超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫分析

李丹丹

(咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫分析

李丹丹

(咸寧職業(yè)技術(shù)學(xué)院)

簡(jiǎn)要介紹了超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因，和控制裂縫的措施，為現(xiàn)場(chǎng)施工提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；控制

近年來(lái)，隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加快，建筑用地緊張、交通擁堵和停車難等問(wèn)題日趨嚴(yán)重，人們開(kāi)始大規(guī)模的開(kāi)發(fā)地下工程，地鐵的建設(shè)和地下停車場(chǎng)的建設(shè)逐漸增多。超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)形式的需求日益增長(zhǎng)，平面尺寸超長(zhǎng)，寬度超寬，面積超大的建筑迅速出現(xiàn)，地鐵車站、地下停車場(chǎng)、地下商場(chǎng)等超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)工程都要考慮防水問(wèn)題，而現(xiàn)澆大體積、大面積和超長(zhǎng)混凝土的大量應(yīng)用，其開(kāi)裂情況也不斷增多，如何有效地控制超長(zhǎng)混凝土裂縫的產(chǎn)生，在保證結(jié)構(gòu)的安全性情況下，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的適用性和抗震性能，是眾多工程設(shè)計(jì)師和建筑學(xué)者共同關(guān)注的問(wèn)題。

一．超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的定義

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50010-2010對(duì)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的定義，超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)是指建筑物單體長(zhǎng)度超過(guò)規(guī)范規(guī)定的設(shè)置溫度縫、伸縮縫或抗震縫的最大長(zhǎng)度，而不設(shè)置任何形式縫的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。凡混凝土結(jié)構(gòu)平面長(zhǎng)度超過(guò)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》所規(guī)定的結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度，而沒(méi)有按規(guī)范設(shè)置伸縮縫的，即為“超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)”。如按照我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)在室內(nèi)或土中的設(shè)計(jì)長(zhǎng)度應(yīng)為55米，非混凝土構(gòu)件外露的普通住宅或公共建筑，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度超過(guò)55米的現(xiàn)澆混凝土框架結(jié)構(gòu)即為超長(zhǎng)混凝土框架結(jié)構(gòu)。

在混凝土結(jié)構(gòu)中每隔一定間距設(shè)置伸縮縫，其主要目的就是防止由于構(gòu)件過(guò)長(zhǎng)而使混凝土收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力積累引起混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫，因此從廣義上來(lái)講，伸縮縫的最大設(shè)置間距接近規(guī)范限制，但其所承受的由于結(jié)構(gòu)所用材料、結(jié)構(gòu)約束條件、結(jié)構(gòu)收縮作用及溫度作用產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)結(jié)構(gòu)極限強(qiáng)度，也可被稱為“超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)”。同時(shí)根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50010-2010）如有充分依據(jù)和可靠措施，伸縮縫的最大間距可以適當(dāng)增大，例如采用低收縮性的混凝土原材料，采取設(shè)置后澆帶和控制縫等施工方法。

二．超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫分析

1.裂縫研究現(xiàn)狀

雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是建立在結(jié)構(gòu)的極限承載力基礎(chǔ)上的，但是大多數(shù)工程的實(shí)際使用標(biāo)準(zhǔn)卻是由裂縫所控制的，結(jié)構(gòu)的破壞也都是從裂縫開(kāi)展而來(lái)。裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)工程常見(jiàn)的一種缺陷。混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問(wèn)題一直是困擾建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工人員的一大難題，國(guó)內(nèi)外的各大學(xué)者在工程實(shí)踐中不斷探求解決混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的方法，同時(shí)也發(fā)表了大量的有關(guān)混凝土裂縫的成因、控制方法和裂縫的修補(bǔ)等文獻(xiàn)。近年來(lái)，混凝土結(jié)構(gòu)從設(shè)計(jì)、施工技術(shù)到混凝土材料及配合比控制等都有了很大的提高。對(duì)于超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)由于結(jié)構(gòu)在平面尺寸超長(zhǎng)、寬度超寬，混凝土體積大，混凝土的收縮變形、溫度作用和不均勻沉降等問(wèn)題更加嚴(yán)重，更易引起混凝土出現(xiàn)裂縫，因此對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的分析研究尤為重要。

早在 1984年清華大學(xué)的吳中偉[1]教授就對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)件中存在的裂縫會(huì)引起鋼筋的銹蝕從而影響構(gòu)件的耐久性問(wèn)題進(jìn)行了研究，提出了混凝土界面裂縫可以通過(guò)改善混凝土材料的水泥組分、集料的巖種與表面性質(zhì)、加水量與外加劑以及細(xì)填料等方面來(lái)得到控制，從而可以有效地防止鋼筋的銹蝕，達(dá)到鋼筋混凝土構(gòu)件安全使用期超過(guò)100～200年。

我國(guó)的工程結(jié)構(gòu)裂縫控制專家王鐵夢(mèng)對(duì)工業(yè)與民用建筑中的大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制進(jìn)行了深入研究，在總結(jié)大量的工程實(shí)踐案例的基礎(chǔ)上，運(yùn)用科學(xué)的研究方法和計(jì)算公式，全面系統(tǒng)分析了裂縫的發(fā)展變化規(guī)律，對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，混凝土原材料、施工技術(shù)方法，混凝土的養(yǎng)護(hù)、地基及環(huán)境條件等進(jìn)行了系統(tǒng)的分析研究，提出了“抗放兼施”的工程結(jié)構(gòu)裂縫控制方法及混凝土收縮變形的實(shí)用計(jì)算公式，為我國(guó)混凝土裂縫問(wèn)題的研究和解決提供了重要的理論依據(jù)。

