超長混凝土結構裂縫分析

李丹丹

(咸寧職業技術學院)

超長混凝土結構裂縫分析

李丹丹

(咸寧職業技術學院)

簡要介紹了超長混凝土結構裂縫產生的原因，和控制裂縫的措施，為現場施工提供一定的技術指導。

超長混凝土結構；裂縫；控制

近年來，隨著城鎮化建設進程的加快，建筑用地緊張、交通擁堵和停車難等問題日趨嚴重，人們開始大規模的開發地下工程，地鐵的建設和地下停車場的建設逐漸增多。超長混凝土結構形式的需求日益增長，平面尺寸超長，寬度超寬，面積超大的建筑迅速出現，地鐵車站、地下停車場、地下商場等超長混凝土結構工程都要考慮防水問題，而現澆大體積、大面積和超長混凝土的大量應用，其開裂情況也不斷增多，如何有效地控制超長混凝土裂縫的產生，在保證結構的安全性情況下，增強結構的適用性和抗震性能，是眾多工程設計師和建筑學者共同關注的問題。

一．超長混凝土結構的定義

根據《混凝土結構設計規范》GB50010-2010對超長結構的定義，超長結構是指建筑物單體長度超過規范規定的設置溫度縫、伸縮縫或抗震縫的最大長度，而不設置任何形式縫的鋼筋混凝土結構。凡混凝土結構平面長度超過《混凝土結構設計規范》所規定的結構長度，而沒有按規范設置伸縮縫的，即為“超長混凝土結構”。如按照我國現行規范現澆混凝土框架結構在室內或土中的設計長度應為55米，非混凝土構件外露的普通住宅或公共建筑，設計長度超過55米的現澆混凝土框架結構即為超長混凝土框架結構。

在混凝土結構中每隔一定間距設置伸縮縫，其主要目的就是防止由于構件過長而使混凝土收縮應力和溫度應力積累引起混凝土構件出現裂縫，因此從廣義上來講，伸縮縫的最大設置間距接近規范限制，但其所承受的由于結構所用材料、結構約束條件、結構收縮作用及溫度作用產生的拉應力超過結構極限強度，也可被稱為“超長混凝土結構”。同時根據《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010）如有充分依據和可靠措施，伸縮縫的最大間距可以適當增大，例如采用低收縮性的混凝土原材料，采取設置后澆帶和控制縫等施工方法。

二．超長混凝土結構裂縫分析

1.裂縫研究現狀

雖然結構設計是建立在結構的極限承載力基礎上的，但是大多數工程的實際使用標準卻是由裂縫所控制的，結構的破壞也都是從裂縫開展而來。裂縫是混凝土結構工程常見的一種缺陷。混凝土結構的裂縫問題一直是困擾建筑結構設計和施工人員的一大難題，國內外的各大學者在工程實踐中不斷探求解決混凝土結構裂縫的方法，同時也發表了大量的有關混凝土裂縫的成因、控制方法和裂縫的修補等文獻。近年來，混凝土結構從設計、施工技術到混凝土材料及配合比控制等都有了很大的提高。對于超長混凝土結構由于結構在平面尺寸超長、寬度超寬，混凝土體積大，混凝土的收縮變形、溫度作用和不均勻沉降等問題更加嚴重，更易引起混凝土出現裂縫，因此對混凝土結構裂縫的分析研究尤為重要。

早在 1984年清華大學的吳中偉[1]教授就對鋼筋混凝土構件中存在的裂縫會引起鋼筋的銹蝕從而影響構件的耐久性問題進行了研究，提出了混凝土界面裂縫可以通過改善混凝土材料的水泥組分、集料的巖種與表面性質、加水量與外加劑以及細填料等方面來得到控制，從而可以有效地防止鋼筋的銹蝕，達到鋼筋混凝土構件安全使用期超過100～200年。

我國的工程結構裂縫控制專家王鐵夢對工業與民用建筑中的大體積混凝土結構的裂縫控制進行了深入研究，在總結大量的工程實踐案例的基礎上，運用科學的研究方法和計算公式，全面系統分析了裂縫的發展變化規律，對工程結構設計原理，混凝土原材料、施工技術方法，混凝土的養護、地基及環境條件等進行了系統的分析研究，提出了“抗放兼施”的工程結構裂縫控制方法及混凝土收縮變形的實用計算公式，為我國混凝土裂縫問題的研究和解決提供了重要的理論依據。

