超长砼结构裂缝种类及控制方法研究

文/张为舟 江西省医药设计院 江西南昌 330046

超长砼结构裂缝种类及控制方法研究

文/张为舟 江西省医药设计院 江西南昌 330046

超长砼结构常常由于混凝土收缩和环境温度变化而出现收缩与温度裂缝。本文从该类裂缝的种类、成因及预防控制措施等多方面、多角度探讨如何有效减少超长砼结构裂缝从而提高建筑物使用寿命。

超长砼结构；收缩；后浇带；预应力

1、引言

混凝土结构裂缝是在混凝土硬化过程中产生的。混凝土脱水、收缩，或者受温度、湿度、不均匀沉降等因素影响，进一步发展，产生了裂缝。一般认为，结构的跨度大，更易产生裂缝，结构如果跨度小，不容易产生裂缝。因此，根据规范要求，对跨度大的单体结构，设置伸缩缝。跨度小的结构，可以不设或少设伸缩缝。裂缝的产生与否，除与结构本身的长度有关以外，与材料选择、地理条件、气候差异、结构形式、温度环境、收缩情况等因素有关。所产生的裂缝主要分为荷载和变形裂缝。温度以及砼收缩在变形引起的裂缝中占极大部分。可以看出，必须早期超长砼结构中实施有效的预控及应对措施，否则裂缝就会不断扩大，影响建筑的安全与使用寿命。

2、超长砼结构的裂缝种类及产生原因

砼结构裂缝，即，混凝土结构裂缝，指的是，混凝土在硬化过程中，由于混凝土脱水、收缩，或者受温度、湿度、不均匀沉降等造成变形荷载的影响而产生的裂缝。裂缝产生的原因比较复杂，按其成因有两大类。

2.1超长砼结构温度裂缝

超长砼结构温度裂缝产生的原因主要有：（1）混凝土原材料的收缩：用水泥砂、石作骨料；与水及外加剂等按一定比例配合，搅拌，通过有水化作用，将混凝土的硬化成形。这是一种物理过程，必然受到物理条件的影响：水与水泥会形成水泥结晶体砼结构内的自由水蒸发带来混凝土的干缩。（2）温度、温度与环境的变化等会引起混凝土的热胀冷缩：一般的钢筋砼结构为超静定结构，楼面内的的竖向构件（如柱、墙等）在楼层间易发生位移。当竖向构件（如柱、墙等）的抗侧刚度较小时，易发生侧向变形，并对楼面产生拉应力。而由于温度、湿度变化，导致竖向构件的抗侧刚度逐渐变大时，加之这时如果建筑物的单体结构跨度较长、竖向构件多，建筑物的侧向变形会受到约束、楼面内会产生更大的拉应力，如任其发展，砼结构将产生温度裂缝。

2.1.1应对结构温度裂缝的措施

在对超长砼结构的温度应力的计算中，我们发现，混凝土收缩与温度应力提高的因素主要是环境温差与混凝土收缩导致的。水泥是砼使用原材料中的关键，砂率要进行同样严格的限制，不能超过42%；粗细骨料含泥量能够对砼收缩及砼抗拉造成很大影响，所以必须提出明确的限量要求。粉煤灰和水的比例不变时，砼收缩就会受到水和水泥用量的很大影响。所以在保证水灰比和可泵性一定的情况下，水泥浆量要尽可能的降低。其实也就是对单方砼胶结材料的最高、最低用量的限制。经实践证明，砼配比设计的比例应是：0.54∶1∶2.15∶0.36∶3.24∶0.033即，水∶水泥∶细骨料∶粉煤灰∶粗骨料∶泵送剂。

另外，应根据相关气象数据，获得该建筑的环境温差。显而易见，建筑结构每年都会经历一次或多次升降温天气过程，应找出该建筑物的最大温差，将该数值与混凝土的收缩变化进行数据统计，并要选择合理的修正系数。

2.1.2温度应力的形成

由于温度变化，结构或构件产生伸或缩，而当伸缩受到限制时，结构或构件内部便产生应力，称为温度应力。在混凝土硬化过程中，温度应力产生过程如下：

阶段一：从浇筑砼结构开始到水化热，由以前的7—14天，变为28天。在这个过程中，砼弹性模量发生极大改变，水泥也会放出大量的水化热。而弹性模量的改变会在此过程中产生残余应力。

阶段二：从水泥放热至砼冷却，外界气候的改变及砼的冷却产生温度应力，并与之前的残余应力产生叠加效应。在这个过程中砼弹性模量改变小。

阶段三：砼完全冷却后，环境变化带来温度应力变化。此应力与之前两种应力叠加。

2.1.3预防温度裂缝的方法

从工艺上，应采用低热水泥, 利用砼后期的强度, 将水灰比控制在一定范围内, 石子粒径及连续级配比要合理, 中砂细度模数要大过2.4 等，这些措施可有效的使水化热降低从而防止变形。

在施工阶段要合理控制温度。要减少约束应力应先在垫层上铺一层低强度的砂浆；增加测温次数以便进行降温处理，使室内外温差不超过24℃；为出现温差梯度对已浇砼进行保温保湿，并降低温度应力。

