1.概 述
20年來，在工民建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，一個相當(dāng)普遍的質(zhì)量問題就是結(jié)構(gòu)的裂縫問題，且有日趨增多的趨勢，它已影響到正常的生活和生產(chǎn)，并困擾著大批工程技術(shù)人員和管理人員，是一個迫切需要解決的技術(shù)難題。
由于結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的破壞和倒塌是從裂縫擴展開始的，因此人們對裂縫往往產(chǎn)生一種建筑破壞的恐懼感，是可以理解的。早在1932年，前蘇聯(lián)A. флолейт 教授的鋼筋混凝土強度理論就指出,如正常配筋受彎構(gòu)件的破壞狀態(tài)是指受拉區(qū)鋼筋到達(dá)屈服強度，受壓區(qū)混凝土到達(dá)受彎的抗壓強度，此狀態(tài)稱為承載力極限狀態(tài)。這一狀態(tài)全過程是伴隨著荷載的不斷增加，裂縫出現(xiàn)(鋼筋應(yīng)力只有40～60MPa)，裂縫擴展，受壓區(qū)塑性不斷發(fā)展，最后達(dá)到完全破壞。此時破壞荷載往往是裂縫出現(xiàn)荷載時的3～5倍，因此，很多大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，僅僅自重就超過了極限荷載的30%,在此條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶有輕微裂紋是完全正常的，結(jié)構(gòu)是安全的，恐懼是不必要的。
國內(nèi)外關(guān)于荷載作用下鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計都有自己的經(jīng)驗公式，并已納入有關(guān)規(guī)范，盡管計算結(jié)果出入較大，但畢竟可以參考應(yīng)用。
但是近年來大量裂縫的出現(xiàn)，并非與荷載作用有直接關(guān)系，通過大量的調(diào)查與實測研究證明這種裂縫是由于變形作用引起，包括溫度變形(水泥的水化熱、氣溫變化、環(huán)境生產(chǎn)熱)，收縮變形(塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮)及地基不均勻沉降(膨脹)變形。由于這些變形受到約束引起的應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度導(dǎo)致裂縫，統(tǒng)稱“變形作用引起的裂縫”。
2.裂縫的直接原因
2.1 收縮及水化熱增加
自從70年代末(1978～1979年)我國混凝土施工工藝產(chǎn)生了巨大的進步—泵送商品混凝土工藝。從過去的干硬性，低動性，現(xiàn)場攪拌混凝土轉(zhuǎn)向集中攪拌，轉(zhuǎn)向大流動性泵送澆注，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加，骨料粒徑減小，用水量增加等導(dǎo)致收縮及水化熱增加。
2.2 混凝土強度等級日趨提高
建筑結(jié)構(gòu)混凝土強度等級日趨提高，但有許多結(jié)構(gòu)不適當(dāng)?shù)?nbsp;選擇了過高的強度等級。習(xí)慣上認(rèn)為：“強度等級越高安全度越大，就高不就低，提高強度等級沒壞處”。有時遷就施工方便，采用高強混凝土，這是一種誤導(dǎo)，導(dǎo)致水泥標(biāo)號增加，水泥用量增加，水用量增加，細(xì)骨料及粗骨料徑偏小，砂率偏大等都使水化熱及收縮增加。
2.3 結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力不斷增大
結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，超長超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用結(jié)構(gòu)形式并采用現(xiàn)澆施工，這種結(jié)構(gòu)形式有顯著約束作用，對于各種變形作用必然引起較大約束應(yīng)力。
2.4 外加劑的負(fù)效應(yīng)
外加劑及摻合料種類繁多，只有強度指標(biāo)缺乏對水化熱及收縮變形影響的長期實驗資料(至少一年)，有些試驗資料并不嚴(yán)格，有許多外加劑嚴(yán)重的增加收縮變形，有的甚至降低耐久性。
2.5 忽略結(jié)構(gòu)約束
國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計中都經(jīng)常忽略構(gòu)造鋼筋重要性，因而經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常忽略結(jié)構(gòu)約束性質(zhì)，不善于利用“抗與放”的設(shè)計原則，缺乏相應(yīng)的設(shè)計施工規(guī)范、規(guī)程。
