国内外标准中基于耐久性的混凝土裂缝限值分析

何 华，吴海军，高 宇，陆 萍

（1.广西吉泰投资有限公司，广西 南宁 530001;2.重庆交通大学土木建筑学院，重庆 400074）

国内外标准中基于耐久性的混凝土裂缝限值分析

何 华1，吴海军2，高 宇2，陆 萍2

（1.广西吉泰投资有限公司，广西 南宁 530001;2.重庆交通大学土木建筑学院，重庆 400074）

分析比较了国内外标准中关于混凝土构件裂缝宽度限值的规定，指出了各个标准限值的特点及其内涵，提出桥梁混凝土构件耐久性指标裂缝宽度限值的确定应考虑环境作用、结构受力特点、构件种类、受力状态、构造特点等因素的影响;归纳出干湿交替、无干湿交替及腐蚀3种环境下，钢筋混凝土及预应力混凝土构件的裂缝宽度限值的一般范围和相互关系，为确定公路桥梁混凝土构件基于耐久性的裂缝限值提供参考。

混凝土桥梁;耐久性;裂缝宽度限值;环境作用

混凝土开裂是混凝土桥梁结构的一个普遍问题。裂缝根据其产生的原因分受力因素和非受力裂缝。尽管开裂原因及发展程度不同，但是，裂缝的开展会引起混凝土桥梁构件耐久性能、正常使用性能、甚至承载力等诸多性能的变化;而裂缝的开展又与钢筋锈蚀和混凝土构件表面损伤等诸多影响构件耐久性能的因素存在着重要的相互作用［1］。从耐久性评定的角度看，裂缝开展情况（主要指宽度）具备便于检测及可重复验证的特点;因此，裂缝宽度对于衡量和评价混凝土桥梁构件的耐久性能是十分重要的，它是评价构件耐久性能的一个关键指标［1］。

我国现有公路桥梁有关规范缺乏关于混凝土桥梁构件耐久性的评价指标，这给在役桥梁的科学管养及耐久性评估带来了不少困难。鉴于此，交通部西部交通建设科技项目“混凝土桥梁耐久性指标体系、检测方法与评价标准的研究”以在役混凝土桥梁构件耐久性评价指标与限值作为其重要的研究目标。通过调查发现，部分国内外标准、规范基于耐久性要求提出了混凝土构件的裂缝宽度限值，但由于混凝土所处环境不同、混凝土品质不同、施工质量不同等因素，各规范中提出的裂缝限值各异。因此，通过分析相关规范中裂缝限值的内涵及其量值，得出裂缝限值的一般规律、范围及其影响要素，对于合理确定基于耐久性的公路桥梁裂缝指标限值具有重要意义。

1 国内有关标准中裂缝限值及分析

随着混凝土结构耐久性问题的日益凸显及耐久性研究成果的不断丰富，包括混凝土结构国家标准及铁路、建筑等部分行业标准在内的一些标准、规范中逐渐提出了考虑耐久性要求的裂缝限值。

1）GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》中要求在荷载作用下配筋混凝土构件表面裂缝宽度计算值不应超过表1中限值［2］。

表1 表面裂缝计算宽度限值Table 1 Allowance value of surface crack calculating width/mm

该规范裂缝计算宽度的具体限值与环境作用等级及构件受力特点有关，环境作用等级分6类。构件分为预应力和非预应力两类，其裂缝宽度主要指横向的受力裂缝宽度。同时，该规范偏保守的忽略了保护层厚度增大对于裂缝宽度容许值的贡献。

2）JTG/TB 07-01—2006《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中指出混凝土表面裂缝的计算宽度，不宜超过表2中所示的允许值［3］。

表2 表面裂缝计算宽度限值Table 2 Allowance value of surface crack calculating width/mm

该规范裂缝计算宽度的具体限值与环境作用等级、环境的类别及构件受力特点有关，这些因素及考虑与表1有关规定相似，但具体裂缝限值较前者严格，这与公路结构活荷载较大、使用环境较复杂的情况相符。