2.2超长砼结构收缩裂缝的产生原因与相关措施

2.2.1如何防止超长砼结构因收缩产生裂缝

在超长砼结构中，混凝土的变形、收缩受到建筑基础、竖向构件（门柱、墙等）及混凝土内部钢筋的约束，约束会对混凝土增加拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度，建筑结构将开裂。影响混凝土收缩的因素有很多，如水泥质量、水泥等级、水泥与砂浆配合比、混凝土的密实度、环境温度、湿度、养护方法、水泥添加剂的品种与用量等。

2.2.2砼结构收缩裂缝形成原因

超长砼混凝土的收缩裂缝是主要由约束引起。一般分为两种：(1)外约束：建筑结构间的相互作用；(2)内约束：结构或构件内部在变形过程中的相互作用。

在超长砼结构中，一般情况下，建筑物各构件均会受到外约束与内约束的共同作用。

2.2.3应对收缩裂缝的措施

应采用后浇带分段施工：

“后浇带”是指，“为适应环境温度变化、混凝土收缩、结构不均匀沉降等因素影响，在梁、板（包括基础底板）、墙等结构中预留的具有一定宽度且经过一定时间后再浇筑的混凝土带”① 。

该施工带需根据设计要求保留一段时间后再浇筑，将整个结构连成整体。在后浇带构造中，后浇带钢筋应该按贯通留筋。后浇带的设置距离，应考虑在有效降低温差和收缩应力的条件下，通过计算来获得。

3、应对控制超长砼结构裂缝的各种方法及其分析

结合上面上种方法，对于混凝土结构裂缝的控制措施，主要采取“抗放并举”原则。“放”是指采取手段，降低因温度及混凝土收缩带来的影响。比如，设置后浇带够减少混凝土早期收缩和温度应变。“抗”是指加强混凝土结构强度来对抗温度应力，以达到控制裂缝的目的。

3.1采用预应力混凝土结构工艺

为控制超长砼结构的结构性开裂问题，“可通过施加预应力减少其在混凝土内部产生的拉应力”②，在施工中，采用预应力混凝土结构工艺是控制超长混凝土结构裂缝的有效方法，减小混凝土开裂的可能。预应力砼结构有很多优点，可采用预应力筋套管等方法，布置简单，调整容易，大大缩短了施工时间。在设计计算时，可根据规范中裂缝控制等级的要求，相应增加或减少预应力砼结构中的预应力筋的数量。

3.2设置后浇带

后浇带对对抗结构裂缝很有帮助。后浇带的宽度应考虑施工简便，避免应力集中。一般其宽度为70～100cm。根据一般设计要求，后浇带宽度800mm可满足使用要求。后浇带内的钢筋应完好保存。沉降后浇带在主体封顶后，根据沉降记录，由设计单位确认后方可封闭；收缩后浇带应该在两侧混凝土龄期达到45d后方可封闭。地下室后浇带必须采取覆盖保护措施，凡因留置后浇带而形成较大悬臂的部位应加支撑，待后浇带砼浇筑后强度达到100%时才能拆除。

后浇带填筑前必须全面进行清理干净。超前止水后浇带技术适用于所有基础底板、外墙的后浇带。尤其适用于基础位于地下水位以下的高层建筑或主体施工时间较长的基础后浇带工程，也适用于须留设后浇带但基础不能长时间暴露需立即进行基础土方回填的工程，同时适用于施工场地狭小或工期紧需进行砌体等后续工序穿插的工程。

3.3混凝土材料优化

优化混凝土材料，有助于解决超长混凝土结构的裂缝问题。采用低热水泥, 利用砼后期的强度,将水灰比控制在一定范围内, 石子粒径及连续级配要好, 中砂细度模数要大过2.4等，这些措施可有效的使水化热降低从而防止变形。同时，在施工阶段要合理控制温度。

3.4加强混凝土养护

控制温度及干燥引起的变形的关键就是养护。特别是超长超厚砼结构，加快水泥水化，降低约束应力及内外温差是主要的，然后要对降温速度也进行控制，利用砼强度达到建筑抗裂效果，防止裂缝的出现。覆盖养护时砼表面要湿润，高温下禁止查处模板，砼强度较低时要进行敲击振动。

结论：

因此，要预防及控制超长砼结构的裂缝是一项系统工程，关键在于减小温度应力和收缩作用，采取预应力结构工艺、设置后浇带，从而抵抗温度及收缩拉应力，能更好解决超长砼结构裂缝控制问题。工程技术人员应在设计、施工全过程中综合各类影响因素，采取相应措施，适时超长砼结构进行养护，防止裂缝的产生。

注释：

①混凝土结构工程施工规范(GB50666-2011)第2.0.10条

②《混凝土结构设计规范》(GB50010— 2010)

[1]JGJ3—2010，高层建筑混凝土结构技术规程[S].

[2]GB50010--2010，混凝土结构设计规范[S].

[3]潘立.横穿混凝土后浇带配筋对后浇带效能不利影响的计算分析[J].建筑结构，2007，(7)：14．16.

[4]陈顺，南建林．超长地下结构后浇带的宽度和配筋率对应力释放的影响分析.第十四届全国混凝土及预应力混凝土学术.会议论文集[C]．长沙，2007.

[5]全学友，孙会郎.后浇带的设置方案对抗裂效果的影响[J].建筑结构，2004，(6)：22-24.

张为舟（1981年--），男，汉族，籍贯：南昌 学历：工学学士 单位：江西省医药设计院。研究方向：工业与民用建筑。