防止混凝土溫度收縮裂縫的設(shè)計方法研究

樊慧芳

（臨汾電力設(shè)計院，山西 臨汾 041000）

隨著建筑向大型化和多功能發(fā)展，超長（即超過溫度伸縮縫間距）高層或大柱網(wǎng)建筑不斷出現(xiàn)，混凝土強(qiáng)度等級的提高，施工中泵送混凝土工藝的應(yīng)用，使超長混凝土結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)的溫度收縮裂縫有逐漸增多的趨勢。其中混凝土收縮和溫度變形引起的裂縫最常見。這類裂縫屬非結(jié)構(gòu)性裂縫，裂縫很小時一般不致影響構(gòu)件承載力和結(jié)構(gòu)安全，但裂縫很大時（有害裂縫），就會影響結(jié)構(gòu)的耐久性和整體性，同時也會造成使用上的不便。下面針對如何防止和減輕超長混凝土結(jié)構(gòu)收縮裂縫的措施提出一些建議。

1 溫度收縮裂縫的原因和特點

混凝土在硬化過程中，由于水化作用引起體積收縮；當(dāng)溫度變化時會像其它物體一樣產(chǎn)生熱脹冷縮，尤其是超長結(jié)構(gòu)更為明顯；當(dāng)這兩種變形受到約束的，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會產(chǎn)生收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力，這兩種應(yīng)力在混凝土中產(chǎn)生的主拉應(yīng)力分別超過混凝土抗拉強(qiáng)度，主拉應(yīng)變超過混凝土極限拉應(yīng)變時，就會導(dǎo)致混凝土開裂而形成收縮裂縫和溫度裂縫。此類裂縫一般發(fā)生在混凝土澆注后半月至數(shù)月內(nèi)，主要影響的部位是應(yīng)力較集中部位及溫度變化較大部位，一般為底層和頂部數(shù)層梁板以及外墻、挑檐、欄板等外露構(gòu)件。

1.1 收縮變形的特性及影響因素

一般混凝土最終收縮應(yīng)變約3～5×10-4，其特點是早期收縮快，半年可完成第一年收縮量的80～90%，一年后仍發(fā)展但已不明顯。其影響因素主要有混凝土強(qiáng)度等級，水泥品種，水灰比，坍落度等。

1.2 溫度變形的特性及影響因素

混凝土溫度線脹系數(shù)一般為1.0×10-5/℃，其變形隨溫差而變化，一般發(fā)生在混凝土結(jié)硬一直到房屋使用期間。其影響因素有季節(jié)溫差，內(nèi)外溫差和日照溫差。

2 設(shè)置混凝土后澆帶，減少溫度裂縫

2.1 設(shè)置混凝土后澆帶，減少溫度裂縫

在混凝土施工時采取后澆帶分工施工，新版高層規(guī)程和混凝土規(guī)范中規(guī)定：每30m留出施工后澆帶，其寬800mm-1000mm。由于混凝土收縮變形隨時間的增長而增加，初期收縮料快，一個月時完成50%，規(guī)范規(guī)定后澆帶混凝土在2個月后澆灌，此時混凝土收縮大約可以完成70%。這種在施工階段采取防裂措施，是國內(nèi)外通用的減小混凝土收縮不利影響的有效方法。

2.1.1 后澆帶位置上，板鋼筋采用搭接接頭，以使兩側(cè)混凝土各自自由收縮，梁主筋斷開困難較多，可不斷開。

2.1.2 后澆帶處，板、梁可附加鋼筋，一般為斷開處鋼筋面積的一半。

2.1.3 后澆帶應(yīng)從受力影響較小的部位通過，如梁板1/3跨度處，連梁跨中等，不必在同一截面上，可曲折而行，只要將建筑物分開兩段即可。

2.1.4 后澆帶兩側(cè)設(shè)鋼筋網(wǎng)片，防止主體混凝土流入后澆帶。

2.1.5 后澆帶混凝土施工前應(yīng)清理鑿毛，澆筑時振搗密實，并精心養(yǎng)護(hù)。后澆混凝土采用無收縮或微膨脹混凝土，強(qiáng)度較主體提高一致。

2.1.6 后澆帶支撐待后澆混凝土達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度時方可拆除。

2.2 采取構(gòu)造措施控制減少混凝土應(yīng)力收縮

2.2.1 加強(qiáng)屋面保溫措施，采用高效保溫材料，設(shè)置外墻保溫層。

2.2.2 對有嵌固（梁或墻）的現(xiàn)澆板，應(yīng)沿支撐周邊配置上部構(gòu)造鋼筋，且在板角處沿兩個方向布置或按放射狀布置?？刂片F(xiàn)澆板混凝土強(qiáng)度等級不宜大于c35，后澆帶列入高層規(guī)程后已在大量工程中廣泛使用。其主要作用是減小混凝土早期以收縮為主的變形。防止和減輕超長混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫目前仍然應(yīng)首先或主要采用設(shè)置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應(yīng)力的綜合措施?？紤]目前混凝土溫度收縮裂縫的趨于增多以及超長混凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能。建議采用上述綜合措施，房屋總長宜控制在120m內(nèi)。

