超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生原理及控制方法

劉佳 姚俊宇

摘 要：現(xiàn)代建筑工程中，超長混凝土結(jié)構(gòu)日益增加，從而引發(fā)混凝土裂縫問題大量增加。本文通過分析混凝土的結(jié)構(gòu)特性、裂縫產(chǎn)生的原理，淺談在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中超長混凝土裂縫的解決方法。

關(guān)鍵詞：超長混凝土；裂縫；后澆帶

隨著我國綜合國力的不斷增強(qiáng)和社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的極速發(fā)展，我國的建筑逐步向大型化和多功能化發(fā)展，長度超百米的大型混凝土結(jié)構(gòu)比比皆是。

1 混凝土概述

混凝土是一種凝膠體人造石料。超長混凝土結(jié)構(gòu)具有體量大、結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜、局部荷載大、混凝土強(qiáng)度高等特點(diǎn)，極易產(chǎn)生裂縫，要有效控制混凝土結(jié)構(gòu)有害裂縫的出現(xiàn)。

2 混凝土裂縫分類及產(chǎn)生原理

2.1混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫分類

（1）微觀裂縫：肉眼看不見的裂縫，在混凝土結(jié)構(gòu)中的分布不規(guī)則、不貫通。

（2）宏觀裂縫：肉眼看得見的裂縫，一般不小于0.05mm?；炷两Y(jié)構(gòu)宏觀裂縫產(chǎn)生的原因主要有三種：1、外荷載引起的裂縫；2、次應(yīng)力引起的裂縫；3、變形應(yīng)力引起的裂縫，這是由溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起結(jié)構(gòu)變形，當(dāng)變形受到束縛時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)次應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)就產(chǎn)生裂縫。

2.2 混凝土的外荷載、地基變形、溫度收縮是超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要原因。

2.2.1 由外荷載引起的裂縫

混凝土構(gòu)件受外荷載作用，截面的拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度，截面產(chǎn)生裂縫，設(shè)計(jì)中可通過選擇合理選擇構(gòu)件截面，混凝土強(qiáng)度等級，鋼筋強(qiáng)度、數(shù)量和直徑，通過計(jì)算把裂縫寬度控制在合理的寬度范圍內(nèi)。

2.2.2 地基變形引起的裂縫

由于基礎(chǔ)的水平位移或豎向不均勻沉降，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土的抗拉能力，使混凝土產(chǎn)生裂縫，由于地基變形導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)裂縫，可以通過增加下部結(jié)構(gòu)剛度以及協(xié)調(diào)上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的變形情況，能夠較好的控制這類裂縫的出現(xiàn)。

2.2.3 混凝土干燥凝結(jié)及溫度變化裂縫

混凝土在凝結(jié)過程中，內(nèi)部游離水會由表及里逐漸蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土由內(nèi)而外逐漸發(fā)生干燥收縮形變，溫度變化時(shí)混凝土?xí)l(fā)生熱脹冷縮的溫度形變，當(dāng)這兩種形變受到約束后，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會產(chǎn)生收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力，當(dāng)這兩種應(yīng)力分別超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)會使混凝土裂開形成收縮裂縫或者溫度裂縫。超長混凝土結(jié)構(gòu)中較常見的是在兩種應(yīng)力共同作用下產(chǎn)生的溫度收縮裂縫。

（1）干燥收縮形變：大多數(shù)混凝土最后的收縮應(yīng)變約3～5×10-4，特點(diǎn)是前期收縮快，6個(gè)月可完成第一年收縮量的85%左右，一年后持續(xù)發(fā)展但由收縮應(yīng)變產(chǎn)生的形變效果很小。影響原因主要有混凝土強(qiáng)度等級，水灰比，水泥品種，坍落度，養(yǎng)護(hù)程度和體表比。

（2）溫度變形：混凝土溫度脹系數(shù)為10X10-6/?C，，溫度每升高或降低10?C，混凝土?xí)a(chǎn)生0.01%的膨脹或收縮，其形變由溫差變化而產(chǎn)生變化，大多在混凝土凝結(jié)至結(jié)構(gòu)使用期間發(fā)生。影響原因有四季溫度變化，室內(nèi)外溫差等。

