 缩 所 致 。沉 降 收 缩 是 混 凝 土 浇 筑 后， 因原材料相对密度差异， 在重力或其它外力（ 振动） 作用下， 骨料 下沉， 水泥浆上升， 产生泌水的过程。 当混凝土沉降受到阻挡时， 将在阻挡部位上部混凝土中产生拉 应力， 当拉应力大于混凝土的张拉应力时， 混凝土表面即产生塑性 塌落裂缝。塑性沉降裂缝可依据混凝土沉降受阻的形式分为钢筋或 螺 栓 阻 碍 、模 板 不 平 或 吸 水 、沉 降 深 度 不 同 产 生 的 塌 落 裂 缝 。 ２ 、塑 性 收 缩 裂 缝 塑性收缩裂缝是指混凝土浇筑后， 在硬化前由于塑性收缩导致 的裂缝。 混凝土浇筑完毕后， 各种固体颗粒之间存在一层水膜， 由于原 材料相对密度的差异， 混凝土在凝结之前将产生沉实泌水。混凝土 表面泌水可使固体颗粒互相靠近， 饱水毛细孔细化， 理论上， 可减少 混凝土的体积， 有利于提高密实度， 不会使混凝土在水平方向产生 体积变化。但当混凝土表面水分的蒸发速度大于泌水速度时， 由于 表面张力的作用， 毛细孔失水形成凹液面， 将导致毛细管压力产生， 使混凝土浆体产生体积收缩， 即塑性收缩。当混凝土流动性不好或 混凝土还未产生足够的抗拉强度时， 混凝土就会产生塑性收缩裂 缝。 塑性收缩裂缝产生的关键原因在于混凝土表面干燥速度远大 于内部， 表面混凝土迅速失水结硬， 收缩大， 变形受到内部混凝土的 约束产生拉应力导致开裂， 因此塑性收缩裂缝均在表面出现。 ３ 、干 燥 收 缩 裂 缝 干燥收缩裂缝是混凝土干燥收缩变形导致的裂缝， 干燥收缩变 形是混凝土凝结硬化后由于含水孔隙失水导致的体积收缩， 混凝土 内部和环境之间存在的湿度梯度是水分迁移的驱动力。混凝土的干 燥收缩变形存在复杂的作用机理， 本质上是水泥石的收缩， 骨料由 于弹性模量大实际上是不收缩的， 且起着约束水泥石中的孔隙含 量 、孔 径 分 布 和 含 水 状 态 ， 与 混 凝 土 材 料 组 成 、配 合 比 以 及 构 件 的 尺 寸密切相关， 且受湿度影响大， 具有明显的时变性。 当干燥收缩变形受到外约束作用时， 混凝土中将产生拉应力。
混凝土的非荷载变形并不必然导致混凝土结构裂缝的产生。 裂缝的产生与非荷载变形分布的不均匀性以及变形受到的约束程 度有关。非荷载变形分布的不均匀性取决与变形的种类和作用机理 以及混凝土非荷载变形的影响因素， 包括混凝土的材料组成， 力学 性 能 ， 构 件 内 部 温 度 、湿 度 的 梯 度 分 布 等 。混 凝 土 非 荷 载 变 形 受 到 的 约束分为内约束和外约束， 内约束指一个物体或一个构件本身各质 点之间的相互约束作用。外约束指一个构件变形受到其他构件的阻 碍 ， 或 一 个 结 构 变 形 受 到 另 一 结 构 的 阻 碍 。无 论 内 约 束 或 者 外 约 束 ， 变形不协调或变形受到都将导致拉应力产生， 在拉应力作用下， 混 凝 土 中 会 产 生 大 量 “微 观 裂 缝 ”， 或 者 “微 观 裂 缝 ”将 不 断 发 展 为 “宏 观 裂 缝 ”， 即 非 荷 载 裂 缝 。 按 照 非 荷 载 变 形 的 种 类 ， 可 将 混 凝 土 的 非 荷载裂缝分为以下几种典型类型。