高層建筑混凝土裂縫的成因分析與控制措施

杜興亮

(河南財(cái)政稅務(wù)高等?？茖W(xué)校，河南 鄭州 451464)

隨著城市建設(shè)用地成本的不斷增加及建筑技術(shù)的快速發(fā)展，近年來(lái)高層建筑占新建房屋建筑工程中的比例逐年遞增，但時(shí)在高層建筑中，建筑物裂縫問(wèn)題較中低層建筑物更為突出，由此引起的質(zhì)量糾紛不斷發(fā)生，而且均反映強(qiáng)烈，問(wèn)題的解決也比較困難。

引起高層建筑混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的原因是多方面的，如混凝土組成材料的特性、建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、混凝土的配制、澆筑養(yǎng)護(hù)以及后期使用等，這些因素中都很容易產(chǎn)生裂縫。從混凝土的組成及硬化機(jī)理上講，混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫是不可避免的，但裂縫的產(chǎn)生，從建筑美觀來(lái)說(shuō)，會(huì)受到影響，同時(shí)還可能產(chǎn)生滲漏，就會(huì)影響建筑物的使用功能，影響混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，造成二次裝飾裝修損壞;裂縫的發(fā)展影響到結(jié)構(gòu)構(gòu)件的承載力和安全，甚至?xí)：Φ饺松戆踩?，造成生命?cái)產(chǎn)不可估量的損失。對(duì)于一般業(yè)主而言，他們不具備混凝土結(jié)構(gòu)的相關(guān)專業(yè)知識(shí)，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)中肉眼可見(jiàn)的裂縫(寬度一般不小于0．05mm)往往就懷疑到房屋得安全性，懷疑地基基礎(chǔ)與主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，也會(huì)產(chǎn)生不必要的糾紛。因此，分析高層建筑結(jié)構(gòu)中混凝土構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的部位、原因，并在此基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的解決措施已是高層建筑設(shè)計(jì)、施工所面對(duì)的一個(gè)重要課題。

一 高層建筑結(jié)構(gòu)中混凝土構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的主要部位

現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)工程項(xiàng)目出現(xiàn)裂縫是經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題，福建省建筑科學(xué)研究院曾對(duì)104個(gè)常見(jiàn)裂縫進(jìn)行了調(diào)查研究，分析數(shù)據(jù)結(jié)果表明:最常見(jiàn)的是樓板出現(xiàn)裂縫，占工程項(xiàng)目總數(shù)的71．15%，梁中出現(xiàn)裂縫的工程占工程項(xiàng)目總數(shù)的24．04%，大部分是屋面梁中出現(xiàn)的裂縫，此外，高層建筑基礎(chǔ)底板出現(xiàn)的概率也較高。因此，高層建筑基礎(chǔ)底板和上部結(jié)構(gòu)樓屋面板，是混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫的主要部位，應(yīng)是防治裂縫的主要控制部位。

二 高層建筑基礎(chǔ)底板的裂縫分析

目前在高層建筑基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，筏板基礎(chǔ)或較厚的地下室底板較為常見(jiàn)，高層建筑中的筏板或基礎(chǔ)底板為主要的受力結(jié)構(gòu)，整體性要求高，一般一次性整體澆筑。在這些構(gòu)件的施工過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)很多裂縫，按照大體積混凝土施工規(guī)范(GB50496－2009)的定義，這些構(gòu)件屬于大體積混凝土構(gòu)件，國(guó)內(nèi)外大量工程實(shí)踐表明，大體積混凝土裂縫主要由于在施工過(guò)程的溫差過(guò)大而引起。

大體積混凝土澆筑后，由于水泥的消化反應(yīng)釋放大量熱量，因?yàn)槠潴w積很大，水泥水化熱集聚在內(nèi)部，不容易散發(fā)，混凝土的內(nèi)部溫度將明顯升高，這樣混凝土的內(nèi)外形成溫差，在混凝土的外表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，在混凝土的內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，混凝土剛澆筑，其強(qiáng)度低，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。在大體積混凝土凝固的后期，水化熱逐漸減少，溫度逐漸降低，由于地基或基礎(chǔ)的約束作用，新澆筑混凝土不能自由收縮變形，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)該溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便形成溫度裂縫。當(dāng)溫差過(guò)大，產(chǎn)生足夠大的溫度應(yīng)力時(shí)，裂縫可能沿構(gòu)件貫通，形成貫穿裂縫，構(gòu)件的整體性、耐久性和防水性遭到破壞，從而影響正常使用。通過(guò)以上分析，在體積混凝土產(chǎn)生裂縫的關(guān)鍵原因在于溫度梯度的形成，因此要想控制大體積混凝土構(gòu)件的裂縫產(chǎn)生，就必須進(jìn)行合理的溫度控制，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，從而有效抑制裂縫的產(chǎn)生。