2.裂縫產生原因

混凝土裂縫形成的原因非常復雜,多種不利因素的綜合作用導致了混凝土結構產生了裂縫。而由于混凝土自身特性發生的收縮變形和由于外界作用及水化熱的作用引起的溫度變化是引起超長混凝土構件開裂的主要原因。據有關統計,由于變形變化造成的混凝土裂縫占80%左右，由于荷載產生的裂縫占20%左右。

混凝土中產生裂縫的原因有多種，建筑工程中常見的有混凝土材料方面的溫度和濕度變化、混凝土收縮引起的裂縫，設計原因引起的裂縫及施工管理方面引起的裂縫等。

（1）混凝土自身的原因

混凝土是由各種原材料拌合而成，各材料在拌合過程中會存在一定量的微孔隙和細微裂縫，這些特性使得混凝土存在不均勻性和不穩定性，使混凝土構件在正常使用狀況下也是處于帶裂縫工作狀態。而混凝土在空氣中結硬體積會收縮，在水中結硬體積要膨脹，混凝土的收縮和膨脹也會引起混凝土構件出現裂縫。混凝土在水化反應中產生的水化熱引起的溫度裂縫也是混凝土構件出現裂縫的重要原因。

（2）設計原因

一般鋼筋混凝土構件在荷載作用下易產生裂縫，結構設計工程師要根據工程實際的地基承載力情況、上部結構的靜荷載和動荷載、結構環境因素及結構實用性和耐久性等因素來控制結構荷載裂縫，避免由于結構設計的影響出現裂縫，而結構設計工程師對結構構件的裂縫變形控制考慮不全面，也是結構裂縫發生增多的原因之一

（3）施工原因

施工操作的不規范是影響混凝土結構出現裂縫的重要因素。如混凝土配合比設計是否合理；粗細骨料顆粒級配是否符合規范要求，砂是否按要求過篩，含泥量是否滿足規范要求；水泥和外加劑能否相適應；混凝土坍落度控制是否合理。這些都會影響混凝土質量和收縮變形。同時在施工過程中混凝土澆筑高度過高出現離析現象，或者混凝土振搗不密實，施工縫處理不到位都會引起混凝土開裂；在混凝土養護期間養護不到位，容易產生收縮裂縫，而拆模過早，也會引起混凝土開裂。除了上述技術因素外，施工管理不到位，偷工減料，施工馬虎等也是引起混凝土開裂的人為因素。

三．裂縫控制方法

鋼筋混凝土結構在通常情況下都是帶縫工作的，但是我們要將裂縫控制在規范允許的范圍之類，防止由于裂縫的存在和發展使鋼筋發生銹蝕，降低混凝土結構的承載能力、防水抗滲性能，從而影響建筑結構的耐久性和使用壽命，進而危害人們生命財產安全。

下面從混凝土材料、設計、施工、后期維護四個方面來介紹控制混凝土結構的措施。

1.混凝土材料

選用水化熱低的水泥、降低混凝土的入模溫度和提高混凝土的強度來防止溫度裂縫的產生，通過配置低收縮的混凝土同時加強混凝土材料的檢查和混凝土構件的養護來防止收縮裂縫的產生。

2.結構設計措施

在超長混凝土結構設計中，根據建筑工程結構形式、地基承載力、結構荷載和環境影響因素及建筑使用性能來采取合理的結構設計措施，如采取合適的配筋率，和后澆帶，來控制混凝土結構裂縫的出現。

3.施工措施

在施工過程中，通過控制混凝土的配合比符合設計要求、控制原材料、嚴格施工技術要求和強化混凝土構件的養護工作來控制由于施工原因引起的構件裂縫。

對于超長混凝土結構，為了防止結構的開裂，通常采取“抗放兼備，以放為主”的原則來控制超長混凝土結構裂縫。目前通用的裂縫控制措施主要有王鐵夢教授提出的“抗”、“防”、“放”以及兩者結合的辦法，如用補償收縮混凝土膨脹加強帶代替后澆帶的無縫施工技術可以有效的控制裂縫的產生。

超長混凝土結構裂縫問題會影響結構構件的適用性和耐久性，在工程實踐中我們要不斷尋求裂縫的控制方法，嚴格控制裂縫的產生。

[1]吳中偉 鋼筋混凝土的銹蝕和裂縫與安全使用期 混凝土與水泥制品 1984

[2]王鐵夢 工程結構裂縫控制 中國建筑出版社 1997

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1007-6344（2016）10-0244-01