高層建筑大體積混凝土裂縫的預(yù)防

摘要：文章敘述了高層建筑大體積混凝土基礎(chǔ)的特點(diǎn)，介紹了高層建筑大體積混凝土裂縫的類型，分析了裂縫形成的主要原因，在此基礎(chǔ)上提出了預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：高層建筑；大體積混凝土；溫度裂縫；收縮裂縫；裂縫防治

中圖分類號(hào)：TU974文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1009－2374(2009)12－0163－02

所謂大體積混凝土，一般理解為尺寸較大的混凝土。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和城市建設(shè)的發(fā)展，高層建筑越來越普遍，這些建筑的基礎(chǔ)底板和樁基承臺(tái)等一般均屬大體積混凝土結(jié)構(gòu)。高層建筑大體積混凝土裂縫問題是當(dāng)前混凝土施工中的一個(gè)普遍問題，裂縫不僅會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度、抗凍性，對(duì)混凝土的抗?jié)B性和耐久性影響尤為嚴(yán)重。本文將分析其原因，并提出預(yù)防措施。

一、高層建筑大體積混凝土基礎(chǔ)的特點(diǎn)

大體積混凝土具有結(jié)構(gòu)厚、體形大、混凝土用量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高等特點(diǎn)。高層建筑基礎(chǔ)工程中的大體積鋼筋混凝土施工，一般具有如下特點(diǎn)：

1混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高，水泥用量大，因而收縮變形大。

2配筋結(jié)構(gòu)、配筋率較大，對(duì)避免產(chǎn)生溫度裂縫較有利。

3由于幾何尺寸不是十分巨大，水化熱溫升較快，降溫散熱亦較快。

4地基較弱，地基對(duì)鋼筋混凝土底部的約束力也較弱。

二、高層建筑大體積混凝土裂縫的類型及產(chǎn)生原因

(一)高層建筑大體積混凝土裂縫的主要類型

1貫穿性裂縫。高層貫穿性裂縫也叫外約束裂縫，其主要特點(diǎn)是由交界面向上延伸，一般情況靠近基底的最大，而在上部的比較小。如果貫穿性裂縫比較嚴(yán)重的話，這樣就會(huì)破壞結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性和穩(wěn)定性等，這樣就會(huì)影響整個(gè)建筑正常使用，危害非常嚴(yán)重。

2表面裂縫。表面裂縫也叫做內(nèi)約束裂縫。表面裂縫一般產(chǎn)生很早，多呈不規(guī)則狀態(tài)，深度較淺；大面積結(jié)構(gòu)裂縫常縱橫交錯(cuò)；梁板類長(zhǎng)度尺寸較大的結(jié)構(gòu)，裂縫多平行于短邊；深入和貫穿性的溫度裂縫一般與短邊方向平行或接近平行，裂縫沿著長(zhǎng)邊分段出現(xiàn)，中間較密。裂縫寬度大小不一，受溫度變化影響較為明顯，冬季較寬，夏季較窄，并且表面裂縫產(chǎn)生應(yīng)力比較集中，還有可能促進(jìn)裂縫進(jìn)一步擴(kuò)大。

圖1是某高層建筑基礎(chǔ)板面裂縫分布情況，板面裂縫大多數(shù)為45。左右斜向裂縫，且多數(shù)相互平行，少數(shù)相交成八字形。中間部分的斜向裂縫寬度較大，個(gè)別貫穿性裂縫寬度達(dá)0.5mm以上，約占總裂縫數(shù)量的5％，67％的裂縫寬度<0.1mm，25％的裂縫寬度為0.1～0.2mm，3％的裂縫寬度為0.2～0.4mm。平均裂縫深度14cm。裂縫長(zhǎng)度最長(zhǎng)達(dá)170cm，短的僅7cm。

(二)裂縫產(chǎn)生原因分析

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的截面尺寸較大，由外荷載引起裂縫的可能性很小，但水泥在水化反應(yīng)中釋放出來的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用下，會(huì)產(chǎn)生較大的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，成為大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素。