3）《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设［2005］157号）中指出在混凝土桥涵结构中恒载裂缝的计算宽度不应超过表3中的最大裂缝限值［4］。

该规范裂缝计算宽度的具体限值指明了是恒载作用下的裂缝宽度，这是其他规范所没有的，它考虑了列车活载可能引起裂缝宽度增大这一问题，使得宽度限制值的受力状态明确化。该裂缝限值考虑了构件类别、裂缝部位对耐久性的容忍程度，构件类别分为4类，裂缝部位根据部位不同而裂缝限制不同，其裂缝宽度主要指横向的受力裂缝宽度。同时，该规范有关说明考虑了保护层厚度增大对于裂缝宽度容许值的贡献。

4）CCES 01—2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》指出混凝土在荷载作用下的表面横向裂缝宽度计算值应不超过表4中的限值［5］。

表4 表面裂缝计算宽度限值Table 4 Allowance value of surface crack calculating width/mm

该规范裂缝计算宽度的具体限值与环境的类别及构件受力特点有关，受力特点分为预应力和非预应力两类，环境的类别分为4类，其裂缝宽度主要指横向的受力裂缝宽度。同时，该规范考虑了保护层厚度增大对于裂缝宽度容许值的贡献。

5）我国现行GB 50010—2002《混凝土结构设计规范》规定，结构构件应根据结构类别和其规定的环境类别，按表5的规定选用不同的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值 ωlim［6］。

表5 构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值Table 5 Allowance and control grade of component crack

该规范最大裂缝宽度的具体限值与环境的类别及结构受力特点有关，此外考虑了裂缝控制等级对裂缝宽度限值的影响，其裂缝宽度主要指横向的受力裂缝宽度。

2 国外有关标准中裂缝限值及分析

在混凝土结构领域，美国、欧洲、日本及新西兰等国的相关研究与标准规范通常处于领先地位，下面对其相关规范中的裂缝宽度限制值进行总结和分析。

1）美国混凝土协会1998年的标准ACI 224.1R-93，从耐久性方面考虑，对钢筋混凝土构件，提出的允许最大裂缝宽度如表6［7］。

表6 由耐久性决定允许的最大裂缝宽度Table 6 Allowance width of crack determined by durability

2）欧洲混凝土委员会在CEB-FIP规范中，根据混凝土结构耐久性要求、结构所处条件及荷载作用情况，对允许最大裂缝做出了规定，如表7［7］。

表7 裂缝最大允许宽度Table 7 Maximum allowance width of crack /mm

欧洲混凝土委员会对于由耐久性决定的最大裂缝宽度的规定指明了构件所处的受力状态，这点与国内《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设［2005］157号）对于恒载状态的要求类似，但裂缝限制值要求偏高;该规范同时明确了考虑活载影响的裂缝宽度控制值，它比恒载状态下大0.1 mm，其裂缝宽度主要指横向的受力裂缝宽度。该规范关于受力状态和裂缝宽度限制值的对应关系解决了部分规范在这一问题上模糊不清的态度，对混凝土构件的耐久性评定有清晰的指导性，值得借鉴。

3）日本土木学会与建筑学会允许的裂缝宽度见表 8［7］。

表8 允许裂缝宽度Table 8 Allowance width of crack /mm

日本土木学会标准中把允许裂缝宽度与保护层厚度直接联系起来，提出的允许裂缝宽度与保护层厚度呈线性关系。此外，规范中还把容许裂缝宽度与钢筋种类相关起来，反映了同样受力条件下，表面形状不同的钢筋对于裂缝约束能力的不同。这两种处理方式是其他规范所没有的，如果按照保护层厚度为30 mm计算，其一般环境下采用Ⅱ级钢筋的允许裂缝宽度为0.15 mm。