三 樓屋面混凝土板的裂縫分析

上部結(jié)構(gòu)的混凝土板常見(jiàn)裂縫形狀有斜裂縫、縱橫向裂縫、沿預(yù)埋管線走向的裂縫，都有其鮮明的特征。斜裂縫是樓板出現(xiàn)裂縫比例最高的，通常與板邊呈45度，斜向裂縫多出現(xiàn)在兩側(cè)山墻端跨板角，多數(shù)是沿樓板厚度貫穿性裂縫;縱橫向裂縫一般于長(zhǎng)向中部大跨度開(kāi)間板跨中;沿預(yù)埋管線走向的裂縫般未貫穿樓板，一般出現(xiàn)在板的上面或下面。

調(diào)查分析表明，樓屋面混凝土板產(chǎn)生裂縫的原因溫度應(yīng)力、混凝土收縮、設(shè)計(jì)不合理及施工不當(dāng)引起。

(一)溫度應(yīng)力引起的裂縫

房屋建筑中的混凝土板多為超靜定結(jié)構(gòu)，在超靜定結(jié)構(gòu)中，構(gòu)件的變形是受其周圍構(gòu)件的約束的，即不能自由變形，當(dāng)外界溫度顯著變化時(shí)，由于混凝土板可能與周圍構(gòu)件的線膨脹系不一樣，從而二者的變形也不一樣，但是由于二者在結(jié)構(gòu)中相互約束，因此變形小的構(gòu)件阻止變形大的構(gòu)件的變形，在二者間產(chǎn)生應(yīng)力，即變形小的構(gòu)件受拉，變形大的構(gòu)件受壓，當(dāng)變形小的構(gòu)件所受拉力大于其抗拉強(qiáng)度時(shí)便產(chǎn)生裂縫。

(二)混凝土收縮引起

從混凝土的微觀角度看，由于水泥的存在，水泥水化后應(yīng)后體積會(huì)變小，因此混凝土有自生收縮的特性，其硬化后體積也會(huì)變小，可以說(shuō)收縮應(yīng)力在混凝土中無(wú)處不在。

(三)設(shè)計(jì)不合理

由于設(shè)計(jì)的差錯(cuò)，諸如出現(xiàn)混凝土強(qiáng)度、構(gòu)件截面及配筋不滿足設(shè)計(jì)要求的情況;有些建設(shè)單位，如房地科開(kāi)發(fā)商，考慮成本控制造價(jià)，對(duì)設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)過(guò)程的鋼筋含量進(jìn)行限值，導(dǎo)致鋼筋用量偏小，更容易出現(xiàn)裂縫;還有如設(shè)計(jì)計(jì)算錯(cuò)誤、配筋不當(dāng)?shù)仍颉?/p>

(四)施工不當(dāng)引起

施工不當(dāng)引起混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的具體原因種類繁多，諸如板面負(fù)筋踩踏、混凝土振搗不當(dāng)、盲目趕工期等因素，其實(shí)質(zhì)只是混凝土中原始缺陷遭受外力、收縮、溫差等作用在施工過(guò)程中以裂縫形式出現(xiàn)而已，應(yīng)根據(jù)具體工程的實(shí)際情況加以分析。

四 高層建筑中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施

針對(duì)以上對(duì)高層建筑混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的原因分析，控制其裂縫產(chǎn)生，抑制裂縫的發(fā)展，可采取以下措施。

(一)設(shè)計(jì)措施

1．嚴(yán)格按照混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50010－2002)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，根據(jù)構(gòu)件的使用要求，如有裂縫控制要求或有必要時(shí)，依照有關(guān)裂縫控制的要求來(lái)驗(yàn)算構(gòu)件的抗裂性能及裂縫寬度。

