高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)混凝土裂縫成因分析

【摘要】隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展，基礎(chǔ)設(shè)施的不斷建設(shè)，民用住宅的結(jié)構(gòu)類型不斷的深化，高層建筑不斷涌起，那么帶來高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層產(chǎn)生裂縫的現(xiàn)象的頻率上升，其原因可能會因為混凝土的溫度應(yīng)力出現(xiàn)溫差裂縫，也可能因為混凝土的化學(xué)收縮、干燥收縮和碳化收縮而出現(xiàn)收縮裂縫，還可能因為徐變而引起高層建筑轉(zhuǎn)換層構(gòu)件裂縫。對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫的原因進行了分析，以及對高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)混凝土的裂縫的控制措施有所啟迪。

【關(guān)鍵詞】高層建筑；轉(zhuǎn)換層；混凝土；裂縫；原因

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，高層建筑也逐漸融入人們的工作和生活之中，高層建筑的結(jié)構(gòu)形式也朝著大型化和復(fù)雜化的趨勢發(fā)展。根據(jù)功能及結(jié)構(gòu)的需要，絕大多數(shù)高層建筑都設(shè)有轉(zhuǎn)換層，而對高層建筑轉(zhuǎn)換層大體積混凝土結(jié)構(gòu)，建中施工的重點是控制施工階段其裂縫的產(chǎn)生。在這樣的背景環(huán)境下，本文對分析了裂縫產(chǎn)生的原因，以期對建筑施工中的裂縫控制措施有所啟迪。

1、混凝土的溫度應(yīng)力與溫差裂縫

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)會因為發(fā)生溫度變形而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，即它會隨著溫度變化會產(chǎn)生熱脹冷縮變形，當(dāng)此變形受到約束時，在混凝土內(nèi)部即會產(chǎn)生應(yīng)力，我們把這種應(yīng)力稱之為溫度應(yīng)力。溫差裂縫指的是當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度，混凝土所出現(xiàn)的裂縫。

1.1溫度應(yīng)力與溫差裂縫的關(guān)系

溫度應(yīng)力是引起混凝土裂縫的主要原因之一，其大小與混凝土的結(jié)構(gòu)形式、施工當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件、所用的材料特性及施工過程及其運行條件等多種因素密切相關(guān)，當(dāng)此應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度，混凝土即會出現(xiàn)裂縫，即溫差裂縫。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度應(yīng)力是引起裂縫時，就會引起滲漏水，進而影響到混凝土結(jié)構(gòu)整體性和耐久性。高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在建筑中起著非常重要的作用，特別是在施工中對設(shè)計規(guī)定的溫度控制措施不夠的情況下，往往會出現(xiàn)大量的裂縫，這些溫度裂縫會威脅到整個結(jié)構(gòu)的安全。有時甚至?xí)霈F(xiàn)幾種不同溫差作用的疊加，嚴(yán)重的可能造成結(jié)構(gòu)截面全部斷裂。通過對溫度應(yīng)力的分析，可以查明可能引起裂縫的不同的溫度狀況，還能夠綜合實際工程經(jīng)驗、混凝土的抗裂能力及分析結(jié)果，對溫度控制、裂縫防止提出相應(yīng)的措施。

1.1.1 高層建筑轉(zhuǎn)換層混凝土構(gòu)件溫差裂縫的成因

①環(huán)境溫度劇烈變化，包括年變化和一些突發(fā)天氣，會使混凝土形成內(nèi)外溫差。通常情況下，在氣溫變化不大的情況下，齡期5天以前的混凝土的暴露表面一般不易開裂，但是如果當(dāng)日平均氣溫在兩天到四天內(nèi)連續(xù)下降超過6度的情況下，未滿28天齡期的則可能產(chǎn)生裂縫。

在建筑工程中，尤其是現(xiàn)澆的大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，因為環(huán)境溫度劇烈變化而形成內(nèi)外溫差的情況較為多見，如高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)在其拆模以后，如果突然遇到寒潮等大幅的降溫的天氣，在短期內(nèi)產(chǎn)生就會較大的溫差，這時候就容易引起較大的溫度應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。