4）新西兰标准NZS 3101:1995中对允许裂缝宽度的规定，见表 9［7］。

表9 允许裂缝宽度Table 9 Allowance width of crack /mm

新西兰标准中提及的环境条件较简单，只分为3种，允许裂缝宽度也只与构件受力特点有关，与其他国内外规范不同的是，该标准对于预应力混凝土构件开裂的容忍程度明显较高，同样环境情况下，该规范提出的预应力构件允许宽度只比普通钢筋混凝土构件的允许裂缝宽度小0.1 mm。

3 国内外标准、规范裂缝限值的比较

3.1 影响因素分析

通过以上分析，对国内外标准中裂缝宽度限值提出所考虑的因素进行对比总结如表10。

表10 裂缝宽度限值影响因素分析Table 10 Analysis on influence factors of allowance width of crack

由表10可知:

1）各标准、规范确定裂缝宽度限值时基本上都考虑了环境作用等级和构件受力特点的影响。不同标准、规范对环境类别划分较接近，但不同规范会因其使用的范围不同而有所差异。

2）各标准、规范关于构件种类、裂缝部位、受力状态、构造特点对裂缝限值的影响研究较少，考虑不足。

3）以上规范中只有《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设［2005］157号）较全面考虑了构件类别、裂缝部位等对裂缝宽度限值的影响。

3.2 裂缝限值分析

对国内外各规范、标准中各种混凝土构件（恒载状态下）在不同环境下裂缝宽度的耐久性极限值进行对比如图1～图5。

图1 一般大气环境（无干湿交替）钢筋混凝土构件裂缝宽度限值对比Fig.1 Comparison of allowance width of reinforced concrete crack in normal atmospheric environment with no alternate drying-wetting

从图1中可见，国内外规范关于一般大气环境下（无干湿交替）钢筋混凝土构件横向受力裂缝宽度限值在0.2～0.4mm之间，平均值约为0.35mm。

图2 一般大气环境下（无干湿交替）预应力构件裂缝宽度限值对比Fig.2 Comparison of allowance width of pre-stressed component crack in normal atmospheric environment with no alternate drying-wetting

从图2中可见，国内外规范关于一般大气环境下（无干湿交替）预应力混凝土构件横向受力裂缝宽度限值在0.2～0.3 mm之间，大多数取值为0.2 mm，其限制值比同环境下的钢筋混凝土构件小0.1 mm。

图3 一般大气环境下（干湿交替）钢筋混凝土构件裂缝宽度限值对比Fig.3 Comparison of allowance width of reinforced concrete crack in normal atmospheric environment with alternate drying-wetting

从图3中可见，国内外规范关于一般大气环境下（干湿交替）钢筋混凝土构件横向受力裂缝宽度限值在0.15～0.30 mm 之间，平均值约为0.20 mm，其限制值总体上较非干湿交替条件下的钢筋混凝土构件小0.05 ～0.10 mm。

图4 一般大气环境下（干湿交替）预应力构件裂缝宽度限值对比Fig.4 Comparison of allowance width of pre-stressed component crack in normal atmospheric environment with alternate drying-wetting

从图4中可见，国内外规范关于一般大气环境下（干湿交替）预应力混凝土构件横向受力裂缝宽度限值在0.10～0.20 mm之间，大多数取值为0.10 mm，其限制值总体上较非干湿交替条件下的预应力混凝土构件小0.10 mm，也较一般大气环境下（干湿交替）钢筋混凝土构件横向受力裂缝耐久性极限值小0.1 mm。

从图5中可见，国内外标准、规范关于腐蚀环境下钢筋混凝土构件横向受力裂缝宽度限值在0.1～0.2 mm之间，大多数取值为0.1 mm，平均值约为0.15 mm。

图5 腐蚀环境下钢筋混凝土构件裂缝宽度限值对比Fig.5 Comparison of allowance width of reinforced concrete crack in corrosion environment

另外，对于腐蚀环境下预应力混凝土构件横向受力裂缝耐久性极限值，我国 GB/T 50476—2008《混凝土结构耐久性设计规范》、JTG/TB 07-01—2006《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》、CCES 01—2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中均按一级裂缝控制，即不允许开裂，而新西兰规范则规定腐蚀环境下预应力混凝土构件横向受力裂缝允许值为 0.1 mm。