2.裂縫產(chǎn)生原因

混凝土裂縫形成的原因非常復(fù)雜,多種不利因素的綜合作用導(dǎo)致了混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了裂縫。而由于混凝土自身特性發(fā)生的收縮變形和由于外界作用及水化熱的作用引起的溫度變化是引起超長(zhǎng)混凝土構(gòu)件開(kāi)裂的主要原因。據(jù)有關(guān)統(tǒng)計(jì),由于變形變化造成的混凝土裂縫占80%左右，由于荷載產(chǎn)生的裂縫占20%左右。

混凝土中產(chǎn)生裂縫的原因有多種，建筑工程中常見(jiàn)的有混凝土材料方面的溫度和濕度變化、混凝土收縮引起的裂縫，設(shè)計(jì)原因引起的裂縫及施工管理方面引起的裂縫等。

（1）混凝土自身的原因

混凝土是由各種原材料拌合而成，各材料在拌合過(guò)程中會(huì)存在一定量的微孔隙和細(xì)微裂縫，這些特性使得混凝土存在不均勻性和不穩(wěn)定性，使混凝土構(gòu)件在正常使用狀況下也是處于帶裂縫工作狀態(tài)。而混凝土在空氣中結(jié)硬體積會(huì)收縮，在水中結(jié)硬體積要膨脹，混凝土的收縮和膨脹也會(huì)引起混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫。混凝土在水化反應(yīng)中產(chǎn)生的水化熱引起的溫度裂縫也是混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的重要原因。

（2）設(shè)計(jì)原因

一般鋼筋混凝土構(gòu)件在荷載作用下易產(chǎn)生裂縫，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師要根據(jù)工程實(shí)際的地基承載力情況、上部結(jié)構(gòu)的靜荷載和動(dòng)荷載、結(jié)構(gòu)環(huán)境因素及結(jié)構(gòu)實(shí)用性和耐久性等因素來(lái)控制結(jié)構(gòu)荷載裂縫，避免由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的影響出現(xiàn)裂縫，而結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫變形控制考慮不全面，也是結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生增多的原因之一

（3）施工原因

施工操作的不規(guī)范是影響混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的重要因素。如混凝土配合比設(shè)計(jì)是否合理；粗細(xì)骨料顆粒級(jí)配是否符合規(guī)范要求，砂是否按要求過(guò)篩，含泥量是否滿足規(guī)范要求；水泥和外加劑能否相適應(yīng)；混凝土坍落度控制是否合理。這些都會(huì)影響混凝土質(zhì)量和收縮變形。同時(shí)在施工過(guò)程中混凝土澆筑高度過(guò)高出現(xiàn)離析現(xiàn)象，或者混凝土振搗不密實(shí)，施工縫處理不到位都會(huì)引起混凝土開(kāi)裂；在混凝土養(yǎng)護(hù)期間養(yǎng)護(hù)不到位，容易產(chǎn)生收縮裂縫，而拆模過(guò)早，也會(huì)引起混凝土開(kāi)裂。除了上述技術(shù)因素外，施工管理不到位，偷工減料，施工馬虎等也是引起混凝土開(kāi)裂的人為因素。

三．裂縫控制方法

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在通常情況下都是帶縫工作的，但是我們要將裂縫控制在規(guī)范允許的范圍之類，防止由于裂縫的存在和發(fā)展使鋼筋發(fā)生銹蝕，降低混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力、防水抗?jié)B性能，從而影響建筑結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命，進(jìn)而危害人們生命財(cái)產(chǎn)安全。

下面從混凝土材料、設(shè)計(jì)、施工、后期維護(hù)四個(gè)方面來(lái)介紹控制混凝土結(jié)構(gòu)的措施。

1.混凝土材料

選用水化熱低的水泥、降低混凝土的入模溫度和提高混凝土的強(qiáng)度來(lái)防止溫度裂縫的產(chǎn)生，通過(guò)配置低收縮的混凝土同時(shí)加強(qiáng)混凝土材料的檢查和混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)來(lái)防止收縮裂縫的產(chǎn)生。

2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施

在超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，根據(jù)建筑工程結(jié)構(gòu)形式、地基承載力、結(jié)構(gòu)荷載和環(huán)境影響因素及建筑使用性能來(lái)采取合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)措施，如采取合適的配筋率，和后澆帶，來(lái)控制混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)。

3.施工措施

在施工過(guò)程中，通過(guò)控制混凝土的配合比符合設(shè)計(jì)要求、控制原材料、嚴(yán)格施工技術(shù)要求和強(qiáng)化混凝土構(gòu)件的養(yǎng)護(hù)工作來(lái)控制由于施工原因引起的構(gòu)件裂縫。

對(duì)于超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)，為了防止結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂，通常采取“抗放兼?zhèn)?，以放為主”的原則來(lái)控制超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。目前通用的裂縫控制措施主要有王鐵夢(mèng)教授提出的“抗”、“防”、“放”以及兩者結(jié)合的辦法，如用補(bǔ)償收縮混凝土膨脹加強(qiáng)帶代替后澆帶的無(wú)縫施工技術(shù)可以有效的控制裂縫的產(chǎn)生。

超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題會(huì)影響結(jié)構(gòu)構(gòu)件的適用性和耐久性，在工程實(shí)踐中我們要不斷尋求裂縫的控制方法，嚴(yán)格控制裂縫的產(chǎn)生。

[1]吳中偉 鋼筋混凝土的銹蝕和裂縫與安全使用期 混凝土與水泥制品 1984

[2]王鐵夢(mèng) 工程結(jié)構(gòu)裂縫控制 中國(guó)建筑出版社 1997

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1007-6344（2016）10-0244-01