2.6 養(yǎng)護方法不當(dāng)
目前在混凝土施工中采用的養(yǎng)護方法基本沿用過去簡易的方法，這種方法已遠(yuǎn)不適應(yīng)泵送混凝土的較大溫度收縮變形的要求。
2.7 混凝土抗拉性能不足
這種裂縫在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足(抗拉強 度和極限拉伸)引起的，這方面的材料級配研究很少。
綜合上述，國際公認(rèn)泵送商品混凝土對混凝土的質(zhì)量(均質(zhì)性)有很大的提高，對供應(yīng)方式有重要的改進，但是對混凝土的裂縫控制的難度大大增加了，因此，這類問題不是我國特有的技術(shù)問題，是國際上鋼筋混凝土的共性難題。
3. 大體積混凝土的定義
過去大體積混凝土的定義是根據(jù)幾何尺寸，主要是根據(jù)厚度定義的，國際上一般采用0.8m～1m作為界限。自80年代以后大體積混凝土的定義有了改變，新的定義是：“任意體量的混凝土，其尺 寸大到足以必須采取措施減小由于體積變形引起的裂縫，統(tǒng)稱為大體 積混凝土”，這是美國混凝土協(xié)會的定義。由此可見，在近代泵送商品混凝土獲得廣泛應(yīng)用的條件下，即便是很薄的結(jié)構(gòu)，雖然水化熱很低，但是其收縮很大，控制收縮裂縫的要求比過去任何時候都顯得非常重要。因此，泵送混凝土的薄壁結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)按照大體積混凝土的要求采取措施控制混凝土的收縮裂縫，特別是環(huán)境氣溫變化與收縮共同作用對于薄壁結(jié)構(gòu)尤為不利，收縮換算為當(dāng)量降溫。
4. 鋼筋混凝土承受變形應(yīng)力的特點
4.1 “抗與放”設(shè)計準(zhǔn)則
結(jié)構(gòu)承受的約束作用分內(nèi)約束(自約束)和外約束兩類。結(jié)構(gòu)的變形如果是完全自由的變形達(dá)到最大值，則內(nèi)應(yīng)力為零，也就不可能產(chǎn)生任何裂縫。如果變形受到約束，在全約束狀態(tài)下則應(yīng)力達(dá)到最大值，而變形為零。在全約束與完全自由狀態(tài)的中間過程，即為彈性約束狀態(tài)，亦即自由變形分解成為約束變形和顯現(xiàn)變形(實際變形)。實際變形越大，約束應(yīng)力越小；實際變形越小，約束應(yīng)力越大，這種約束狀態(tài)與荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)(虎克定律)有著根本區(qū)別。
20年來，在工民建鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，一個相當(dāng)普遍的質(zhì)量問題就是結(jié)構(gòu)的裂縫問題，且有日趨增多的趨勢，它已影響到正常的生活和生產(chǎn)，并困擾著大批工程技術(shù)人員和管理人員，是一個迫切需要解決的技術(shù)難題。
由于結(jié)構(gòu)在外荷載作用下的破壞和倒塌是從裂縫擴展開始的，因此人們對裂縫往往產(chǎn)生一種建筑破壞的恐懼感，是可以理解的。早在1932年，前蘇聯(lián)A. флолейт 教授的鋼筋混凝土強度理論就指出,如正常配筋受彎構(gòu)件的破壞狀態(tài)是指受拉區(qū)鋼筋到達(dá)屈服強度，受壓區(qū)混凝土到達(dá)受彎的抗壓強度，此狀態(tài)稱為承載力極限狀態(tài)。這一狀態(tài)全過程是伴隨著荷載的不斷增加，裂縫出現(xiàn)(鋼筋應(yīng)力只有40～60MPa)，裂縫擴展，受壓區(qū)塑性不斷發(fā)展，最后達(dá)到完全破壞。此時破壞荷載往往是裂縫出現(xiàn)荷載時的3～5倍，因此，很多大型鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，僅僅自重就超過了極限荷載的30%,在此條件下鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)帶有輕微裂紋是完全正常的，結(jié)構(gòu)是安全的，恐懼是不必要的。
國內(nèi)外關(guān)于荷載作用下鋼筋混凝土構(gòu)件的設(shè)計都有自己的經(jīng)驗公式，并已納入有關(guān)規(guī)范，盡管計算結(jié)果出入較大，但畢竟可以參考應(yīng)用。
但是近年來大量裂縫的出現(xiàn)，并非與荷載作用有直接關(guān)系，通過大量的調(diào)查與實測研究證明這種裂縫是由于變形作用引起，包括溫度變形(水泥的水化熱、氣溫變化、環(huán)境生產(chǎn)熱)，收縮變形(塑性收縮、干燥收縮、碳化收縮)及地基不均勻沉降(膨脹)變形。由于這些變形受到約束引起的應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度導(dǎo)致裂縫，統(tǒng)稱“變形作用引起的裂縫”。
