簡(jiǎn)介： 本文就高層建筑結(jié)構(gòu)的幾個(gè)主要受力部位在混凝土施工中容易產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行分析，并從設(shè)計(jì)與施工兩方面提出裂縫的控制措施。
關(guān)鍵字：混凝土 裂縫 裂縫控制

　混凝土工程中材料的特性決定了結(jié)構(gòu)較易產(chǎn)生裂縫，從實(shí)踐中來(lái)看施工中混凝土出現(xiàn)裂縫的概率也是很大的，相當(dāng)一部分裂縫對(duì)建筑物的受力及正常使用無(wú)太大的危害，但裂縫的存在會(huì)影響到建筑物的整體性、耐久性，會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生腐蝕，是受力使用期應(yīng)力集中的隱患，應(yīng)當(dāng)盡量在各方面給予重視，以避免裂縫的出現(xiàn)或把裂縫控制在許可的范圍之內(nèi)。

一、高層建筑施工中幾個(gè)特殊部位的裂縫分析

1、大體積基礎(chǔ)混凝土板

　　高層建筑中隨著高度的不斷增加，地下室愈做愈深，底板也愈來(lái)愈厚，厚度在3m以上的底板已屢見不鮮。高層建筑中基礎(chǔ)底板為主要的受力結(jié)構(gòu)，整體要求高，一般一次性整體澆筑。國(guó)內(nèi)外大量實(shí)踐證明，各種大體積混凝土裂縫主要是溫度變化引起。大體積混凝土澆筑后在升溫階段由于體積大，集聚在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度將顯著升高，這樣在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，在外表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，由于此時(shí)混凝土的強(qiáng)度低，有可能產(chǎn)生表面裂縫。在降溫階段新澆混凝土收縮因存在較強(qiáng)的地基或基礎(chǔ)的約束而不能自由收縮。升溫階段快，混凝土彈性模量低，徐變的影響大，所以降溫時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于升溫時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力。差值過(guò)大時(shí)，將在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，最后有可能形成貫穿裂縫。為解決上述二類裂縫問題，必須進(jìn)行合理的溫度控制。

　　混凝土溫度控制的主要目的是使因溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于同期混凝土抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，并有一定的安全系數(shù)。為計(jì)算溫差，就要事先計(jì)算混凝土內(nèi)部的最高溫度，它是混凝土澆筑溫度、實(shí)際水化熱溫升和混凝土散熱溫度的總和�；炷�土內(nèi)部的最高溫度大多發(fā)生在澆筑后的3～7天�；炷�土內(nèi)部的最高溫度Tmax可按下式計(jì)算：

Tmax＝To+(WQ)/(Cr)ξ+(F)/(5O) (1)

式中：T0——混凝土的澆筑溫度(℃)

W——每m3混凝土中水泥(礦渣硅酸鹽水泥)的用量(kg/m3)

F——每m3混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)

Q——每kg水泥水化熱(J/kg)

C——混凝土的比熱

r——混凝土的密度

ξ——不同厚度的澆筑塊散熱系數(shù)(見表1)

不同厚度的澆筑塊散熱系數(shù)

表1

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厚度(m) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ＞4.0

ξ 0.23 0.35 0.48 0.61 0.73 0.83 0.95 1.0

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　　實(shí)測(cè)資料顯示，當(dāng)基礎(chǔ)板厚大于2米時(shí)，上述公式的相對(duì)誤差在0.1%～1.3%之間，在計(jì)算溫差后，即可計(jì)算出降溫階段混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力σ(2)xmax

σxmax＝Eα△T(1-(1)/(cosh βL/2))H(t,τ)………(2)

式中：E——混凝土的彈性模量(N/mm2)

α——混凝土的線膨脹系數(shù)(10-5/℃)

△T——溫差(℃)

L——板長(zhǎng)(mm)

β＝Cx／HE

H——板厚(mm) H＞0.2L時(shí)，取H＝0.2L

Cx——地基水平阻力系數(shù)(N/mm3)

H(t，τ)…考慮徐變后的混凝土松馳系數(shù)，

其中，t——產(chǎn)生約束應(yīng)力時(shí)的齡期，τ——約束應(yīng)力延續(xù)時(shí)間。

注意同期內(nèi)由于混凝土收縮引起的應(yīng)力應(yīng)轉(zhuǎn)化為當(dāng)量溫差，計(jì)入△T一并計(jì)算σxmax。

　　由(1)、(2)分析可知：為避免裂縫出現(xiàn)，主要是減少△T�？刹捎煤侠磉x用材料，降低水泥水化熱，優(yōu)化混凝土集料的配合比，控制水灰比，減少混凝土的干縮，具體控制措施見后。如有可能，減少澆筑長(zhǎng)度L，增加養(yǎng)護(hù)時(shí)間減少降溫速率以相應(yīng)減少松馳系數(shù)對(duì)控制貫穿裂縫也有一定的意義。

