鋼筋混凝土超長(zhǎng)框架結(jié)構(gòu)裂縫機(jī)理及控制技術(shù)探討

【摘要】當(dāng)前，超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)數(shù)量日漸增多，與普通換凝土相比，超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)混凝土產(chǎn)生的溫度收縮及干燥收縮更大，因此裂縫控制更加困難。本文從超長(zhǎng)混凝土框架結(jié)構(gòu)裂縫機(jī)理入手，從材料、結(jié)構(gòu)、施工三大方面，提出裂縫控制措施，有一定指導(dǎo)意義。

【關(guān)鍵詞】超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)；裂縫；控制

一、超長(zhǎng)混凝土框架結(jié)構(gòu)裂縫機(jī)理

（1）混凝土結(jié)構(gòu)受力裂縫──混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下所引起的裂縫。（2）混凝土化學(xué)反應(yīng)脹裂──混凝土內(nèi)部某種化學(xué)反應(yīng)物的膨脹力所引起的裂縫。（3）混凝土的塑態(tài)裂縫──混凝土在澆筑后呈塑性狀態(tài)時(shí)因收縮或沉降等所引起的裂縫。（4）混凝土變形約束裂縫──混凝土收縮、溫度變化及不均勻沉降受到約束作用所引起的拉伸開裂。混凝土實(shí)際裂縫可能是上述各類裂縫的組合效應(yīng)。其中，第一類裂縫不可避免，一般鋼筋混凝士結(jié)構(gòu)構(gòu)件是依靠配筋來控制裂縫寬度。第二類裂縫有其特定起因，數(shù)量不多。第三類裂縫可利用合理的施工措施加以解決。據(jù)國(guó)內(nèi)外資料表明，以第四類為主的裂縫約占裂縫總數(shù)的80％，因此研究該類裂縫的產(chǎn)生機(jī)理及解決辦法意義深遠(yuǎn)，此類裂縫也即是本文筆者主要的研究對(duì)象，為簡(jiǎn)便起見，將該類約束裂縫稱為溫度及收縮裂縫。溫度及收縮裂縫的產(chǎn)生機(jī)理主要概括如下：因溫差及收縮作用，柱和墻等發(fā)生豎向變形，比較自由；而粱板的變形會(huì)受到柱和墻等豎向結(jié)構(gòu)的約束，在結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生內(nèi)力，相應(yīng)的應(yīng)力就稱為溫度及收縮應(yīng)力，也可簡(jiǎn)稱為溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理與荷載應(yīng)力完全不同，兩者區(qū)別具體如圖1所示，通過對(duì)比可見，荷載作用是一種直接作用，而溫度及收縮作用是一種間接作用，與約束有著密切的關(guān)系。當(dāng)溫度及收縮應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度即產(chǎn)生裂縫。重所周知，混凝土是一種抗拉強(qiáng)度低，變形小，破壞突然的脆性材料，而混凝土抗拉伸能力一般較弱，而結(jié)構(gòu)在施工過程和使用過程中，幾乎不可避免溫度升降、收縮及約束作用，因此也就導(dǎo)致了混凝土工程裂縫的產(chǎn)生，而此問題，在超長(zhǎng)混凝土框架結(jié)構(gòu)中表現(xiàn)得尤為突出。

二、材料控制措施

（1）應(yīng)用減水劑。根據(jù)Powers．T．C等人提出的干縮毛細(xì)管張縮理論，造成混凝土的收縮的一大因素是存在水泥膠凝孔隙中的水分發(fā)生的毛細(xì)管張力所為，因此，要降低混凝土的干縮，就必須設(shè)法降低毛細(xì)管的數(shù)量或降低毛細(xì)管的表面張力。毛細(xì)孔是由于混凝土中滿足水泥水化成水泥石以外的多余的水分蒸發(fā)后形成的，要減少毛細(xì)孔生成直接有效的方法就是采用減水劑減少混凝土拌和用水量，從而減少混凝土中的游離水蒸發(fā)時(shí)遺留下來的毛孔體積。（2）添加混凝劑。摻加緩凝劑雖然不能減少水泥的總發(fā)熱量，但能有效的減小混凝土的內(nèi)外溫差，通過利用緩凝劑，推遲最高溫升出現(xiàn)時(shí)間，從而對(duì)混凝土絕熱溫升產(chǎn)生延峰、削峰的作用，控制裂縫。但在使用緩凝劑時(shí)必須注意緩凝時(shí)間長(zhǎng)引起的泌水現(xiàn)象。（3）添加膨脹劑。主要是利用膨脹劑來補(bǔ)償混凝土收縮的影響。膨脹劑的作用主要發(fā)生在早期，混凝土初期收縮變形比較大，能解決混凝土的早期裂縫。目前工程界普遍使用的UEA補(bǔ)償收縮混凝土，水泥中摻10％～12％UEA膨脹劑拌制成的補(bǔ)償收縮混凝土，其限制膨脹率為2～4×10-4，在鋼筋和鄰位的約束下，可在結(jié)構(gòu)中建立0.2～0.77MPa的預(yù)壓應(yīng)力，大致可以抵消混凝土硬化過程中干燥和水化熱引起的拉應(yīng)力。

