国内外混凝土结构设计规范中裂缝控制的比较分析

杨君君，尹 磊

（武汉建筑材料工业设计研究院有限公司，武汉 430071）

近年来，国民经济的快速发展引起基础设施的大量兴建，公路铁路、建筑结构、水利港口等方面都需要大量的混凝土。随着大量钢筋混凝土结构的兴建，混凝土出现的裂缝问题越来越明显且严重。通常情况下混凝土结构出现裂缝会引起一系列问题，一方面，裂缝的存在减小建筑结构的承载能力、耐久性以及结构的整体防水性能，给建筑结构的安全使用带来一定程度的影响；另一方面，影响结构的外观，弱化结构的整体美观。以隧道结构为例，混凝土裂缝的存在一方面给隧道的安全运营带来安全隐患，同时影响了结构的防水性，导致隧道结构内形成流水通道，给隧道内行车安全带来严重影响。同时，裂缝的存在给隧道结构的承载能力、安全使用年限以及结构整体的稳定性造成潜在威胁。混凝土裂缝已成为学术界和工程界研究人员普遍关注的问题。

混凝土裂缝的存在导致每年都要在混凝土结构裂缝的维修和加固方面消耗大量的人力财力，给社会造成严重的资源浪费和经济损失。针对混凝土裂缝带来的影响及威胁，世界上很多国家都制定了相应的规范准则对裂缝进行控制。从各国规范准则中对裂缝控制的要求来看，裂缝宽度的计算是各国规范准则中对裂缝控制的重要内容。因此，该文从混凝土构件出现裂缝的形成原因出发，结合各国规范准则内容，对混凝土裂缝控制进行说明。

1 混凝土构件裂缝成因

混凝土构件在通常情况是带裂缝进行工作的，混凝土构件裂缝产生的原因，主要有以下几个方面：

1）与混凝土结构设计和结构承受的荷载作用有关

混凝土结构构件的设计断面尺寸存在不足，或者结构的配筋量不足、构件中主要受力钢筋的位置分布有误。设计过程中对混凝土内部产生的温度应力和混凝土自身收缩蠕变产生的应力预估存在不足；由于恶劣天气引起的结构构件外荷载过大，如台风、地震作用；由于邻近施工引起的结构物产生差异性沉降导致的混凝土构件出现裂缝等。

2）与混凝土结构使用条件与所处的环境条件有关

大部分混凝土结构都是在露天环境中使用，长期经受风、雨、雷、电、日晒、冷冻等天气情况，混凝土结构所处的温度、湿度条件发生变化，混凝土内部发生冻融、冻胀等，导致结构出现裂缝。在火灾、地震等灾害作用下结构承受高温、动荷载，进而产生裂缝。此外，对于某些用作特殊用途的混凝土建筑物来讲，在酸、碱、盐等化学作用下，结构发生腐蚀，导致裂缝的出现。

3）与混凝土结构所使用的材料性质以及材料的配合比有关

混凝土主要使用的材料为水泥、骨料以及一些特定的外加材料（添加剂）。当水泥存储环境湿度或者温度过高时，会导致水泥在水化过程中发生非正常凝结。当水泥中游离的氧化钙、氧化镁和其他一些含碱物质的含量过高时，会导致水泥内部发生非正常的膨胀，引起混凝土结构发生鼓胀、内部出现孔洞等。当混凝土的骨料级配不良，或者骨料中存在过大比例的杂质（如含泥量过大）时，会直接导致混凝土强度不能满足设计要求，在外荷载作用下必然出现裂缝，严重时甚至出现破坏。当混凝土使用材料配合比不当（如加水量、水泥用量的添加过多或者过少，砂率过大或者过小等），或者添加剂用量不当时，会直接影响混凝土的流动性、泌水性等性质，导致混凝土强度不能达标，一旦形成受力构件，必然产生裂缝。

4）与混凝土施工工艺、管理水平等因素有关

对于使用了添加剂的混凝土，在搅拌过程中一定要拌合均匀，这必然会出现搅拌时间过长或者过短，或者拌合到浇筑这一阶段的间隔时间过长的情况，从而引起混凝土分崩离析，影响混凝土使用质量。混凝土主要受力钢筋、箍筋以及预埋件之间的锚固质量需要得到保障，在混凝土浇筑过程中必然会对这些部件产生扰动。浇筑过程中要保证保护层的厚度，不然因为保护层厚度不够而出现钢筋外漏，影响结构的正常使用。

施工过程中，混凝土的浇筑顺序、浇筑的均匀度，混凝土在泵送过程中由于长距离运输引起的混凝土在保水性、流动性方面的弱化，需要通过加入一些特定的添加剂来保证，避免出现混凝土因捣实不良引起的塌落度过大、骨料出现泌水、下沉等问题，直接影响混凝土的浇筑质量。在混凝土的后期养护过程中，避免混凝土结构在完全硬化前承受外荷载作用，养护应保证必要的时间和温度、湿度，避免因为日晒、风吹、雨淋等天气变化而导致混凝土养护质量不到位。对于大体积的混凝土构件，由于浇筑过程中其内外部温度会存在一个较大的差异，因此，需要采取一定的浇注工艺来保证混凝土的浇筑质量，避免由于温差效应导致混凝土内部出现裂缝。

