超長砼結(jié)構(gòu)裂縫種類及控制方法研究

【摘要】超長砼結(jié)構(gòu)常常由于混凝土收縮和環(huán)境溫度變化而出現(xiàn)收縮與溫度裂縫。本文從該類裂縫的種類、成因及預防控制措施等多方面、多角度探討如何有效減少超長砼結(jié)構(gòu)裂縫從而提高建筑物使用壽命。

【關鍵詞】超長砼結(jié)構(gòu)；收縮；后澆帶；預應力

1、引言

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是在混凝土硬化過程中產(chǎn)生的。混凝土脫水、收縮，或者受溫度、濕度、不均勻沉降等因素影響，進一步發(fā)展，產(chǎn)生了裂縫。一般認為，結(jié)構(gòu)的跨度大，更易產(chǎn)生裂縫，結(jié)構(gòu)如果跨度小，不容易產(chǎn)生裂縫。因此，根據(jù)規(guī)范要求，對跨度大的單體結(jié)構(gòu)，設置伸縮縫。跨度小的結(jié)構(gòu)，可以不設或少設伸縮縫。裂縫的產(chǎn)生與否，除與結(jié)構(gòu)本身的長度有關以外，與材料選擇、地理條件、氣候差異、結(jié)構(gòu)形式、溫度環(huán)境、收縮情況等因素有關。所產(chǎn)生的裂縫主要分為荷載和變形裂縫。溫度以及砼收縮在變形引起的裂縫中占極大部分?？梢钥闯?，必須早期超長砼結(jié)構(gòu)中實施有效的預控及應對措施，否則裂縫就會不斷擴大，影響建筑的安全與使用壽命。

2、超長砼結(jié)構(gòu)的裂縫種類及產(chǎn)生原因

砼結(jié)構(gòu)裂縫，即，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，指的是，混凝土在硬化過程中，由于混凝土脫水、收縮，或者受溫度、濕度、不均勻沉降等造成變形荷載的影響而產(chǎn)生的裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因比較復雜，按其成因有兩大類。

2.1超長砼結(jié)構(gòu)溫度裂縫

超長砼結(jié)構(gòu)溫度裂縫產(chǎn)生的原因主要有：（1）混凝土原材料的收縮：用水泥砂、石作骨料；與水及外加劑等按一定比例配合，攪拌，通過有水化作用，將混凝土的硬化成形。這是一種物理過程，必然受到物理條件的影響：水與水泥會形成水泥結(jié)晶體砼結(jié)構(gòu)內(nèi)的自由水蒸發(fā)帶來混凝土的干縮。（2）溫度、溫度與環(huán)境的變化等會引起混凝土的熱脹冷縮：—般的鋼筋砼結(jié)構(gòu)為超靜定結(jié)構(gòu)，樓面內(nèi)的的豎向構(gòu)件（如柱、墻等）在樓層間易發(fā)生位移。當豎向構(gòu)件（如柱、墻等）的抗側(cè)剛度較小時，易發(fā)生側(cè)向變形，并對樓面產(chǎn)生拉應力。而由于溫度、濕度變化，導致豎向構(gòu)件的抗側(cè)剛度逐漸變大時，加之這時如果建筑物的單體結(jié)構(gòu)跨度較長、豎向構(gòu)件多，建筑物的側(cè)向變形會受到約束、樓面內(nèi)會產(chǎn)生更大的拉應力，如任其發(fā)展，砼結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生溫度裂縫。

2.1.1應對結(jié)構(gòu)溫度裂縫的措施

在對超長砼結(jié)構(gòu)的溫度應力的計算中，我們發(fā)現(xiàn)，混凝土收縮與溫度應力提高的因素主要是環(huán)境溫差與混凝土收縮導致的。水泥是砼使用原材料中的關鍵，砂率要進行同樣嚴格的限制，不能超過42%；粗細骨料含泥量能夠?qū)攀湛s及砼抗拉造成很大影響，所以必須提出明確的限量要求。粉煤灰和水的比例不變時，砼收縮就會受到水和水泥用量的很大影響。所以在保證水灰比和可泵性一定的情況下，水泥漿量要盡可能的降低。其實也就是對單方砼膠結(jié)材料的最高、最低用量的限制。經(jīng)實踐證明，砼配比設計的比例應是：0.54：1：2.15：0.36：3.24：0.033即.水：水泥：細骨料：粉煤灰：粗骨料：泵送劑。