1溫度應(yīng)力。具體而言，溫度應(yīng)力的產(chǎn)生有三種形式，一是水泥水化熱聚集在內(nèi)部不易散發(fā)，內(nèi)部溫度顯著升高，外表為室外環(huán)境溫度，散熱較快，這樣就形成了較大的內(nèi)外溫差：二是拆模前后，使表面溫度降低很快，造成了溫度陡降；混凝土內(nèi)達(dá)到最高溫度后，熱量逐漸散發(fā)而達(dá)到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值就是內(nèi)部溫差。這三種溫差都可能造成內(nèi)部和外部熱脹冷縮的程度不同，就在混凝土表面產(chǎn)生膨脹應(yīng)力?；炷猎跐仓跗冢淇估瓘?qiáng)度很低，若此時(shí)溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土表面產(chǎn)生裂縫。這種裂縫多發(fā)生在混凝土澆筑后的升溫階段，溫度應(yīng)力與溫差的大小成正比，因此盡可能減小溫差是溫度裂縫控制的主要措施之一。

2收縮應(yīng)力。溫度升高造成熱脹，降溫產(chǎn)生冷縮。此外，當(dāng)混凝土在硬化過程中，由于混凝土內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用，也將促使混凝土產(chǎn)生化學(xué)收縮和干燥收縮。硬化后發(fā)生的收縮將受到地基的強(qiáng)大約束，產(chǎn)生很大的外部約束力，當(dāng)這種約束力超過此時(shí)混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在基礎(chǔ)內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，內(nèi)外疊加，可能貫通結(jié)構(gòu)截面造成嚴(yán)重危害。

三、大體積混凝土裂縫的預(yù)防措施

上節(jié)提及，溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力成為大體積混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素。因此，需依靠合理配筋、改進(jìn)設(shè)計(jì)、采用合理的澆筑方案和澆筑后加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等措施，以提高結(jié)構(gòu)的抗裂性和避免引起過大的內(nèi)外溫差而出現(xiàn)裂縫。

(一)提高混凝土本身的抗裂性

1精心設(shè)計(jì)混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下，應(yīng)盡可能地降低混凝土的單位用水量，嚴(yán)格按照“三低”(低砂率、低坍落度、低水膠比)、二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)、一高(高粉煤灰摻量)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，使混凝土的配合度達(dá)到最優(yōu)，生產(chǎn)出高質(zhì)量的抗裂混凝土。

2設(shè)置增強(qiáng)鋼筋。在容易開裂部位配置斜向鋼筋、八字筋或鋼筋網(wǎng)片，并配置一定數(shù)量的抗裂鋼筋，可顯著提高混凝土的抗裂性能。在孔洞周圍，斷面轉(zhuǎn)角處等宜增配斜向鋼筋、鋼筋網(wǎng)片，避免因應(yīng)力集中產(chǎn)生裂縫。

3摻入纖維。纖維可握裹更多的集料，同水泥基體有緊密的結(jié)合力，可在混凝土中發(fā)揮更有效的抗裂作用。在水泥中加入纖維可以提高抗拉強(qiáng)度，控制基體中微裂縫的形成和發(fā)展，改善基體的韌性與抗沖擊性。

(二)控制混凝土內(nèi)外溫差

1降低混凝土最高溫升。要想有效地降低最高溫升，選用水化熱低的水泥品種和降低水泥用量是最好的方法。因此，應(yīng)盡可能選用水化熱較低的水泥(如礦渣硅酸鹽水泥)配制混凝土，或在混凝土中摻人適量的粉煤灰，不僅可節(jié)約水泥降低水化熱，還可以與水泥水化的產(chǎn)物進(jìn)行二次反應(yīng)，可有效地降低水化熱的高峰值，從而減少了早期裂縫的出現(xiàn)，而且，由于其后期反應(yīng)持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，混凝土降溫速率低，這樣就避免了在降溫過程中出現(xiàn)的溫差過大現(xiàn)象。