2、地下室混凝土墻板及樓板的裂縫分析

　　地下室墻板的裂縫產(chǎn)生與基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有相同之處，即混凝土在硬化過(guò)程中由于失水會(huì)產(chǎn)生收縮應(yīng)變，在水泥水化熱產(chǎn)生的升溫達(dá)到最高點(diǎn)以后的降溫過(guò)程會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)變。但又有其特點(diǎn)：一是墻板受到基礎(chǔ)、外圍樓板受到地下室外墻的極大約束，這種約束遠(yuǎn)大于樁基對(duì)基礎(chǔ)的約束，產(chǎn)生貫穿裂縫的機(jī)率大。二是內(nèi)墻板及樓板受環(huán)境溫度影響較大。三是內(nèi)外溫差小，產(chǎn)生表面裂縫的機(jī)率小。四是養(yǎng)護(hù)困難，散熱快、降溫速率大，混凝土的松馳徐變優(yōu)勢(shì)難以利用，在氣溫驟變季節(jié)尤應(yīng)注意。

在計(jì)算板內(nèi)最大拉應(yīng)力時(shí)仍可利用公式(2)，但有以下幾點(diǎn)應(yīng)注意：

　　1)H取0.2L，L為整澆長(zhǎng)度；

　　2)Cx取值應(yīng)大于1.5N/mm3因?yàn)檫B接部位有較強(qiáng)鋼筋約束；

　　3)計(jì)算溫差△T時(shí)，要考慮底板及外墻(兼作圍護(hù)情況下)緊靠土體，受環(huán)境溫差小，而被它們約束的墻板及周邊樓板在施工過(guò)程中基本同外界溫度同步變化。

　　4)若底板墻板施工間隔過(guò)長(zhǎng)、外墻兼作圍護(hù)時(shí)，則在計(jì)算混凝土收縮時(shí)應(yīng)注意約束體與被約束體的收縮期不同，收縮量也不相同。

3、高強(qiáng)混凝土裂縫分析

　　目前高層建筑中已廣泛使用C40～C60中高強(qiáng)混凝土，隨著材料科學(xué)的迅速發(fā)展，C80～C120的高強(qiáng)混凝土在具體工程中已有應(yīng)用。由于高強(qiáng)混凝土采用的配合比設(shè)計(jì)多為低水灰比、高標(biāo)號(hào)水泥、高水泥用量、使用高效減小劑及摻加超細(xì)礦粉。這樣其收縮機(jī)制與普通混凝土就有所不同。

　　高強(qiáng)混凝土由于其水泥用量大多在450～600kg/m3)，是普通混凝土的1.5～2倍。這樣在混凝土生成過(guò)程中由于水泥水化而引起的體積收縮即自縮就大于普通混凝土，出現(xiàn)收縮裂縫的機(jī)率也大于普通混凝土。

　　高強(qiáng)混凝土因采用高標(biāo)號(hào)水泥且用量大，這樣在混凝土硬化過(guò)程中，水化放熱量大，將加大混凝土的最高溫升，從而使混凝土的溫度收縮應(yīng)力加大。在疊加其他因素的情況下，很有可能導(dǎo)致溫度收縮裂縫。由于高強(qiáng)混凝土中水泥石含量是普通混凝土的1.5倍，在硬化早期由于水分蒸發(fā)引起的干縮也將大于普通混凝土。

二、裂縫的控制措施

1、設(shè)計(jì)措施

　　1)增配構(gòu)造筋提高抗裂性能，配筋應(yīng)采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應(yīng)在0.3～0.5%之間。

　　2)避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中，在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施。

　　3)在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。

　　4)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮施工時(shí)的氣候特征，合理設(shè)置后澆縫，在正常施工條件下，后澆縫間距20～30m，保留時(shí)間一般不小于60天。如不能預(yù)測(cè)施工時(shí)的具體條件，也可臨時(shí)根據(jù)具體情況作設(shè)計(jì)變更。

2、施工措施

　　1)嚴(yán)格控制混凝土原材料的的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選用低水化熱水泥，粗細(xì)骨料的含泥量應(yīng)盡量減少(1～1.5%以下)。

　　2)細(xì)致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，減少混凝土的坍落度，合理?yè)郊铀芑瘎┖蜏p少劑。

　　3)澆筑時(shí)間盡量安排在夜間，最大限度降低混凝土的初凝溫度。白天施工時(shí)要求在沙、石堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽(yáng)裝置，或用濕麻袋覆蓋，必要時(shí)向骨料噴冷水。混凝土泵送時(shí)，在水平及垂直泵管上加蓋草袋，并噴冷水。

　　4)根據(jù)工程特點(diǎn)，可以利用混凝土后期強(qiáng)度，這樣可以減少用水量，減少水化熱和收縮。

　　5)加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗，提高密實(shí)度。

　　6)混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上，混凝土的現(xiàn)場(chǎng)試塊強(qiáng)度不低于C5。

　　7)采用兩次振搗技術(shù)，改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。

　　8)根據(jù)具體工程特點(diǎn)，采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。

　　9)對(duì)于高強(qiáng)混凝土，應(yīng)盡量使用中熱微膨脹水泥，摻超細(xì)礦粉和膨脹劑，使用高效減水劑。通過(guò)試驗(yàn)摻入粉煤灰，摻量15%～50%。