②水泥的水化熱，混凝土中的熱量來源于原材料和水泥的水化熱，水化熱是熱量的主要來源。所謂水化熱，指的是水泥在水化的過程當(dāng)中，水泥熟料中各種礦物在水化反應(yīng)中產(chǎn)生一定的熱量，這其中大部分熱量會在3天以內(nèi)釋放出。然而對于那些大體積混凝土，混凝土澆筑以后所產(chǎn)生大量水化熱由于其本身的結(jié)構(gòu)斷面尺寸較大并不容易散發(fā)出來，這時候混凝土內(nèi)部溫度就會急劇的上升，最終到達一個較高的溫度。

水泥水化過程中所產(chǎn)生水化熱的快慢和多少，與水泥的類型、用量、成份、細度有關(guān)。一般來說，水泥細度愈細，則水化熱放出愈早；硅酸二鈣和鋁酸二鈣含量較多的水泥會產(chǎn)生較多的水化熱；用量越多，水泥水化熱越多。

水泥水化熱會引起混凝土的升溫，散熱會引起溫度的降低，在溫度的升降過程中不僅會產(chǎn)生較大的溫差，引起較大的溫度應(yīng)力；其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也隨著齡期而發(fā)展，表現(xiàn)為強度、彈性模量的增長和塑性的降低。較大的溫度應(yīng)力再加上其性能的變化，很容易引起的轉(zhuǎn)換層混凝土變形，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象。

2、混凝土的收縮與收縮裂縫

2.1 混凝土的收縮

普通的混凝土在空氣中結(jié)硬的過程中，體積會不斷的減小，我們把這種現(xiàn)象稱為混凝土的收縮，其類型主要包括化學(xué)收縮、干燥收縮和碳化收縮三種。所謂化學(xué)收縮，指的是由于水泥水化失水引起的體積縮小變形，也稱為凝縮、自生收縮，化學(xué)收縮量相對于干燥收縮量極小。

干燥收縮指的是置于未飽和空氣中的混凝土因水分散失而引起的收縮現(xiàn)象，其收縮量占總收縮量的比例較大。干燥收縮與養(yǎng)護的環(huán)境有關(guān)，當(dāng)混凝土硬化期間在水中養(yǎng)護的環(huán)境下，會略有膨脹，干燥收縮的量要小些。一方面，是因為在混凝土硬化時，如果能給其連續(xù)補充水分，水泥凝膠體不斷吸水就會使混凝土膨脹；另一方面，當(dāng)已干燥的混凝土再次吸水變濕時，原有的干燥收縮的量要小些。這種由于混凝土中的水分的不同而引起的變形，稱干縮濕脹性變形。

碳化收縮指的是由于氫氧化鈣的結(jié)晶體的溶解、碳酸鈣的沉積、以及碳化反應(yīng)所造成的生成水蒸發(fā)而引起的體積縮小變形。碳化會自混凝土表面逐漸的向其內(nèi)部擴展，但這一過程比較的緩慢。碳化的快慢與二氧化碳的濃度、混凝土的濕度、周圍介質(zhì)的相對濕度、以及混凝土的透水性有關(guān)?；炷恋耐杆詣t與灰比和養(yǎng)護效果有關(guān)，一般而言水灰比大和養(yǎng)護不足的混凝土的碳化深度較大。在中間濕度時產(chǎn)生的碳化收縮的量較大，這是因為當(dāng)水泥石孔隙內(nèi)水分不足時，二氧化碳無法形成碳酸；當(dāng)水泥石的孔隙內(nèi)充滿水分時，二氧化碳擴散到水泥石內(nèi)將非常困難?；炷恋奶蓟瘯斐苫炷恋牟牧闲阅芰踊约皦A性水泥中性化，大大的降低混凝土保護鋼筋防止銹蝕的作用。在鋼筋的保護層已碳化的情況下，一旦氧和水分侵入就會造成鋼筋銹蝕使混凝土開裂。

2.2 收縮裂縫的成因

混凝土的收縮裂縫比較普遍。收縮裂縫的產(chǎn)生與混凝土的養(yǎng)護、混凝土的振搗及原材料的收縮量、風(fēng)速冷、以及冷縮受到限制等因素有關(guān)。