2.裂縫的直接原因
2.1 收縮及水化熱增加
自從70年代末(1978～1979年)我國混凝土施工工藝產(chǎn)生了巨大的進步—泵送商品混凝土工藝。從過去的干硬性，低動性，現(xiàn)場攪拌混凝土轉(zhuǎn)向集中攪拌，轉(zhuǎn)向大流動性泵送澆注，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加，骨料粒徑減小，用水量增加等導(dǎo)致收縮及水化熱增加。
2.2 混凝土強度等級日趨提高
建筑結(jié)構(gòu)混凝土強度等級日趨提高，但有許多結(jié)構(gòu)不適當(dāng)?shù)?nbsp;選擇了過高的強度等級。習(xí)慣上認(rèn)為：“強度等級越高安全度越大，就高不就低，提高強度等級沒壞處”。有時遷就施工方便，采用高強混凝土，這是一種誤導(dǎo)，導(dǎo)致水泥標(biāo)號增加，水泥用量增加，水用量增加，細(xì)骨料及粗骨料徑偏小，砂率偏大等都使水化熱及收縮增加。
2.3 結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力不斷增大
結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，超長超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用結(jié)構(gòu)形式并采用現(xiàn)澆施工，這種結(jié)構(gòu)形式有顯著約束作用，對于各種變形作用必然引起較大約束應(yīng)力。
2.4 外加劑的負(fù)效應(yīng)
外加劑及摻合料種類繁多，只有強度指標(biāo)缺乏對水化熱及收縮變形影響的長期實驗資料(至少一年)，有些試驗資料并不嚴(yán)格，有許多外加劑嚴(yán)重的增加收縮變形，有的甚至降低耐久性。
2.5 忽略結(jié)構(gòu)約束
國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計中都經(jīng)常忽略構(gòu)造鋼筋重要性，因而經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計中經(jīng)常忽略結(jié)構(gòu)約束性質(zhì)，不善于利用“抗與放”的設(shè)計原則，缺乏相應(yīng)的設(shè)計施工規(guī)范、規(guī)程。
2.6 養(yǎng)護方法不當(dāng)
目前在混凝土施工中采用的養(yǎng)護方法基本沿用過去簡易的方法，這種方法已遠(yuǎn)不適應(yīng)泵送混凝土的較大溫度收縮變形的要求。
2.7 混凝土抗拉性能不足
這種裂縫在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足(抗拉強 度和極限拉伸)引起的，這方面的材料級配研究很少。
綜合上述，國際公認(rèn)泵送商品混凝土對混凝土的質(zhì)量(均質(zhì)性)有很大的提高，對供應(yīng)方式有重要的改進，但是對混凝土的裂縫控制的難度大大增加了，因此，這類問題不是我國特有的技術(shù)問題，是國際上鋼筋混凝土的共性難題。
3. 大體積混凝土的定義
過去大體積混凝土的定義是根據(jù)幾何尺寸，主要是根據(jù)厚度定義的，國際上一般采用0.8m～1m作為界限。自80年代以后大體積混凝土的定義有了改變，新的定義是：“任意體量的混凝土，其尺 寸大到足以必須采取措施減小由于體積變形引起的裂縫，統(tǒng)稱為大體 積混凝土”，這是美國混凝土協(xié)會的定義。由此可見，在近代泵送商品混凝土獲得廣泛應(yīng)用的條件下，即便是很薄的結(jié)構(gòu)，雖然水化熱很低，但是其收縮很大，控制收縮裂縫的要求比過去任何時候都顯得非常重要。因此，泵送混凝土的薄壁結(jié)構(gòu)也應(yīng)當(dāng)按照大體積混凝土的要求采取措施控制混凝土的收縮裂縫，特別是環(huán)境氣溫變化與收縮共同作用對于薄壁結(jié)構(gòu)尤為不利，收縮換算為當(dāng)量降溫。
4. 鋼筋混凝土承受變形應(yīng)力的特點
4.1 “抗與放”設(shè)計準(zhǔn)則
結(jié)構(gòu)承受的約束作用分內(nèi)約束(自約束)和外約束兩類。結(jié)構(gòu)的變形如果是完全自由的變形達(dá)到最大值，則內(nèi)應(yīng)力為零，也就不可能產(chǎn)生任何裂縫。如果變形受到約束，在全約束狀態(tài)下則應(yīng)力達(dá)到最大值，而變形為零。在全約束與完全自由狀態(tài)的中間過程，即為彈性約束狀態(tài)，亦即自由變形分解成為約束變形和顯現(xiàn)變形(實際變形)。實際變形越大，約束應(yīng)力越小；實際變形越小，約束應(yīng)力越大，這種約束狀態(tài)與荷載作用下的結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)(虎克定律)有著根本區(qū)別。