（3）溫度收縮裂縫特點(diǎn)：1）溫度收縮時(shí)干燥收縮和溫度形變同時(shí)發(fā)生而產(chǎn)生的，他的分布大多數(shù)為干燥收縮和溫度變形產(chǎn)生的裂縫的疊加，由于環(huán)境濕度和溫度的改變發(fā)生變化，隨時(shí)間變長而逐漸增多，干燥收縮裂縫或者溫度裂縫二者中發(fā)生一種的開裂和危害程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及溫度收縮裂縫嚴(yán)重。2）按照實(shí)際結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫發(fā)生的的時(shí)間、進(jìn)展和變化、還有位置、形狀、尺寸等特點(diǎn)。大多可以歸類為以干燥收縮形變?yōu)橹骰蛞詼囟刃巫優(yōu)橹?，?shí)際項(xiàng)目中常出現(xiàn)的是以干燥收縮形變?yōu)橹鞯臏囟仁湛s裂縫，大多出現(xiàn)在混凝土澆筑后一年內(nèi)，主要產(chǎn)生于半個(gè)月到數(shù)月之內(nèi)。3）重點(diǎn)危害的位置及構(gòu)件是底層和頂端幾層的梁板和基礎(chǔ)梁、挑檐等裸露在外的結(jié)構(gòu)構(gòu)件。4）梁板裂縫有不同的分布和特點(diǎn)，梁縫大多數(shù)垂平行于橫向，分布在側(cè)面， 呈現(xiàn)梭形，表現(xiàn)為表面，深入或貫通。單向板縫以同寬度垂直長邊。雙向板縫比單向板縫更嚴(yán)重，橫豎相交，無規(guī)律，大多數(shù)為貫通的，板面縫寬度大多數(shù)大于板底縫。

因此在混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫是絕對存在的，只是應(yīng)將裂縫控制在規(guī)范要求的范圍內(nèi)，以防產(chǎn)生有害裂縫。

3 超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制方法

3.1 布置后澆帶

布置后澆帶是《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中的一經(jīng)常被結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)者使用的方法，鑒于混凝土前期收縮變化大的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)思路主要為放大。一旦設(shè)計(jì)施工處理不完善，不僅起不到設(shè)想的效果，還產(chǎn)生結(jié)構(gòu)隱患。鑒于這些問題對于后澆帶的具體布置提出幾點(diǎn)想法：

（1）間距：高規(guī)規(guī)定為30米到40米。建議結(jié)合具體工程的長度、環(huán)境氣候特征綜合考慮，大多數(shù)工程應(yīng)控制在30米以內(nèi)。

（2）選位： 1）跨度較小的梁開間或承受荷載較小的部位，大多數(shù)設(shè)置在梁跨度1/3的位置 。2）平面布置時(shí)要注意梁的布置，后澆帶宜平行于大多數(shù)梁，避免截?cái)嗵喔骸?/p>

（3）根據(jù)體情況可沿平面折線布置。 1）寬度：高規(guī)規(guī)定0.8米至1米寬。建議設(shè)定的寬度要滿足鋼筋搭接要求?？梢源笥?米寬。2）鋼筋：現(xiàn)在對后澆帶內(nèi)梁縱鋼筋處理有兩種做法。

（4）梁、板鋼筋先斷開后搭接（高規(guī)要求），因?yàn)榱轰摻畲罱与y度大，質(zhì)量不容易保證，給結(jié)構(gòu)造成安全隱患。

（5）板鋼筋斷開，梁鋼筋通長不斷。目前大多數(shù)工程采用此方法，但因?yàn)榻財(cái)嗔簲?shù)量大時(shí)，鋼筋全部不斷會束縛混凝土收縮，無法達(dá)到預(yù)期效果。

依據(jù)以往工程的處理方式，梁上部鋼筋、梁腰筋、板、墻鋼筋打斷后錯(cuò)開搭接或必要時(shí)搭和補(bǔ)焊同時(shí)使用。梁下部鋼筋不斷，適當(dāng)增加配筋。這樣可以同時(shí)減少梁鋼筋全部不斷對混凝土收縮形變的束縛和避免梁鋼筋全部斷開后的鋼筋搭和焊接困難，這樣的處理方式我從2005年以來在很多工程中應(yīng)用，得到了很好的效果。

1）澆筑時(shí)間：高規(guī)要求，宜在主體施工結(jié)束兩個(gè)月后進(jìn)行，而且澆筑時(shí)的環(huán)境溫度最好對于主體結(jié)構(gòu)澆筑時(shí)的問題。因?yàn)榛炷燎捌谑湛s量較大，一年的收縮量中， 15天占35%左右，一個(gè)月的占50%左右，二個(gè)月占60%左右，六個(gè)月占85%左右，所以按高規(guī)要求施工，應(yīng)保證兩個(gè)月后進(jìn)行。2）后澆混凝土：應(yīng)使用微膨脹混凝土或者無收縮混凝土，強(qiáng)度等級應(yīng)比主體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等級提高一級。

4 總結(jié)

（1）本文從設(shè)計(jì)角度淺析了超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原理、分類、預(yù)防或減輕的技術(shù)措施。

（2）目前在超長混凝土結(jié)構(gòu)中溫度收縮裂縫是我國大部分地區(qū)工程中較普遍的同時(shí)日益增加的一種裂縫，這種裂縫的危害程度較大和高規(guī)的要求，設(shè)計(jì)工作者應(yīng)充分考慮應(yīng)對措施。