2控制混凝土入模溫度。施工要求混凝土入模溫度不大于28℃，以降低大體積混凝土的總溫度，減少內(nèi)外溫差。為此，在碎石、砂場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽設(shè)施，必要時(shí)向骨料噴冷水以控制混凝土的配制溫度。澆筑前底部墊層用草簾覆蓋防曬，現(xiàn)場(chǎng)周圍和基坑壁灑水降溫，降低混凝土底部溫度。

3冷卻循環(huán)系統(tǒng)。采用波紋管循環(huán)冷卻水使混凝土內(nèi)部降溫，通過控制混凝土內(nèi)部溫度，降低混凝土的熱脹程度，同時(shí)也減少收縮量。外部養(yǎng)護(hù)上表面用蓄水法保溫養(yǎng)護(hù)，側(cè)面及時(shí)回填。表面蓄水深度10cm以上，將內(nèi)部用于冷卻后導(dǎo)出的熱水用于養(yǎng)護(hù)，有利于混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)和延緩混凝土表面溫度下降速度，降低混凝土內(nèi)外溫差。當(dāng)內(nèi)外溫差低于20℃時(shí)可停止養(yǎng)護(hù)，但蓄水養(yǎng)護(hù)不可過早停止。停止水循環(huán)后用灌漿法將管封堵。

(三)降低收縮應(yīng)力

1分層澆筑。分層澆筑可以有效降低混凝土的內(nèi)外溫差，減少收縮值并弱化基礎(chǔ)的約束作用。如文獻(xiàn)[1]采用“分兩層澆筑、一個(gè)坡度、斜薄層澆筑、往返推進(jìn)、2次到頂”的澆筑方法，使混凝土自然流淌形成斜坡，見圖2。在每條澆筑帶的前、中、后布置3道振動(dòng)棒，前道振動(dòng)棒布置在底排鋼筋處和混凝土的坡腳處，確?；炷料虏康拿軐?shí)；后道振動(dòng)棒布置在混凝土的卸料點(diǎn)，解決上部混凝土的搗實(shí)；中部振動(dòng)棒使中部混凝土振搗密實(shí)，并促進(jìn)混凝土流動(dòng)。

圖2混凝土澆筑順序示意圖

2減少地基對(duì)澆筑體的約束。如在墊層上按4～6m方格留伸縮縫，在伸縮縫中加人聚苯乙烯泡沫板，減少地基對(duì)混凝土的約束力?；驂|層上澆瀝青膠并撒鋪5mm厚砂層，或鋪2層瀝青油氈紙作底層，這樣就可以清除或減少約束作用。

3設(shè)計(jì)合理的養(yǎng)護(hù)措施。大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)適當(dāng)延長(zhǎng)?；炷帘砻娓采w草袋及塑料薄膜，進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)。澆筑完成后，表面搓平。能上人時(shí)，在其表面先鋪一層塑料布，再覆蓋一層草袋或兩層草袋保溫并灑水養(yǎng)護(hù)。

四、結(jié)語

為了更好地預(yù)防大體積混凝土基礎(chǔ)裂縫，除了理論研究之外，還應(yīng)該在工程實(shí)踐中不斷發(fā)現(xiàn)問題，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，嚴(yán)格控制混凝土原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、現(xiàn)場(chǎng)施工等各個(gè)環(huán)節(jié)，加強(qiáng)管理，盡量避免混凝土裂縫的出現(xiàn)，以保證大體積混凝土工程的質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

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[4]馬燕，高層建筑大體積混凝土裂縫的預(yù)防[J]，淮南職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008，(3)

作者簡(jiǎn)介：黃杰敏(1977-)，女，廣東茂名人，廣東兆達(dá)建筑工程有限公司工程師，研究方向：建筑施工管理。