超長結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的原因及控制措施

超長結(jié)構(gòu)混凝土裂縫的原因及控制措施［提要］針對超長建筑的混凝土開裂的問題，分析混凝土開裂的原因及裂縫類型，提出了超長結(jié)構(gòu)控制裂縫的措施，以期減少因裂縫整治帶來的經(jīng)濟(jì)與社會聲譽(yù)的損失。［關(guān)鍵詞］超長結(jié)構(gòu)裂縫原因裂縫類型裂縫措施1超長結(jié)構(gòu)超長結(jié)構(gòu)系指結(jié)構(gòu)單元長度超過了《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》所規(guī)定的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距的結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)設(shè)置伸縮縫是基于混凝土干燥收縮和熱脹冷縮，而主要是考慮長期熱脹冷縮的影響，考慮混凝土干縮和施工期間水泥水化熱影響常采用施工后澆帶等措施。隨著我國建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，建筑物使用功能的需要，鋼筋混凝土房屋超長結(jié)構(gòu)越來越多，例如：北京首都國際機(jī)場，新航站樓平面呈工字形，南北長747.5m，東西翼寬342.9m，停車樓呈矩形，地下4層地上1層，南北長263.9m，東西寬為134.9m。2混凝土裂縫的原因混凝土裂縫主要原因是變形作用引起的，變形作用包括溫度、濕度及不均勻沉降等，其中濕度變化引起裂縫又占主要部分。混凝土的主要組成部分施水泥和水，通過水泥和水的水化作用，形成膠結(jié)材料，將松散的砂石骨料膠結(jié)成為人工石。混凝土中含有大量空隙、粗孔及毛細(xì)孔，這些空隙中存在水分，水分的活動影響到混凝土的一系列性質(zhì)，特別是產(chǎn)生濕度變形對裂縫控制有重要作用。工程中最常見的混凝土收縮變形引起裂縫是與濕度變化有關(guān)的毛細(xì)收縮和吸附收縮。另外，由于混凝土的水分蒸發(fā)及含濕量的不均勻分布，形成濕度變化梯度，引起收縮應(yīng)力，這也是引起混凝土表面開裂的最常見原因之一?；炷了幍拇髿猸h(huán)境，如溫度、濕度、風(fēng)速等都對收縮有影響，特別是風(fēng)速的影響不可忽視，因為風(fēng)速的增大加速了混凝土水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫。熱脹冷縮是物體溫度作用的一種自然現(xiàn)象。溫度作用對建筑結(jié)構(gòu)使用帶來的影響已被人們重視，并為此采取保濕隔熱等措施盡量減小環(huán)境溫度的影響。結(jié)構(gòu)混凝土開裂不僅因為混凝土抗拉強(qiáng)度不足，更重要的是變形超過了極限拉伸。混泥土在靜荷載作用下，其極限拉伸約在1X10-4左右，慢速加載時可提高到1.6X10-4。鋼筋混凝土構(gòu)件在一般配筋情況下能夠提高混凝土的極限拉伸，當(dāng)配筋率過大(5%以上)時，由于引起過大自約束應(yīng)力而導(dǎo)致開裂。超長結(jié)構(gòu)設(shè)計，要考慮的主要問題是由變形作用可能引起的裂縫，應(yīng)采取有效措施控制裂縫。