超长混凝土结构裂缝的产生原理及控制方法

刘 佳, 姚俊宇

（1.建设综合勘察研究设计院有限公司,北京 100000；2.大连一方集团有限公司,辽宁 大连 116000）

随着我国综合国力的不断增强和社会经济建设的极速发展，我国的建筑逐步向大型化和多功能化发展，长度超百米的大型混凝土结构比比皆是。

1 混凝土概述

混凝土是一种凝胶体人造石料。超长混凝土结构具有体量大、结构受力复杂、局部荷载大、混凝土强度高等特点，极易产生裂缝，要有效控制混凝土结构有害裂缝的出现。

2 混凝土裂缝分类及产生原理

2.1 混凝土结构的裂缝分类

（1）微观裂缝：肉眼看不见的裂缝，在混凝土结构中的分布不规则、不贯通。

（2）宏观裂缝：肉眼看得见的裂缝，一般不小于0.05mm。混凝土结构宏观裂缝产生的原因主要有三种：1、外荷载引起的裂缝；2、次应力引起的裂缝；3、变形应力引起的裂缝，这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形，当变形受到束缚时产生应力，当次应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。

2.2 混凝土的外荷载、地基变形、温度收缩是超长混凝土结构裂缝产生的主要原因。

2.2.1 由外荷载引起的裂缝

混凝土构件受外荷载作用，截面的拉应力超过混凝土的抗拉强度，截面产生裂缝，设计中可通过选择合理选择构件截面，混凝土强度等级，钢筋强度、数量和直径，通过计算把裂缝宽度控制在合理的宽度范围内。

2.2.2 地基变形引起的裂缝

由于基础的水平位移或竖向不均匀沉降，使结构产生附加应力，超出混凝土的抗拉能力，使混凝土产生裂缝，由于地基变形导致的结构裂缝，可以通过增加下部结构刚度以及协调上部结构和下部结构的变形情况，能够较好的控制这类裂缝的出现。

2.2.3 混凝土干燥凝结及温度变化裂缝

混凝土在凝结过程中，内部游离水会由表及里逐渐蒸发，导致混凝土由内而外逐渐发生干燥收缩形变，温度变化时混凝土会发生热胀冷缩的温度形变，当这两种形变受到约束后，在结构内部就会产生收缩应力和温度应力，当这两种应力分别超过混凝土的抗拉强度时会使混凝土裂开形成收缩裂缝或者温度裂缝。超长混凝土结构中较常见的是在两种应力共同作用下产生的温度收缩裂缝。

（1）干燥收缩形变：大多数混凝土最后的收缩应变约3～5×10-4，特点是前期收缩快，6个月可完成第一年收缩量的85%左右，一年后持续发展但由收缩应变产生的形变效果很小。影响原因主要有混凝土强度等级，水灰比，水泥品种，坍落度，养护程度和体表比。

（2）温度变形：混凝土温度胀系数为10X10-6/-C，，温度每升高或降低10-C，混凝土会产生0.01%的膨胀或收缩，其形变由温差变化而产生变化，大多在混凝土凝结至结构使用期间发生。影响原因有四季温度变化，室内外温差等。

（3）温度收缩裂缝特点：1）温度收缩时干燥收缩和温度形变同时发生而产生的，他的分布大多数为干燥收缩和温度变形产生的裂缝的叠加，由于环境湿度和温度的改变发生变化，随时间变长而逐渐增多，干燥收缩裂缝或者温度裂缝二者中发生一种的开裂和危害程度远远不及温度收缩裂缝严重。2）按照实际结构构件裂缝发生的的时间、进展和变化、还有位置、形状、尺寸等特点。大多可以归类为以干燥收缩形变为主或以温度形变为主，实际项目中常出现的是以干燥收缩形变为主的温度收缩裂缝，大多出现在混凝土浇筑后一年内，主要产生于半个月到数月之内。3）重点危害的位置及构件是底层和顶端几层的梁板和基础梁、挑檐等裸露在外的结构构件。4）梁板裂缝有不同的分布和特点，梁缝大多数垂平行于横向，分布在侧面， 呈现梭形，表现为表面，深入或贯通。单向板缝以同宽度垂直长边。双向板缝比单向板缝更严重，横竖相交，无规律，大多数为贯通的，板面缝宽度大多数大于板底缝。

因此在混凝土结构中裂缝是绝对存在的，只是应将裂缝控制在规范要求的范围内，以防产生有害裂缝。

3 超长混凝土结构裂缝的控制方法

3.1 布置后浇带

布置后浇带是《高层建筑混凝土结构技术规程》中的一经常被结构设计者使用的方法，鉴于混凝土前期收缩变化大的特点，设计思路主要为放大。一旦设计施工处理不完善，不仅起不到设想的效果，还产生结构隐患。鉴于这些问题对于后浇带的具体布置提出几点想法：

（1）间距：高规规定为30米到40米。建议结合具体工程的长度、环境气候特征综合考虑，大多数工程应控制在30米以内。

（2）选位： 1）跨度较小的梁开间或承受荷载较小的部位，大多数设置在梁跨度1/3的位置 。2）平面布置时要注意梁的布置，后浇带宜平行于大多数梁，避免截断太多根梁。

（3）根据体情况可沿平面折线布置。 1）宽度：高规规定0.8米至1米宽。建议设定的宽度要满足钢筋搭接要求。可以大于1米宽。2）钢筋：现在对后浇带内梁纵钢筋处理有两种做法。

（4）梁、板钢筋先断开后搭接(高规要求)，因为梁钢筋搭接难度大，质量不容易保证，给结构造成安全隐患。

（5）板钢筋断开，梁钢筋通长不断。目前大多数工程采用此方法，但因为截断梁数量大时，钢筋全部不断会束缚混凝土收缩，无法达到预期效果。

依据以往工程的处理方式，梁上部钢筋、梁腰筋、板、墙钢筋打断后错开搭接或必要时搭和补焊同时使用。梁下部钢筋不断，适当增加配筋。这样可以同时减少梁钢筋全部不断对混凝土收缩形变的束缚和避免梁钢筋全部断开后的钢筋搭和焊接困难，这样的处理方式我从2005年以来在很多工程中应用，得到了很好的效果。

1）浇筑时间：高规要求，宜在主体施工结束两个月后进行，而且浇筑时的环境温度最好对于主体结构浇筑时的问题。因为混凝土前期收缩量较大，一年的收缩量中， 15天占35%左右，一个月的占50%左右，二个月占60%左右，六个月占85%左右，所以按高规要求施工，应保证两个月后进行。2）后浇混凝土：应使用微膨胀混凝土或者无收缩混凝土，强度等级应比主体结构的强度等级提高一级。

4 总结

（1）本文从设计角度浅析了超长混凝土结构裂缝产生的原理、分类、预防或减轻的技术措施。

（2）目前在超长混凝土结构中温度收缩裂缝是我国大部分地区工程中较普遍的同时日益增加的一种裂缝，这种裂缝的危害程度较大和高规的要求，设计工作者应充分考虑应对措施。