摘 要：本文論述了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫生成的原因，以東莞市某工程地下室頂板超長(zhǎng)混泥土結(jié)構(gòu)裂縫控制為例，探析了超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制的措施。
關(guān)鍵詞：混泥土，超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，裂縫控制
隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們對(duì)生活設(shè)施提出了更高的要求。在我國(guó)的民用建筑工程中，超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)越來(lái)越普遍，與此同時(shí)，超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂也成為長(zhǎng)期困擾建筑施工和設(shè)計(jì)人員的一個(gè)棘手問(wèn)題�？梢�(jiàn)，在超長(zhǎng)混泥土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，為了有效地控制裂縫，技術(shù)人員必須認(rèn)真研究，充分結(jié)合建筑的使用功能和環(huán)境狀況，采取合理技術(shù)措施。
一、超長(zhǎng)混泥土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因分析
引起混泥土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因歸納起來(lái)無(wú)非兩種：一是荷載，二是變形。在具體的工程建筑實(shí)踐中，由變形引起的裂縫現(xiàn)象更為普遍，這種變形的誘因又包含有三種不同的情況，即溫度和濕度以及地基沉降。由于這些變形受到約束引起的應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度導(dǎo)致裂縫，統(tǒng)稱(chēng)“變形作用引起的裂縫”。
1、溫度應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂
熱脹冷縮現(xiàn)象對(duì)于建筑結(jié)構(gòu)的影響很早就受到了人們的重視，對(duì)此采取了保濕隔熱的措施來(lái)最大限度地減少由環(huán)境溫度產(chǎn)生的影響。建筑物的環(huán)境溫度主要由太陽(yáng)輻射在建筑物表面產(chǎn)生的日照溫度和空氣溫度構(gòu)成，在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形受約束的時(shí)候，應(yīng)力也隨之產(chǎn)生。對(duì)于超靜定結(jié)構(gòu)，在建筑物的環(huán)境溫度改變的情況下，無(wú)論內(nèi)外約束，都會(huì)使溫差產(chǎn)生的溫度變形無(wú)法自由釋放，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，即產(chǎn)生裂縫。
2、收縮應(yīng)力導(dǎo)致開(kāi)裂
混凝土的硬化過(guò)程是一個(gè)濕度發(fā)生顯著變化的物理-化學(xué)過(guò)程，這一過(guò)程會(huì)產(chǎn)生不同程度的體積收縮。首先是水泥漿化學(xué)結(jié)合過(guò)程中產(chǎn)生的“硬化收縮”或者叫“自生收縮”，它與環(huán)境濕度變化無(wú)關(guān)；當(dāng)環(huán)境濕度降低之后，則會(huì)產(chǎn)生“毛細(xì)收縮”，它是由混凝土中細(xì)孔及微毛細(xì)孔中水產(chǎn)生的毛細(xì)壓力使水泥石壓縮變形，導(dǎo)致混泥土收縮變形的。外界環(huán)境更趨干燥之后，物理-化學(xué)結(jié)合的吸附水也隨之進(jìn)一步蒸發(fā)，從而引起顯著的水泥石壓縮，產(chǎn)生“吸附收縮”。
3、地基沉降導(dǎo)致開(kāi)裂
建筑物基礎(chǔ)出現(xiàn)豎向不均勻沉降，就會(huì)引起基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，當(dāng)這些附加應(yīng)力大于混泥土結(jié)構(gòu)的抗拉能力時(shí)，裂縫就不可避免了。
二、工程概況
