淺談超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的控制措施

劉 軍

1 概述

建筑工程中，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫較為普遍，裂縫的類型也很多，但按成因基本可歸結(jié)為由外荷和變形引起的兩大類裂縫。其中由混凝土收縮和溫度變形引起的收縮裂縫和溫度裂縫以及由這兩種變形共同引起的溫度收縮裂縫是實(shí)際工程中最常見的裂縫。隨著建筑向大體量方向發(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，使超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)易出現(xiàn)的溫度收縮裂縫有逐漸增多的趨勢。雖然這類裂縫屬非結(jié)構(gòu)性裂縫，一般不致影響構(gòu)件承載力和結(jié)構(gòu)安全，但卻會影響結(jié)構(gòu)的耐久性和整體性。筆者根據(jù)多年的工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫的控制措施提出一些建議。

2 超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度裂縫的形成原因和特點(diǎn)

2.1 溫度裂縫的形成原因

混凝土在結(jié)硬的過程中發(fā)生收縮，溫度變化時(shí)會熱脹冷縮，當(dāng)這兩種變形受到約束后，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會產(chǎn)生收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力，這兩種應(yīng)力分別超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)就會導(dǎo)致混凝土開裂而形成收縮裂縫或溫度裂縫。超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中較多見的是在收縮應(yīng)力和溫度應(yīng)力共同作用下所產(chǎn)生的溫度收縮裂縫。

2.2 溫度裂縫的基本特點(diǎn)

1)該裂縫由收縮和溫度變形共同產(chǎn)生，其分布一般為收縮和溫度兩種裂縫的組合，隨環(huán)境濕度和溫度而變化，隨時(shí)間而發(fā)展，裂縫的開裂和危害程度往往較單一的收縮或溫度裂縫嚴(yán)重。

2)根據(jù)具體工程裂縫出現(xiàn)的時(shí)間、發(fā)展與變化，以及分布、形狀、尺寸等特征，一般可分為以收縮變形為主或以溫度變形為主，實(shí)際工程中較常見的是以收縮變形為主的溫度收縮裂縫，一般發(fā)生在混凝土澆筑后一年內(nèi)，但多見半月至數(shù)月之內(nèi)。

3)主要影響的部位及構(gòu)件是底層和頂部數(shù)層梁板構(gòu)件以及基礎(chǔ)梁、挑檐、欄板等外露構(gòu)件。

4)梁板裂縫呈現(xiàn)不同分布和特征，梁縫一般垂直于縱向，分布在兩側(cè)面，兩頭細(xì)、中間寬、棗核形。裂縫為表面，深進(jìn)或貫通。單向板縫等間距平行于短邊。雙向板縫較重于單向板縫，兩個(gè)方向板縫縱橫交錯(cuò)，不規(guī)則，縫多為貫通，板面縫一般寬于板底縫。

3 防止和減輕超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫措施

3.1 設(shè)置混凝土后澆帶，減少溫度裂縫

采取以放為主的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，在混凝土施工時(shí)采取后澆帶分段施工。高層規(guī)程和混凝土規(guī)范中規(guī)定:每隔 30 m留出施工后澆帶，其寬800mm～1 000mm。由于混凝土收縮變形隨時(shí)間的增長而增加，初期收縮較快，一個(gè)月時(shí)完成 50%，規(guī)范規(guī)定后澆帶混凝土在兩個(gè)月后澆灌，此時(shí)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，是較常用的減少混凝土收縮不利影響的有效方法。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn):

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)后澆帶處，板、梁可附加鋼筋，一般為斷開處鋼筋面積的一半。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。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。5)后澆混凝土采用無收縮或微膨脹混凝土，強(qiáng)度較主體提高一級。6)后澆帶支撐待混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度時(shí)方可拆除。

3.2 采取構(gòu)造措施控制，減少混凝土應(yīng)力收縮

執(zhí)行以防為主的原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，對結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中部位及溫度變化較大部位采取措施，加強(qiáng)結(jié)構(gòu)整體性，提高構(gòu)件抵抗變形開裂能力。1)加強(qiáng)屋面保溫措施，采用高效保溫材料，外墻須設(shè)保溫層或外墻采用自保溫材料。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(gè)方向布置或按放射狀布置。3)根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，將現(xiàn)澆板單向板分布鋼筋的數(shù)量適當(dāng)提高，單位長度上的分布鋼筋不小于受力鋼筋面積的 15%，且不小于板截面的 0.15%，分布鋼筋最小為 Φ6@250。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。5)框架梁及現(xiàn)澆梁腹板高不小于 450mm者均設(shè) 2Φ12腰筋，腰筋細(xì)而密間距不應(yīng)大于 200mm。6)檐口板，外露欄板應(yīng)雙面雙向配筋，上下端間各配 2Φ10溫度抵抗筋，間距 12m設(shè)置一道 20mm寬溫度伸縮縫。7)板混凝土強(qiáng)度不宜大于C35，強(qiáng)度越高混凝土收縮性越大，易產(chǎn)生裂縫。

3.3 采用 UEA補(bǔ)償收縮混凝土

由于后澆帶延長工期，鋼筋斷后的搭、焊接和清理鑿毛均給填縫施工帶來一定麻煩，處理不好將留下隱患，可以采用UEA加強(qiáng)帶取代后澆帶連續(xù)澆筑超長建筑的施工方法。利用 UEA補(bǔ)償收縮混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的膨脹作用，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生少量預(yù)壓應(yīng)力用來補(bǔ)償混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的溫度和收縮拉應(yīng)力，從而防止收縮裂縫或把裂縫控制在無害裂縫范圍內(nèi)。

1)所有樓板均摻 10%～12%UEA(膨脹率 2×10-4～3×10-4)。但每間隔 50m設(shè)置一條 2m寬膨脹加強(qiáng)帶，帶內(nèi)混凝土摻加 14%～15%UEA(膨脹率 4×10-4～6×10-4)，兩側(cè)設(shè)密孔鋼絲網(wǎng)，防止混凝土流入加強(qiáng)帶，可連續(xù)澆筑 100m～200m的超長建筑，據(jù)文獻(xiàn)介紹，該技術(shù)已在全國多個(gè)重大工程中應(yīng)用。

2)由于這種方法，規(guī)范未列入，施工要求嚴(yán)，氣候環(huán)境影響大，潮濕地區(qū)膨脹可保持，干燥地區(qū)會存在問題，故在干燥地區(qū)使用時(shí)應(yīng)慎重。

3.4 采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)

預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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。當(dāng)為滿足建筑層高要求而采用該技術(shù)時(shí)，可考慮在采用必要的控制和抵抗溫度應(yīng)力的具體措施后增大溫度伸縮縫的間距。

4 結(jié)語

1)溫度收縮裂縫是超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中較常見且日趨增多的裂縫，由于該裂縫的危害性，所以應(yīng)足夠重視。

2)本文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(diǎn)，有針對性地采取防止和減輕溫度收縮裂縫的措施。

[1] 王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:建筑工業(yè)出版社，1997:1-50.

[2] 劉興法.混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力分析[M].北京:人民交通出版社，1991.

[3] 于獻(xiàn)華.鋼筋混凝土構(gòu)件的裂縫探討[J].山西建筑，2010，36(10):149-150.