另外，應根據(jù)相關氣象數(shù)據(jù)，獲得該建筑的環(huán)境溫差。顯而易見，建筑結(jié)構(gòu)每年都會經(jīng)歷一次或多次升降溫天氣過程，應找出該建筑物的最大溫差，將該數(shù)值與混凝土的收縮變化進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，并要選擇合理的修正系數(shù)。

2.1.2溫度應力的形成

由于溫度變化，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件產(chǎn)生伸或縮，而當伸縮受到限制時，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)部便產(chǎn)生應力，稱為溫度應力。在混凝土硬化過程中，溫度應力產(chǎn)生過程如下：

階段一：從澆筑砼結(jié)構(gòu)開始到水化熱，由以前的7-14天，變?yōu)?8天。在這個過程中，砼彈性模量發(fā)生極大改變，水泥也會放出大量的水化熱。而彈性模量的改變會在此過程中產(chǎn)生殘余應力。

階段二：從水泥放熱至砼冷卻，外界氣候的改變及砼的冷卻產(chǎn)生溫度應力，并與之前的殘余應力產(chǎn)生疊加效應。在這個過程中砼彈性模量改變小。

階段三：砼完全冷卻后，環(huán)境變化帶來溫度應力變化。此應力與之前兩種應力疊加。

2.1.3預防溫度裂縫的商去

從工藝上，應采用低熱水泥.利用砼后期的強度.將水灰比控制在一定范圍內(nèi).石子粒徑及連續(xù)級配比要合理.中砂細度模數(shù)要大過2.4等，這些措施可有效的使水化熱降低從而防止變形。

在施工階段要合理控制溫度。要減少約束應力應先在墊層上鋪一層低強度的砂漿；增加測溫次數(shù)以便進行降溫處理，使室內(nèi)外溫差不超過24℃；為出現(xiàn)溫差梯度對已澆砼進行保溫保濕，并降低溫度應力。

2.2超長砼結(jié)構(gòu)收縮裂縫的產(chǎn)生原因與相關措施

2.2.1如何防止超長砼結(jié)構(gòu)因收縮產(chǎn)生裂縫

在超長砼結(jié)構(gòu)中，混凝土的變形、收縮受到建筑基礎、豎向構(gòu)件（門柱、墻等）及混凝土內(nèi)部鋼筋的約束，約束會對混凝土增加拉應力，當拉應力超過混凝土的抗拉強度，建筑結(jié)構(gòu)將開裂。影響混凝土收縮的因素有很多，如水泥質(zhì)量、水泥等級、水泥與砂漿配合比、混凝土的密實度、環(huán)境溫度、濕度、養(yǎng)護商去、水泥添加劑的品種與用量等。

2.2.2砼結(jié)構(gòu)收縮裂縫形成原因

超長砼混凝土的收縮裂縫是主要由約束引起。一般分為兩種：（1）外約柬建筑結(jié)構(gòu)間的相互作用；（2）內(nèi)約束：結(jié)構(gòu)或構(gòu)件內(nèi)部在變形過程中的相互作用。

在超長砼結(jié)構(gòu)中，一般情況下，建筑物各構(gòu)件均會受到外約束與內(nèi)約束的共同作用。

2.2.3應對收縮裂縫的措施

應采用后澆帶分段施工：

“后澆帶”是指，“為適應環(huán)境溫度變化、混凝土收縮、結(jié)構(gòu)不均勻沉降等因素影響，在梁、板（包括基礎底板）、墻等結(jié)構(gòu)中預留的具有一定寬度且經(jīng)過一定時間后再澆筑的混凝土帶”。