4 结论

以上分析和比较为确定公路桥梁混凝土构件基于耐久性的裂缝限值提供了有益的借鉴和参考，并获得以下结论或认识:

1）当前国内外标准规范基本上是从环境作用及构件受力特点两个方面来考虑混凝土结构裂缝宽度限值，考虑到桥梁活载效应大、使用环境复杂的现实，在桥梁混凝土构件耐久性裂缝宽度限值确定时，应在考虑环境作用和构件受力特点的基础上进一步考虑受力状态、构造特点等因素的影响。

2）一般大气环境（无干湿交替）下普通钢筋混凝土构件横向受力裂缝宽度耐久性极限值，国内外规范差别不大，其取值范围为0.2～0.4 mm;预应力混凝土构件横向受力裂缝宽度耐久性极限值，国内外规范基本上是取0.2 mm。

3）一般大气环境（干湿交替）下钢筋混凝土构件横向受力裂缝宽度耐久性极限值，国内外规范差别不大，其取值范围为0.15～0.3 mm;预应力混凝土构件横向受力裂缝宽度耐久性极限值，国内外规范基本上是取0.1 mm。

4）腐蚀环境下钢筋混凝土结构横向受力裂缝宽度耐久性极限值，国内外规范差别不大，其取值范围为0.1～0.2 mm。

5）国内外标准规范中提出的裂缝宽度限值都明指或暗指受力引起的裂缝，而收缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝等对构件耐久性也是有明显影响的，如何在确定裂缝限值时考虑这些因素是需要研究的重要问题。

（References）:

［1］ 吴海军.混凝土桥梁构件耐久性指标、检测与评定方法研究［R］.重庆:重庆交通大学，2011.

［2］ GB/T 50476—2008混凝土结构耐久性设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2008.

［3］ JTG/TB 07-01—2006公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2006.

［4］ 铁建设［2005］157号 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定［S］.北京:中国铁道出版社，2005.

［5］ CCES 01—2004混凝土结构耐久性设计与施工指南［S］.北京:中国建筑工业出版社，2004.

［6］ GB 50010—2002混凝土结构设计规范［S］.北京:中国建筑工业出版社，2002.

［7］ 冯乃谦，邢锋.混凝土与混凝土结构的耐久性［M］.北京:机械工业出版社，2009.

［8］ 郑升宝，曹正洲，谭科.预应力混凝土T梁裂缝的分析［J］.重庆交通大学学报:自然科学版，2009，28（4）:658-659.

ZHENG Sheng-bao，CAO Zheng-zou，TAN Ke.Crack causes of prestressed concrete T beam ［J］.Journal of Chongqing Jiaotong University:Natural Science，2009，28（4）:658-659.

Allowance of Concrete Crack Width Based on Durability of Domestic and Overseas Code

HE Hua1，WU Hai-jun2，GAO Yu2，LU Ping2
（1.Guangxi Jitai Investment Co.Ltd.，Nanning 530203，Guangxi，China;
2.School of Civil Engineering ＆ Architecture，Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China）

Crack limit values home and abroad are analyzed and compared，and then the connotation and characteristics of the allowance width of crack are pointed out respectively.It is proposed that durability crack limit should take environment，steel，stress characteristic，component styles，crack position and construction feature into consideration.The crack limit range and relationships of concrete component and pre-stressed concrete component are concluded in alternate drying-wetting，no alternate drying-wetting and corrosion environment，which provides useful reference for allowance width of crack in concrete bridge constructor based on durability.

concrete bridge;durability;allowance width of crack;environmental effect

U 442.5+1

A

1674-0696（2011）06-1282-05

10.3969/j.issn.1674-0696.2011.06.05

2011-06-27;

2011-08-18

交通运输部西部交通建设科技项目（2006 318 223 02 06）

何 华（1972-），男，广西桂平人，高级工程师，主要从事公路桥梁建设与维护技术工作。E-mail:hehua0283@sina.com。