結(jié)構(gòu)長度是影響溫度應(yīng)力的因素，為了消減溫度應(yīng)力，取消伸縮縫，在施工中采用施工后澆帶可有效地減少溫度收縮應(yīng)力，然后再澆灌施工后澆帶使結(jié)構(gòu)成整體。只要使?jié)补嗪鬂矌凹皾补嗪鬂矌Ш螅Y(jié)構(gòu)混凝土因溫差和收縮應(yīng)力疊加值小于混凝土抗拉強(qiáng)度，這就是利用“施工后澆帶”辦法控制裂縫，達(dá)到不設(shè)置永久伸縮縫的目的。3混凝土裂縫的類型許多混凝土結(jié)構(gòu)，在施工過程和使用過程中出現(xiàn)不同程度不同形式的裂縫，這是一個相當(dāng)普遍的現(xiàn)象。近代科學(xué)關(guān)于混凝土強(qiáng)度的研究以及大量工程實踐所提供的經(jīng)驗都表明，結(jié)構(gòu)物的裂縫是不可避免的。結(jié)構(gòu)裂縫分為兩大類：荷載引起的裂縫及變形引起的裂縫。工程實踐中的許多裂縫現(xiàn)象往往無法用荷載原因解釋，而是變形作用引起的裂縫，這種變形作用包括溫度、濕度、地基變形。大量工程實踐證明，結(jié)構(gòu)留縫與否，并不是決定結(jié)構(gòu)變形開裂與否的唯一條件，留縫不一定不裂，不留縫不一定裂，是否開裂與許多因素有關(guān)。混凝土有裂縫是絕對的，無裂縫是相對的。有關(guān)混凝土試驗研究證實了在尚未受荷載的混凝土和鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中存在肉眼看不見的微觀裂縫?；炷林形⒘芽p的存在，對混凝土的彈塑性、徐變、強(qiáng)度、變形、泊松比、結(jié)構(gòu)剛度、化學(xué)反應(yīng)等性能有重要影響。根據(jù)國內(nèi)外設(shè)計規(guī)范及有關(guān)試驗資料，混凝土最大裂縫寬度的控制標(biāo)準(zhǔn)大致如下：無侵蝕介質(zhì)，無防滲要求，0.3?0.4mm；輕微侵蝕，無防滲要求，0.2?0.3mm；嚴(yán)重侵蝕，有防滲要求，0.1?0.2mm。上述標(biāo)準(zhǔn)是設(shè)計上和檢驗上的控制范圍，在工程實踐中，有一些結(jié)構(gòu)帶有數(shù)毫米寬的非荷載作用產(chǎn)生的裂縫，多年未處理并無破壞危險。工程結(jié)構(gòu)中的裂縫，經(jīng)分析由變形作用引起，為防止有害介質(zhì)沿裂縫侵入促使鋼筋銹蝕而影響結(jié)構(gòu)耐久性，有裂縫部位可只須作表面封閉處理即可。4超長結(jié)構(gòu)控制裂縫的措施（1） 對超長結(jié)構(gòu)，設(shè)計時應(yīng)因地制宜，區(qū)別對待。對不同地區(qū)的環(huán)境溫度、材料、施工條件，建筑物不同的適用性質(zhì)、平面布置、立面體形等，應(yīng)有不同的處理措施。住宅建筑設(shè)計結(jié)構(gòu)不宜超長，并宜執(zhí)行規(guī)范有關(guān)規(guī)定，一方面，住宅房屋由于造價原因，保溫隔熱設(shè)計一般只按常規(guī)做法；另一方面，住宅已自費(fèi)購房，如果因結(jié)構(gòu)超長引起裂縫，出現(xiàn)住戶投訴，必將造成一系列的麻煩。（2） 多高層建筑結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)底板厚度往往較大，屬大體積混凝土，為控制混凝土裂縫，可采用下列措施：1） 混凝土強(qiáng)度等級不宜高，在滿足承載力和防水要求的條件下，宜在C30?C35的范圍內(nèi)選用。