三、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)控制措施

（1）采取良好的保溫隔熱措施，采用高效保溫材料，屋面保溫隔熱層和外圍護(hù)墻選用保溫隔熱性能好的材料等，嚴(yán)格滿足建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。（2）當(dāng)前，后澆帶是列入高規(guī)中的設(shè)計(jì)人員常采用的方法，高規(guī)規(guī)定后澆帶間距為30m～40m，實(shí)踐中，筆者建議應(yīng)結(jié)合建筑物的長(zhǎng)度、氣候環(huán)境特點(diǎn)綜合考慮，一般應(yīng)控制在30m左右；位置可設(shè)在小跨梁開間或受力較小的部位，一般可在梁跨三分之一處；平面布置時(shí)要注意梁的布置宜平行于后澆帶以免梁截?cái)嗵啵缓鬂矌б暰唧w情況可沿平面曲折通過。對(duì)后澆帶的寬度，高規(guī)規(guī)定為800～1000mm，建議預(yù)留的寬度要考慮滿足鋼筋錯(cuò)開搭接要求，可允許大于1000mm。后澆帶澆筑時(shí)間一般應(yīng)保證兩個(gè)月后澆筑。（3）樓板配筋時(shí)考慮溫度和收縮應(yīng)力，將這部分配筋與受力鋼筋疊加，沿長(zhǎng)度方向中間協(xié)區(qū)域上部鋼筋有50％鋼筋拉通。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，對(duì)梁柱采取加強(qiáng)措施，特別是邊柱和中部橫梁，按計(jì)算結(jié)果加強(qiáng)了配筋。長(zhǎng)度大于30m的梁，其腰筋加大加密。（4）屋面板、陽(yáng)臺(tái)板、外廊板等外露室外現(xiàn)澆板(含施工期間主體暴露時(shí)間較長(zhǎng)的室內(nèi)現(xiàn)澆板)以及板跨大于4m且采用泵送混凝土的雙向連續(xù)板等溫度收縮應(yīng)力較大的板，均應(yīng)在板面(即板的受壓區(qū))配置不小于

6@200雙向鋼筋網(wǎng)片，或支座鋼筋間隔全跨貫通，但間距不宜大于200mm，每一方向配筋率不宜小于0.1％。以上板在有受力鋼筋處，實(shí)配鋼筋尚應(yīng)考慮溫度收縮應(yīng)力影響予以適當(dāng)增大。

四、施工控制措施

（1）對(duì)于工程中混凝土原材料的質(zhì)量要嚴(yán)格控制，特別是骨料的含泥量控制在l％以下；嚴(yán)格控制水灰比，C30砼水灰比控制在0.4，從而大大減少混凝土的干縮；水泥選用水化熱較低的普通硅酸鹽水泥，在保證強(qiáng)度前提下，摻入適量粉煤灰，既增加和易性，又降低水化熱。（2）施工中，混凝土原材料的模溫度應(yīng)盡量降低，選用中低熱水泥，埋入冷卻管，保水保濕養(yǎng)護(hù)，摻入粉煤灰或緩凝劑等，以期降低因溫差帶來的混凝土冷縮變形。（3）通過澆注時(shí)加強(qiáng)混凝土振搗工藝等機(jī)械手段，將混凝土的密實(shí)性最大限度地提高，以減少混凝土結(jié)構(gòu)中的大孔，降低混凝土的總孔隙率，從而減少混凝土的干縮值。（4）盡可能使混凝土緩慢地降溫，緩慢地收縮，使其在變形不大的條件下由于徐變作用，其內(nèi)力隨時(shí)間的延長(zhǎng)面逐漸減小，即應(yīng)力松弛，從而達(dá)到提高混凝土極限拉伸變形的目的。（5）加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)意識(shí)。混凝土若過早地暴露于大氣中，其內(nèi)的水分將迅速蒸發(fā)造成毛細(xì)管網(wǎng)彼此連通，加大混凝土的收縮，出現(xiàn)龜裂。因此，在混凝土成型后要及時(shí)養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d。該養(yǎng)護(hù)時(shí)間是以大量實(shí)驗(yàn)為依據(jù)的，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)養(yǎng)護(hù)期少于14d時(shí)混凝土由于早期失水，強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，收縮率則按對(duì)數(shù)比例增大。若這段時(shí)問養(yǎng)護(hù)得好，混凝土各方面性能都好。14d后水泥水化速度逐漸變慢，強(qiáng)度增加也緩慢，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)固然有好處，但停止養(yǎng)護(hù)應(yīng)不能影響混凝土的質(zhì)量。

總之，混凝土結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度越長(zhǎng)，因混凝土收縮和溫度變化引起的結(jié)構(gòu)約束應(yīng)力越大，混凝土結(jié)構(gòu)就越容易出現(xiàn)裂縫。近年來，隨著高層或大柱網(wǎng)建筑的不斷涌現(xiàn)，混凝土強(qiáng)度等級(jí)的提高，施工中泵送混凝土工藝的應(yīng)用，使超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度收縮裂縫逐漸增多，結(jié)構(gòu)裂縫控制越來越受到大眾的關(guān)注。對(duì)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的裂縫控制是一個(gè)系統(tǒng)工程，在實(shí)際工程中，必須從材料、結(jié)構(gòu)、施工等多方面入手，綜合采取有效措施，將裂縫控制在無害的范圍內(nèi)。

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