一、前言

钢筋混凝土结构出现裂缝是不可避免的，在保证结构安全和耐用性的前提下，裂缝是人们可以接受的材料特征。近十多年来，随着钢筋混凝土结构的成长和复杂化，商品混凝土的大量普及和混凝土强度等级的提高，结构裂缝的概率大幅增加，有些危及结构的安全性和耐久性，有些地下工程裂缝影响了其使用功能。建设部对此十分重视，多次举办学术研讨会，工程界各方专家提出多项技术措施，认为控制裂缝是一项系统工程。针对地下工程开裂比较普遍的现象，我国研发出了很多新型防水材料，建设部建议今后主要研发应用环保型中、高档防水材料，刚柔结合，全面提高我国防水工程的质量和耐用性。

本人根据长期性学研究和大量工程实践，提出钢筋混凝土结构裂缝控制和防水新技术，供工程界参考，请指出不妥之处。

二、结构开裂产生原因

结构开裂产生原因复杂，国内外调查资料显示，开裂有两种原因，一种是由外载(静、动载)直接应力和结构次应力引起的开裂，其概率约为20%，一种是由温度、膨胀、收缩、徐变和不均匀沉降等因素引起的开裂，其概率约为80%。开裂与材料、设计、施工和维护有关，现分析如下。

(1)材料缺陷

变形裂缝中收缩裂缝占80%的比例，混凝土性质为

1.干燥收缩

研究表明，水泥加水后成为水泥硬化体，绝对体积减少。每100克水泥水化后的化学减缩值为7~9ml，混凝土水泥用量为350kg/m3时，孔缝体积约为25~30L/m3的巨大。这是混凝土抗拉强度低和极限拉伸变形小的根本原因。研究表明，每100克水泥浆体蒸发约6毫升水，混凝土水泥使用量为350kg/m3，混凝土在干燥条件下，蒸发水量为21L/m3。毛细孔缝中的水逸出产生毛细压力，混凝土产生毛细收缩。由此，水泥砂浆的干收缩值为0.1~0.2%的混凝土的干收缩值为0.04~0.06%。混凝土的极限拉伸值为0.01~0.02%，容易引起干收缩裂缝。

2.温差收缩

水泥水化是个放热过程，其水化热为165～250焦尔/克，随砼水泥用量提高，其绝热温升可达50～80℃。研究表明，混凝土内外温差为10℃时，产生的冷缩值为c=△T/α=10/110-5=0.01%，温差为20~30℃时，其冷缩值为0.02~0.03%，超过混凝土极限拉伸值时，结构破裂。

3.塑性收缩

混凝土初凝前泌水和水分急剧蒸发，引起失水收缩，骨料和水泥之间也发生不均匀的沉缩变形，发生在混凝土结束前的塑性阶段，因此被称为塑性收缩。其收缩量可达1%左右。混凝土表面，特别是涂抹不及时和养护不良部位出现龟裂，宽度达到1~2mm，是表面裂缝。灰尘比过大，水泥使用量大，加剂保水性差，粗骨料少，振动不良，环境温度高，表面失水大，混凝土塑性收缩，表面破裂。

4.自收缩

密封的混凝土内部的相对湿度随水泥水化的进展而下降，称为自干。由于干燥毛细孔的水分不饱和而产生负压，混凝土的自生收缩。由于高灰比的普通混凝土(OPC)在毛细孔的间隙中储存了大量的水分，自干燥引起的收缩压力小，因此自生收缩值低而不引起注意。但是，低灰比的高性能混凝土(HPC)不同，初期强度高的发展率使自由水消耗快，孔系统的相对湿度低于80%。HPC结构致密，外部水泥难以渗透补充，在这种情况下开始自我收缩。研究表明，年龄2个月的胶水比为0.4的HPC，自干收缩率为0.01%，胶水比为0.3的HPC，自干收缩率为0.02%。HPC的总收缩几乎相等，胶水比越小，自收缩的比例越大。由此可见，HPC的收缩性与OPC完全不同，OPC以干缩为主，而HPC以自干缩为主。问题的关键是HPC自收缩过程开始于水化速度处于高潮阶段的前几天，湿度阶段首先引起表面裂缝，然后引起内部微裂缝，混凝土变形受到约束，进一步引起收缩裂缝。这是高标准混凝土容易破裂的主要原因之一。