2．在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，要充分考慮工程的使用要求和設(shè)計(jì)荷載，還應(yīng)充分考慮如施工荷載等偶然作用和非設(shè)計(jì)工況所引起的效應(yīng)，并且要在相關(guān)部位采取合理的防裂構(gòu)造措施。

3．加強(qiáng)重點(diǎn)部位的防裂措施，主要對(duì)于易出現(xiàn)裂縫的平面不規(guī)則或平面有凹凸的混凝土板，以及構(gòu)件剛度差異大的部位，要加強(qiáng)防裂措施，比如加強(qiáng)配筋、通過(guò)設(shè)置變形縫將不規(guī)則板分割成規(guī)則形狀、外墻保溫等。

4．編制設(shè)計(jì)文件，對(duì)于控制混凝土裂縫措施要說(shuō)明并用詳圖標(biāo)注明確，設(shè)計(jì)深度，便于施工單位進(jìn)行施工。

(二)施工措施

1．施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)建立健全工程質(zhì)量保證體系，編制施工方案應(yīng)有控制混凝土裂縫的具體技術(shù)措施。

2．大體積混凝土施工，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范(GB50496－2009)進(jìn)行施工，做好混凝土的測(cè)溫措施。

3．施工現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)加強(qiáng)混凝土原材料的質(zhì)量控制，加強(qiáng)進(jìn)場(chǎng)驗(yàn)收，及時(shí)取樣送檢，針對(duì)具體工程要有條件的選擇相應(yīng)的混凝土組成材料，比如大體積混凝土應(yīng)優(yōu)先選用水化熱較小的水泥。

4．在施工過(guò)程中，對(duì)現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的模板體系，要編制相應(yīng)的施工方案，準(zhǔn)確計(jì)算相應(yīng)的荷載，使其有足夠的承載力、剛度和穩(wěn)定性，避免構(gòu)件由于支撐體系不穩(wěn)而出現(xiàn)裂縫。

5．嚴(yán)格控制施工質(zhì)量，尤其是鋼筋的施工質(zhì)量，鋼筋位置要放置準(zhǔn)確，更不能不少放或漏放，防止?jié)矒v混凝土?xí)r結(jié)構(gòu)中受力鋼筋移位。

6．混凝土板、墻中的預(yù)埋管線應(yīng)置于受力鋼筋內(nèi)側(cè)，當(dāng)板厚較薄時(shí)，應(yīng)在其外側(cè)加置防裂鋼筋網(wǎng)片?；炷涟?、墻中的預(yù)留孔、預(yù)留洞周邊應(yīng)配有足夠的加強(qiáng)鋼筋并保證足夠的錨固長(zhǎng)度。

7．嚴(yán)格控制混凝土配合比，并做好現(xiàn)場(chǎng)的計(jì)量工作，加強(qiáng)混凝土坍落度的檢測(cè)工作。

8．混凝土構(gòu)件施工前，應(yīng)結(jié)合工程的具體情況，有針對(duì)性的編制具有指導(dǎo)性的混凝土澆注方案，混凝土振搗要密實(shí)，施工縫的留置應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。

9．混凝土澆筑后應(yīng)采取有效的養(yǎng)護(hù)和保護(hù)措施。澆注后應(yīng)及時(shí)做灑水或保溫等養(yǎng)護(hù)措施，混凝土強(qiáng)度未達(dá)到1．2MPa前，不得上人踩蹋、安裝模板及支架或施加其他荷載。

10．對(duì)受力較大或容易產(chǎn)生裂縫混凝土構(gòu)件，除采用以上措施外，還可根據(jù)工程需要摻入一定量的纖維來(lái)控制混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫，如鋼纖維、碳纖維等。

11．以大體積混凝土，為避免裂縫出現(xiàn)可采用合理選用材料、降低水泥水化熱、控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度、延緩混凝土降溫速率、控制水灰比、減少混凝土的干縮等控制措施。

五 結(jié)語(yǔ)

混凝土構(gòu)件的裂縫是高層建筑施工中常見(jiàn)的質(zhì)量通病，有效地預(yù)防和控制混凝土構(gòu)件的裂縫，不僅可以改善其外觀，還對(duì)提高建筑物的耐久性和使用功能有極其重要的作用，因此在高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)引起足夠的重視，預(yù)防產(chǎn)生工程質(zhì)量事故，避免引起較大的經(jīng)濟(jì)損失。

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