東莞市某小區(qū)工程設(shè)有地下停車(chē)庫(kù)，地下層為現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)。為了達(dá)到高層建筑的埋深要求，地下車(chē)庫(kù)頂板與大樓的主體結(jié)構(gòu)連為一體，東西長(zhǎng)度為305m，南北寬度135米，超出了規(guī)范的長(zhǎng)度，開(kāi)發(fā)商要求無(wú)縫設(shè)計(jì)。該工程屬于典型的超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，必須考慮溫度效應(yīng)及混凝土自身收縮效應(yīng)。
三、地下室頂板超長(zhǎng)混泥土結(jié)構(gòu)裂縫控制措施
根據(jù)混泥土裂縫的成因及其特點(diǎn)，本工程地下室的超長(zhǎng)混泥土頂板的設(shè)計(jì)和施工采取了如下幾種措施來(lái)控制裂縫。
1、設(shè)置后澆帶
設(shè)置后澆帶是當(dāng)前廣泛應(yīng)用的一種預(yù)防和減少超長(zhǎng)混泥土結(jié)構(gòu)因溫度應(yīng)力產(chǎn)生裂縫的主要措施。這一措施的原理是利用了混泥土早期收縮量大的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)早期的收縮應(yīng)力充分釋放，來(lái)降低混泥土由于溫度變化和收縮導(dǎo)致的開(kāi)裂。盡管其施工工藝要求不高，但也不可掉以輕心，否則，會(huì)因?yàn)槟骋粋�(gè)環(huán)節(jié)的施工錯(cuò)誤而無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果，為整個(gè)工程留下安全隱患。為了確保后澆帶達(dá)到預(yù)期的理想效果，本工程設(shè)計(jì)與施工單位共同討論，加強(qiáng)了如下幾個(gè)方面的工作。
�。�1）設(shè)計(jì)好后澆帶的設(shè)置間距和留設(shè)位置
《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》對(duì)于后澆帶的設(shè)置作出了明確的規(guī)范：“現(xiàn)行框架結(jié)構(gòu)室內(nèi)或埋入土中的鋼筋混泥土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距為55米，露天為35米”，一般情況下，“應(yīng)在30-40米的間隔設(shè)置后澆帶，帶寬為1000毫米。”本工程在東西方向大約50米間距各設(shè)置了一個(gè)后澆帶，帶寬為800毫米，這樣就確保了后澆帶兩側(cè)的混泥土可以相對(duì)自由地收縮。通常情況下，后澆帶的留設(shè)位置應(yīng)在小跨梁開(kāi)間或受剪力較小的部位，本工程的兩處后澆帶都設(shè)置在梁跨中的三分之一處，并且將其設(shè)計(jì)為與梁平行，這樣既減少了后澆帶部位的受力，又減少了梁的折斷，確保了頂板結(jié)構(gòu)的牢固性。
�。�2）控制好后澆帶的施工時(shí)間
有文獻(xiàn)指出，相對(duì)于一年的收縮量，第一個(gè)月占整個(gè)收縮量的50%左右，第二個(gè)月則會(huì)占到65%至80%。因?yàn)榛炷嗤恋脑缙谑湛s最為顯著，因此，為保證取得預(yù)期效果，本工程在地下室頂板混泥土施工結(jié)束兩個(gè)月之后才開(kāi)始后澆帶的施工。后澆帶混凝土采用的是無(wú)收縮混凝土，比主體混凝土的強(qiáng)度提高了C5級(jí)，后澆混凝土的模板摘除時(shí)間也盡量做到了延后，以保證達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度。
（3）嚴(yán)格按照正確的施工方法和養(yǎng)護(hù)方法
為了避免頂板主體的混泥土流到后澆帶，后澆帶的兩側(cè)應(yīng)當(dāng)設(shè)置鋼筋網(wǎng)片，本工程在澆筑后澆帶之前，對(duì)接縫處實(shí)施了表面鑿毛工藝，在清洗干凈接縫表面之后還刷了一層水泥凈漿。后澆帶混泥土施工結(jié)束之后，要嚴(yán)格進(jìn)行混泥土的養(yǎng)護(hù)操作，養(yǎng)護(hù)時(shí)間要超過(guò)一個(gè)月。根據(jù)混泥土的降溫養(yǎng)護(hù)需要，本工程主要采用了濕麻袋覆蓋的養(yǎng)護(hù)措施，對(duì)混泥土內(nèi)水分的保持起到了很好的作用，有效地控制了表面裂縫的產(chǎn)生。
2、采用補(bǔ)償收縮混凝土