5.减水剂的影响

80年代中期推进商品(泵送)混凝土以来，为什么结构裂缝普遍增加？除了与混凝土的水泥用量和砂率提高有关外，减水剂引起的负面影响也被忽视了。例如，过去干硬性和预制混凝土的收缩变形约为4~6×10-4，但现在泵送混凝土的收缩变形约为6~8×10-4，混凝土的裂缝控制技术难度大幅度提高。研究表明，混凝土配合比相同时，混合减水剂的崩溃度可以增加100~150mm，但与基准混凝土的收缩值相比，增加了120~130%(见图1)。因此，《混凝土减水剂》规范GB138076-97规定混合减水剂的混凝土和基准混凝土的收缩比≤135%。研究表明，混合不同类型的减水剂混凝土的收缩比不同，一般为木钙减水剂>；凝固磺酸盐减水剂>；三聚氰胺减水剂>；氨基磺酸减水剂>；聚丙烯酸减水剂。这表明商品混凝土浇筑的结构破裂概率与减水剂带来负面影响有关。其机理尚不清楚。

以上从水泥混凝土物理化学特性分析各种收缩现象，早期塑性收缩会导致结构表面裂缝，混凝土进入硬化阶段后，混凝土水化热会导致结构温差收缩和干燥收缩(包括自干收缩)，这是引起裂缝的主要原因。近十年大量使用商品砼开裂增加，除与单方砼水泥和掺合料用量增加外，减水剂增加砼收缩值变形的负面影响也是一个重要因素。

6.混凝土后期膨胀出现裂缝，主要由

(1)水泥中游离CaO过高，Ca(OH)2体积膨胀引起的

(2)水泥中MgO过高，Mg(OH)2体积膨胀引起的

(3)水泥和添加剂碱含量过高，与材料中的活性硅等产生碱-材料反应的

(4)有害离子Cl-、SO4=Mg+等侵入混凝土内部，导致钢筋生锈或二次钙膨胀破坏。

7.结构物在任意内应力作用下，除瞬时弹性变形外，其变形值随时间的延长而增加的现象称为徐变形。混凝土逐渐变化有利于抗裂，一般可以提高钢筋混凝土的极限拉伸值50%左右。混凝土压力逐渐变小，一般考虑收缩变形和逐渐变形的计算。混凝土收缩经验公式多，但实际工程条件多变。一般采用以下任意时间混凝土收缩计算公式。

(t)=3.2410-4(1-e-0.01t)M1.M2……Mn

式中M1.M2……Mn-为水泥品种、骨料、灰尘比、温度、养护和不同筋率等修正系数。

其中不同筋率的修正系数见表1.即限制收缩与自由收缩的比例，随着筋率的提高而减少。

表1

肌肉配置率(%)0.000.150.20.250.250.300.300.400.40

修正系数M1.000.680.510.550次0.430.43次0.40

钢筋混凝土结构由混凝土和钢筋共同承担极限状态的承载力，结构设计师根据地基状况，静态、动载、环境因素、结构耐久性等控制负载裂纹。这里不讨论。从国内外相关规范可以看出，结构变形引起的裂缝问题客观上有两种学校:

第一种，设计规范规定灵活，没有明确的裂缝检查规定，设计方法留给设计者自由处理。基本上采用破裂就堵塞，堵塞就排列的实际处理方法。

第二类，设计规范有明确规定，负荷裂缝有计算公式，有严格的允许宽度限制。变形裂缝没有计算规定，只有规范留下伸缩裂缝，即留下裂缝不裂缝的设计原则。

大量的工程实践证明，是否有裂缝，不是决定结构变形裂缝的唯一条件，裂缝不一定不裂缝，裂缝不一定裂缝，裂缝与许多因素有关。我们认为控制裂缝应该防患于未然，首先尽量预防有害裂缝，重点是预防。我国结构工程发展成长、复杂，混凝土设计强度等级发展成C40~C60，设计师重视结构安全，但对变形裂缝的控制不周到也是结构裂缝增加的原因之一。