2 国内外混凝土结构裂缝控制的比较分析

1）国内外混凝土结构设计规范中裂缝控制的分类

设计规范中要求裂缝宽度的计算值不得大于规范的要求值，如日本02年规范和前苏联水工87年规范。同时，针对混凝土结构构件的表面设计有防渗水表层时，裂缝的宽度限制可以在一定程度上进行放宽。比如水工87规范中明确提出，可以通过提高混凝土的标号、增加钢筋使用量或者调整钢筋的种类和直径，可设置防渗层。同时国标水工78规范也明显提出，当裂缝宽度不满足限制宽度时，不能单纯的靠增加钢筋来满足。

部分规范中有仅通过构造要求来实现限制裂缝宽度，同时，相关规范中一方面没有计算裂缝宽度的方法，另一方面没有明确给出裂缝宽度的限值。以美国ACI02规范和水工03规范为例，前者仅通过限制钢筋间距等构造要求来实现限制裂缝宽度，而后者则是通过限制高强度钢筋和受拉钢筋的最大配筋率等规定来实现裂缝宽度限制。英国97规范中也明确通过限制钢筋间距等构造要求来实现裂缝宽度控制。

欧洲国家的很多规范对裂缝宽度的控制进行了详细的说明和规定，对控制裂缝宽度的方面也是有很多种方法的。例如，欧洲02规范明确给出了裂缝宽度的计算方法以及相应的裂缝宽度限制。同时明确不需要进行裂缝宽度验算的情况，这些情况主要包括：薄板等构件如果满足最小配筋率要求，同时钢筋间距和直径在满足相关规范的情况下可以不进行裂缝控制；限制受拉主筋的主应力来间接控制裂缝宽度。

2）国内外混凝土结构设计规范中裂缝宽度限制的比较

根据国内外混凝土相关规范中对裂缝宽度限制的综合比较分析可知，裂缝宽度限制在较小范围内，通常为0.1～0.4mm。不同的裂缝控制宽度限制与结构构件所处的环境条件有关系。这方面的规范中以前苏联水工87规范和欧洲02规范中的规定最为明显。具体来说，对于处于环境条件较好的情况，裂缝宽度限制可以放宽到0.4～0.5mm；当处于最恶劣的环境条件下时，宽度限制可为0.05～0.10mm。

关于裂缝宽度限制，各国混凝土结构设计规范针对不同的环境条件类别进行了分别说明，同时，其中只有两部规范明确提出了裂缝宽度限制与保护层有一定的关系。如我国水工96规范在规范说明中，当保护层的厚度大于50mm时，裂缝宽度的限制可以增加到0.05mm。而日本02规范中提出裂缝宽度限制是与保护层厚度c成函数关系。

3）裂缝宽度计算公式的比较

裂缝宽度计算公式可以分为半理论半经验公式和数理统计公式。

其中，半理论半经验公式是根据对裂缝开展机理分析推导出理论计算公式，其中的某些系数则根据试验或经验确定，如我国水工78规范、水工96规范、国家02标准、欧洲02规范均属于此类。

数理统计公式是建立在大量实测资料的基础上，对影响裂缝开展宽度的主要因素进行统计分析得出，前苏联水工87规范和香港98规范、公路04桥规的公式便属于这一类。

3 结 语

混凝土出现裂缝会对结构物的正常使用产生一定程度的影响，该文针对混凝土构件出现裂缝的原因，从结构设计、材料选用及配比、施工工艺及管理几个方面进行了重点分析。同时，结合国内外混凝土结构设计所使用的规范，从裂缝宽度的计算方法、裂缝宽度的限值以及裂缝宽度的计算公式等方面进行了详细比较分析。以期为从事混凝土结构设计的相关人员提供一定参考。

［1］ 水利电力部.水工钢筋混凝土结构设计规范（SDJ 20－78）［S］.水利电力出版社，1979.

［2］ 电力部，水利部.水工混凝土结构设计规范（DL/T 5057－1996），（SL/T 191－96）［S］.中国电力出版社，中国水利水电出版社，1997.

［3］ 交通部.港口工程混凝土结构设计规范（JTJ 267－98）［S］.人民交通出版社，1998.

［4］ 铁道部.铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范（TB 10002.3－99）［S］.中国铁道出版社，2000.

［5］ 建设部.混凝土结构设计规范（GB50010－2002）［S］.中国建筑工业出版社，2002.

［6］ 交通部.公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62－2004）［S］.人民交通出版社，2004.

［7］ ACI Committee 318.Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary（ACI 318－02）（ACI 318R－02）［S］.2002.

［8］ 《欧洲规范》技术委员会.欧洲规范2：混凝土结构设计.邱辉等译，大连理工大学土木水利学院结构工程研究所印，2002.

［9］ British Standard，Structural Use of concrete－Part 2：Code of Practice for special circumstances（BS8110－1.1985），1985.

［10］British Standard，Structural Use of concrete－Part 1：Code of Practice for Design and Construction（BS8110－2.1997）［S］.1997.