2.2.3 根據(jù)工程經(jīng)驗，新版混凝土規(guī)范將現(xiàn)澆板單向板分布鋼筋的間距和數(shù)量都有提高，單位長度上的分布鋼筋不小于受力鋼筋面積的15%，分布鋼筋最小為埭6@250。

2.2.4 在溫度收縮應(yīng)力較大的現(xiàn)澆板中，如一層和頂層，在表面應(yīng)布置雙向溫度收縮鋼筋，支座處要滿足受力要求。

2.2.5 框架梁及現(xiàn)澆梁高≥600mm者均設(shè)2埭12腰筋，腰筋細(xì)而密間距不大于200mm。每側(cè)腰筋配筋率不宜小于0.1%。

2.2.6 檐口板，外露欄板應(yīng)雙面雙向配筋，上下端頭各配2埭10溫度抵抗筋，新版混凝土結(jié)構(gòu)規(guī)范規(guī)定間距12m設(shè)置一道20mm寬溫度伸縮縫。每一方向配筋率不宜小于0.1%，以上板在有受力鋼筋處，實配鋼筋尚應(yīng)考慮溫度收縮應(yīng)力影響予以適當(dāng)增大。

2.2.7 控制混凝土強(qiáng)度不宜大于C35，強(qiáng)度高混凝土收縮性大，易產(chǎn)生裂縫。

2.3 采取外加劑和施加預(yù)應(yīng)力補(bǔ)償混凝土收縮

由于后澆帶延長工期，鋼筋斷面的搭接、焊接和清理鑿毛給填縫施工帶來一定麻煩，處理不好會帶來隱患。采取連續(xù)施工方法。預(yù)應(yīng)力混凝土可增強(qiáng)梁板剛度，梁板中所產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力可抵消由于混凝土溫度變化和收縮產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力，從而達(dá)到擴(kuò)大溫度伸縮縫間距不設(shè)后澆帶的目的。經(jīng)對調(diào)研了解到：梁板在采用無粘結(jié)予應(yīng)力混凝土后，平面尺寸84×48m，未設(shè)后澆帶，使用良好。

2.3.1 在混凝土中加入外加劑，產(chǎn)生少量預(yù)壓應(yīng)力來補(bǔ)償混凝土硬化過程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力，從而使裂縫控制在無害范圍內(nèi)。這種施工方法，在實際工程中有許多成功的例子。施工時可整體加入外加劑，也可局部加入做成膨脹混凝土加強(qiáng)帶來代替后澆帶。應(yīng)用時要注意外加劑的技術(shù)條件，并注意保溫養(yǎng)護(hù)。

2.3.2 預(yù)應(yīng)力混凝土可增強(qiáng)梁板剛度，所產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力可抵消由于混凝土溫度變化和收縮產(chǎn)生的軸向拉應(yīng)力，減小或抵消混凝土開裂的可能性，從而達(dá)到擴(kuò)大伸縮縫間距，不設(shè)后澆帶。所施加的預(yù)應(yīng)力必須是專門用于抵消溫度收縮的預(yù)應(yīng)力。

對于不同建筑應(yīng)結(jié)合各自特點，通過有效的分析或計算慎重考慮各種不利因素對結(jié)構(gòu)內(nèi)力和裂縫的影響，確定合理的伸縮縫間距。后澆帶不能起到伸縮縫的作用，對于超長且對裂縫敏感的建筑，應(yīng)結(jié)合加入外加劑（預(yù)應(yīng)力）的辦法以解決混凝土長期使用過程中，受溫度等外界影響的應(yīng)力收縮。

3 結(jié)語

3.1 溫度收縮裂縫是超長混凝土結(jié)構(gòu)中較常見且日趨增多的裂縫，由于該裂縫的危害性及規(guī)范的局限性，設(shè)計人員應(yīng)予以足夠重視。

3.2 本文從設(shè)計角度上簡析了混凝土收縮和溫度變形的特性，影響因素以及溫度收縮裂縫的成因和基本特點，以使設(shè)計人員建立最基本的概念來針對性地結(jié)合具體工程特點考慮防止和減輕溫度收縮裂縫的具體措施。

3.3 “設(shè)置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應(yīng)力的綜合措施”注重結(jié)構(gòu)概念設(shè)計，對裂縫采取“放”“防”“抗”相結(jié)合的構(gòu)想。工程實踐證明，對防止和減輕超長混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫比較有效，但其中一些措施主要基于設(shè)計概念和定性分析，如何通過進(jìn)一步的定量計算及實驗驗證，尚需做深入工作，具體工程在采用時應(yīng)根據(jù)其各自特點，并結(jié)合本地區(qū)8°抗震設(shè)防要求綜合考慮。

[1]車宏亞主編：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)原理天津大學(xué)出版社，1990，3

[2]王赫主編：建筑工程事故處理手冊中國建筑工業(yè)出版社，1998，8.