補(bǔ)償收縮混泥土的制作工藝并不復(fù)雜，一般是在普通混泥土中加入5%至10%的微膨脹劑即可獲得。微膨脹劑可以使混泥土中的部分自由水變成結(jié)晶水，從而令其產(chǎn)生一定的膨脹，鋼筋則會(huì)對(duì)混泥土的膨脹產(chǎn)生約束；與此同時(shí)，鋼筋自身也會(huì)由于和混泥土一起膨脹而產(chǎn)生拉應(yīng)力，并進(jìn)而形成具有預(yù)壓應(yīng)力的混泥土，提高混泥土的抗裂性。如果用σc表示預(yù)壓應(yīng)力，用μ表示混凝土的配筋率（%），用Es表示鋼筋的彈性模量（MPa），用ε2表示混凝土的限制膨脹率（%）。那么預(yù)應(yīng)壓力可以表達(dá)為：
σc=μ・Es・ε2 （1）
正常環(huán)境下，一般的混泥土在空氣中的收縮值是εy為（4～6）×10-4，極限拉伸值εp為 （1～2）×10-4。根據(jù)公式（1）可知σc與 ε2屬于正比例關(guān)系，混凝土的限制膨脹率ε2的控制能夠通過(guò)調(diào)整外加劑的摻量來(lái)實(shí)現(xiàn)。按照補(bǔ)償收縮混泥土的技術(shù)要求，混泥土早期（半個(gè)月）養(yǎng)護(hù)階段產(chǎn)生的限制膨脹率 ε2應(yīng)為 （2～4）×10-4，則對(duì)應(yīng)的預(yù)壓應(yīng)力 σc為 0.2MPa～0.7MPa。
本工程采用的是高效UEA-H型混泥土膨脹劑，摻量控制為6%，使地下室頂板混泥土的膨脹率（4～6）×10-4，為這就足以抵消導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的全部應(yīng)力，使裂縫控制在理想的預(yù)期范圍內(nèi)。在后澆帶中摻入了8%的UEA-H型混泥土膨脹劑。這樣就形成了后澆帶處大、兩則小的膨脹應(yīng)力曲線(xiàn)，使超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混泥土的收縮力得到了相應(yīng)的補(bǔ)償。
3、增強(qiáng)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)剛度
很多工程實(shí)踐證明，只要增強(qiáng)下部結(jié)構(gòu)剛度，并協(xié)調(diào)處理好上下部結(jié)構(gòu)的變形情況，由地基沉降導(dǎo)致的頂板裂縫就可以得到有效的預(yù)防。本工程地基土質(zhì)屬于低壓縮性土，有較高均勻承載力，因此，基礎(chǔ)采用梁板式筏基，為了避免由于地基沉降導(dǎo)致地下室混泥土頂板開(kāi)裂，在兩個(gè)方向各設(shè)置了若干道伸縮后澆帶，以使混凝土自身的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力能夠得到大部分的釋放，在上部結(jié)構(gòu)內(nèi)凹部分地下室頂板采用微膨脹混凝土，以控制整體結(jié)構(gòu)的裂縫，同時(shí)增加附加鋼筋以抵抗由于沉降差引起的附加應(yīng)力。
4、加強(qiáng)施工階段的技術(shù)管理
細(xì)節(jié)決定成敗。在地下室超長(zhǎng)混泥土結(jié)構(gòu)頂板的施工階段，本工程在混泥土配料、攪拌、運(yùn)輸以及澆筑等各環(huán)節(jié)都安排了專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行指導(dǎo)和監(jiān)督，嚴(yán)把各種配料的質(zhì)量關(guān)，精確計(jì)算材料配比并反復(fù)進(jìn)行了多次試配，確保滿(mǎn)足混泥土的強(qiáng)度等級(jí)，水灰比嚴(yán)格控制在0.5以下。在混泥土的澆筑過(guò)程中，在一定的間隔內(nèi)分別預(yù)留了5個(gè)測(cè)溫孔，嚴(yán)密監(jiān)控溫度變化，根據(jù)變化情況對(duì)溫控措施進(jìn)行調(diào)整。混泥土澆筑完畢之后，及時(shí)采用濕麻袋覆蓋，一個(gè)月之內(nèi)堅(jiān)持每天進(jìn)行淋水保濕養(yǎng)護(hù)。
四、結(jié)語(yǔ)
超長(zhǎng)混泥土結(jié)構(gòu)裂縫控制是一門(mén)不斷完善的綜合技術(shù)，以上所述僅僅是根據(jù)工程實(shí)際需要闡述了其中的冰山一角。工程建設(shè)的研究和實(shí)例都說(shuō)明，需要綜合運(yùn)用多種技術(shù)措施，同時(shí)，還必須充分考慮工程的實(shí)際情況，綜合分析具體工程及其所在區(qū)域的抗震設(shè)防要求來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，才能收到裂縫控制的理想效果。
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