(3)施工管理问题

混凝土配合比设计科学合理，水泥与添加剂是否适应，砂级配合及其含泥量是否符合规范要求，混凝土坍塌度控制是否合理，影响混凝土质量及其收缩变形。

砼浇筑震捣不均匀密实，施工缝和细部处理马虎，会带来结构开裂的后患；过震则使浮浆过厚，抹压又不及时，则砼表面出现塑性裂缝，十分难看。

边墙拆摸板过早（1～3d），砼水化热正处于高峰，内外温差最大；砼易“感冒”开裂。

混凝土养护很重要，但很多施工部门忽视了这一环节，特别是墙壁和柱梁的保温保湿养护不足，容易产生收缩裂缝。有些露天结构尽管当地湿度大，但由于吹风的影响，混凝土水分蒸发速度加快，也就是说干燥收缩速度增加，容易引起初期表面裂缝，风速对水分蒸发速度的影响表2.这可能是夏天比秋天和冬天南方比北方结构裂缝多的原因。

从建设工程调查中发现，底板养护良好，裂缝概率低，底板外墙裂缝概率约占80%，与保温保湿养护不足有很大关系。

除了上述技术因素外，施工管理不严格、赶进度、偷工减料、工人素质差、施工疏忽等也是结构裂缝的人为因素。

(4)对维护缺乏认识

我们发现很多结构在浇筑后3~6个月甚至1~2年内出现裂缝。除荷载问题外，主要是环境温度和风速引起的收缩变形所致。有些地下室不能马上复盖土壤的上部结构不能立即关闭的出入口长期开放，屋顶防水层破损不能立即修补等。这些与施工和业主对结构维护缺乏认识有关。钢筋混凝土结构与其他物体一样具有热膨胀收缩的特征，特别是长结构更加明显，因此应重视浇筑结构的保温保湿维护。

三、有害裂缝和无害裂缝

裂缝根据其形状分为表面、贯通、纵向、横向等。裂缝形状与结构受力状态有直接关系。裂缝分为愈合、闭合、运动、稳定的及不稳定的等。例如，宽度为0.1~0.2mm的裂缝，开始漏水，水通过裂缝与水泥结合，形成氢氧化钙和C-S-H凝胶，一段时间后裂缝不会自行愈合。有些裂缝在压力作用下关闭。有些裂缝在周期性温差和周期性重复荷载作用下产生周期性的扩展和闭合，称为裂缝运动，但这是一种稳定的运动。一些裂缝产生不稳定的扩展，视其扩展部位而定，应考虑加固措施。

根据国内外设计规范和相关试验资料，混凝土最大裂缝宽度的控制标准大致如下:

无侵蚀介质无渗透要求，0.3~0.4mm.

轻微侵蚀，无渗透要求，0.2~0.3mm.

严重侵蚀，有渗透要求，0.1~0.2mm.

判断裂缝是有害的还是无害的，首先是有害的结构安全性和耐久性例如，地下和水工程，0.1~0.2mm以下的裂缝被视为无害的裂缝，简单的表面封闭即可，柔性的防水层更加保险。大楼裂缝为0.3~0.4mm，结构安全，视为无害裂缝，不予处理。对于受力的梁、柱，关系到结构安全，裂缝应妥善处理。

变形裂纹一般不影响承载力，但防水问题值得研究，工程调查显示，裂纹引起的各种不利后果中漏水占60%。水分子的直径约为0.310-6mm，可以通过任何肉眼可见的裂缝，理论上防水结构物不允许裂缝，但实际情况并非如此，工程实践表明裂缝宽度为0.2mm，开始漏水量为5L/h，一年后只有10mL/h当然，必须及时处理浸水裂缝，这不是问题。

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