2.2.1 收縮裂縫的產(chǎn)生與養(yǎng)護有關(guān)

當(dāng)混凝土成型后，由于水分的蒸發(fā)總是由表及里逐步發(fā)展的，這就會造成內(nèi)外干縮量不一樣，形成構(gòu)件截面上形成濕度梯度。這時候，混凝土表面的收縮變形就會受到混凝土內(nèi)部的約束力，或是受其他約束力而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力。特別是在混凝土養(yǎng)護不當(dāng)?shù)那闆r下，如水分蒸發(fā)過快時，就更加的會出現(xiàn)這種情況。再加上，混凝土的早期強度較低，所以就會很容易出現(xiàn)裂縫的現(xiàn)象開裂。

2.2.2 收縮裂縫產(chǎn)生與混凝土的振搗及原材料的收縮量等因素有關(guān)。

一方面振搗過度，混凝土表面形成水泥漿較多，會增加其收縮量，容易出現(xiàn)裂縫；另一方面，當(dāng)混凝土采用含泥量較大的粉砂配制時，收縮量也會大大增，更容易產(chǎn)生裂縫。

2.2.3 收縮裂縫的產(chǎn)生與風(fēng)速有關(guān)

某些露天建筑，尤其高層建筑的轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)特別容易受到風(fēng)干的影響，有時候盡管當(dāng)?shù)貪穸群艽?，但由于風(fēng)速強烈，會大大的增加混凝土的干縮裂縫。由于不同地區(qū)的風(fēng)速的大小不同，風(fēng)速對收縮的影響很難用定量的辦法來衡量，在干縮計算中還未有可靠的系數(shù)考慮，但總的來說在建筑施工的過程中要做好防風(fēng)等工作。

2.2.4 收縮裂縫的產(chǎn)生與冷縮受限制有關(guān)

混凝土的冷縮是因為熱量散失引起的，如果在冷縮受到限制的情況下，就可能導(dǎo)致混凝土開裂。當(dāng)混凝土處于降溫階段時時，混凝土?xí)l(fā)生冷縮變形，但是由于此時的混凝土的可塑性已大大減小，一旦冷縮變形受到限制時，就容易在混凝土中產(chǎn)生裂縫。對于高層建筑的轉(zhuǎn)換層大體積混凝土此種現(xiàn)象普遍和嚴(yán)重，因此在高層建筑轉(zhuǎn)換層施工中要特別注意這種問題。

3、混凝土的養(yǎng)護不到位也易產(chǎn)生裂縫

除了在轉(zhuǎn)換層處的裂縫防治，在材料吊卸區(qū)域的樓面裂縫也不容忽視，由于目前在實際施工中存在著質(zhì)量和工期之間的較大矛盾，樓層施工速度過快，因此當(dāng)樓層混凝土澆筑完畢后不足24小時的時間，上面就已經(jīng)開始進行鋼筋綁扎、材料吊運等工作，這就使大開間的樓面非常容易在強度不足的情況下而引起受力裂縫，而且這種裂縫一旦形成就是永久裂縫。

對于這類裂縫的防治措施可以采用以下方法：①施工速度方面不能過快，樓層混凝土澆筑完后的必要養(yǎng)護一定要保證（不宜小于24小時），以確保樓面混凝土獲得最起碼的養(yǎng)護時間。②在樓面混凝土澆筑完2-4小時之內(nèi)，盡量避免吊卸較重的大宗材料和大量人員進行鋼筋綁扎施工，并且在吊運少量的材料時做到輕卸、輕放。兩、三天以后方可進行正常支模等施工。在模板安裝時，不得將材料集中堆放，應(yīng)做到分散就位，以減少樓面集中荷載的影響。③對于大開間的樓面應(yīng)在模板支撐架搭設(shè)前就預(yù)先采用加密立桿以增加剛度，確保穩(wěn)定性，減少變形來加強該區(qū)域的抗沖擊振動荷載，并在已澆筑的樓面上鋪設(shè)木模以擴散壓力，進一步防止裂縫的發(fā)生。

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