如果混凝土強(qiáng)度等級高，水泥用量多，混凝土硬化過程中水化熱高，收縮大，就易引起裂縫。2） 水泥應(yīng)優(yōu)先采用水化熱低的品種，如礦渣硅酸鹽水泥。3） 采用粉煤灰，改善混凝土的黏塑性，并可代替部分水泥，減少混凝土的用水量和水泥用量，減少水化熱，還可減少混凝土中的孔隙，提高密實性和強(qiáng)度，提高抗裂性。粉煤灰的摻量約為水泥量的15%?30%.4） 為減少混凝土硬化過程中的收縮應(yīng)力，宜留施工后澆帶，帶寬度為0.8?1.0m，間距30m左右，一般1個月以后采用強(qiáng)度等級比原混凝土高5MPa的無收縮混凝土澆灌密實。5） 基礎(chǔ)底板大體積混凝土，采取分層澆注、階梯式推進(jìn)，每層混凝土在初凝前完成上層澆注，新舊混凝土接搓時間應(yīng)根據(jù)具體工程情況確定，但應(yīng)避免出現(xiàn)施工冷縫。6） 為防止混凝土表面出現(xiàn)塑性沉縮裂縫和因表面快速失水引起的干縮裂縫，混凝土初凝前用木抹子抹壓2~3遍，這是行之有效的好措施。7） 采用膨脹劑配制的混凝土，利用膨脹劑的補(bǔ)償收縮功能解決混凝土收縮開裂。（3）地下室鋼筋混凝土墻為控制裂縫，可采取下列措施:1） 設(shè)置施工后澆帶。2） 采用膨脹劑配制的補(bǔ)償收縮混凝土，并留施工后澆帶。3） 墻體一般養(yǎng)護(hù)困難，受溫度影響大，容易開裂。為了控制溫度和干縮引起的豎向裂縫，水平分布鋼筋的配筋率不宜小于0.5%，并采用變形鋼筋，鋼筋間距不宜大于150mm。4） 地下一層外墻，在室外地坪以上部分，應(yīng)設(shè)置外保溫隔熱層，避免直接暴露。5） 在有條件的工程中，地下一層外墻采用部分預(yù)應(yīng)力，使混凝土預(yù)壓應(yīng)力有0.6?1.0Mpa。（4） 樓蓋結(jié)構(gòu)，可采取下列措施：1） 設(shè)置施工后澆帶。2） 采用膨脹劑配制的補(bǔ)償收縮混凝土。3） 樓板宜增加分布鋼筋配筋率。樓板厚度大于等于200mm時，跨中上筋應(yīng)將支座縱向鋼筋的1/2拉通。屋頂板應(yīng)考慮溫度影響更應(yīng)加強(qiáng)。4） 梁（尤其是沿外側(cè)邊梁）應(yīng)加大腰筋直徑，加密間距，并將腰筋按受拉錨固和搭接長度。梁每側(cè)腰筋截面面積不應(yīng)小于扣除板厚度后的梁截面面積的0.1%，腰筋間距不宜大于200mm。5） 外側(cè)邊梁不宜外露，宜設(shè)保溫隔熱面層。（5） 剪力墻結(jié)構(gòu)不宜超長。剪力墻結(jié)構(gòu)的外墻，宜采用外保溫隔熱做法。剪力墻的首層及頂層水平分布鋼筋，應(yīng)按相應(yīng)抗震等級的加強(qiáng)部位要求進(jìn)行配筋。（6） 超長結(jié)構(gòu)的屋面保溫隔熱非常重要，應(yīng)采用輕質(zhì)高校吸水率低的材料。施工時防止雨淋使保溫隔熱材料吸濕而影響效果。有條件的工程，屋面可采用隔熱效果較好的架空板構(gòu)造做法。（7） 為考慮溫度影響，可以僅在屋頂層設(shè)置伸縮縫，縫寬按防震縫最小寬度，縫兩側(cè)設(shè)雙柱或雙墻，不得采用活搭構(gòu)造做法。通長挑檐板、通長遮陽板、外挑通廊板，宜每隔15m左右設(shè)置伸縮縫，宜在柱子處設(shè)縫，縫寬10mm.縫內(nèi)填堵防水嵌縫膏，卷材防水可連續(xù)，在伸縮縫處不另處理，剛性面層應(yīng)在伸縮縫處設(shè)分格縫。5結(jié)束語雖然裂縫是一種人們可以接受的材料特征，但科學(xué)的要求