該施工帶需根據(jù)設計要求保留一段時間后再澆筑，將整個結(jié)構(gòu)連成整體。在后澆帶構(gòu)造中，后澆帶鋼筋應該按貫通留筋。后澆帶的設置距離，應考慮在有效降低溫差和收縮應力的條件下，通過計算來獲得。

3、應對控制超長砼結(jié)構(gòu)裂縫的各種方法及其分析

結(jié)合上面上種方法，對于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施，主要采取“抗放并舉”原則?！胺拧笔侵覆扇∈侄?，降低因溫度及混凝土收縮帶來的影響。比如，設置后澆帶夠減少混凝土早期收縮和溫度應變?！翱埂笔侵讣訌娀炷两Y(jié)構(gòu)強度來對抗溫度應力，以達到控制裂縫的目的。

3.1采用預應力混凝土結(jié)構(gòu)工藝

為控制超長砼結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)性開裂問題，“可通過施加預應力減少其在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生的拉應力”，在施工中，采用預應力混凝土結(jié)構(gòu)工藝是控制超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的有效方法，減小混凝土開裂的可能。預應力砼結(jié)構(gòu)有很多優(yōu)點，可采用預應力筋套管等方法，布置簡單，調(diào)整容易，大大縮短了施工時間。在設計計算時，可根據(jù)規(guī)范中裂縫控制等級的要求，相應增加或減少預應力砼結(jié)構(gòu)中的預應力筋的數(shù)量。

3.2設置后澆帶

后澆帶對對抗結(jié)構(gòu)裂縫很有幫助。后澆帶的寬度應考慮施工簡便，避免應力集中。一般其寬度為70～100cm。根據(jù)一般設計要求，后澆帶寬度800mm可滿足使用要求。后澆帶內(nèi)的鋼筋應完好保存。沉降后澆帶在主體封頂后，根據(jù)沉降記錄，由設計單位確認后方可封閉；收縮后澆帶應該在兩側(cè)混凝土齡期達到45d后方可封閉。地下室后澆帶必須采取覆蓋保護措施，凡因留置后澆帶而形成較大懸臂的部位應加支撐，待后澆帶砼澆筑后強度達到100%時才能拆除。

后澆帶填筑前必須全面進行清理干凈。超前止水后澆帶技術(shù)適用于所有基礎底板、外墻的后澆帶。尤其適用于基礎位于地下水位以下的高層建筑或主體施工時間較長的基礎后澆帶工程，也適用于須留設后澆帶但基礎不能長時間暴露需立即進行基礎土方回填的工程，同時適用于施工場地狹小或工期緊需進行砌體等后續(xù)工序穿插的工程。

3.3混凝土材料優(yōu)化

優(yōu)化混凝土材料，有助于解決超長混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫問題。采用低熱水泥.利用砼后期的強度，將水灰比控制在一定范圍內(nèi)，石子粒徑及連續(xù)級配要好，中砂細度模數(shù)要大過2.4等，這些措施可有效的使水化熱降低從而防止變形。同時，在施工階段要合理控制溫度。

3.4加強混凝土養(yǎng)護

控制溫度及干燥引起的變形的關鍵就是養(yǎng)護。特別是超長超厚砼結(jié)構(gòu)，加快水泥水化，降低約束應力及內(nèi)外溫差是主要的，然后要對降溫速度也進行控制，利用砼強度達到建筑抗裂效果，防止裂縫的出現(xiàn)。覆蓋養(yǎng)護時砼表面要濕潤，高溫下禁止查處模板，砼強度較低時要進行敲擊振動。

結(jié)論：

因此，要預防及控制超長砼結(jié)構(gòu)的裂縫是一項系統(tǒng)工程，關鍵在于減小溫度應力和收縮作用，采取預應力結(jié)構(gòu)工藝、設置后澆帶，從而抵抗溫度及收縮拉應力，能更好解決超長砼結(jié)構(gòu)裂縫控制問題。工程技術(shù)人員應在設計、施工全過程中綜合各類影響因素，采取相應措施，適時超長砼結(jié)構(gòu)進行養(yǎng)護，防止裂縫的產(chǎn)生。