高層建筑轉換層結構混凝土裂縫成因分析

【摘要】隨著經濟的高速發展，基礎設施的不斷建設，民用住宅的結構類型不斷的深化，高層建筑不斷涌起，那么帶來高層建筑混凝土結構轉換層產生裂縫的現象的頻率上升，其原因可能會因為混凝土的溫度應力出現溫差裂縫，也可能因為混凝土的化學收縮、干燥收縮和碳化收縮而出現收縮裂縫，還可能因為徐變而引起高層建筑轉換層構件裂縫。對高層建筑轉換層結構混凝土的裂縫的原因進行了分析，以及對高層建筑轉換層結構混凝土的裂縫的控制措施有所啟迪。

【關鍵詞】高層建筑；轉換層；混凝土；裂縫；原因

隨著經濟的快速發展，高層建筑也逐漸融入人們的工作和生活之中，高層建筑的結構形式也朝著大型化和復雜化的趨勢發展。根據功能及結構的需要，絕大多數高層建筑都設有轉換層，而對高層建筑轉換層大體積混凝土結構，建中施工的重點是控制施工階段其裂縫的產生。在這樣的背景環境下，本文對分析了裂縫產生的原因，以期對建筑施工中的裂縫控制措施有所啟迪。

1、混凝土的溫度應力與溫差裂縫

鋼筋混凝土結構會因為發生溫度變形而產生溫度應力，即它會隨著溫度變化會產生熱脹冷縮變形，當此變形受到約束時，在混凝土內部即會產生應力，我們把這種應力稱之為溫度應力。溫差裂縫指的是當溫度應力超過混凝土的抗拉強度，混凝土所出現的裂縫。

1.1溫度應力與溫差裂縫的關系

溫度應力是引起混凝土裂縫的主要原因之一，其大小與混凝土的結構形式、施工當地的氣候條件、所用的材料特性及施工過程及其運行條件等多種因素密切相關，當此應力超過混凝土的抗拉強度，混凝土即會出現裂縫，即溫差裂縫。當混凝土結構由于溫度應力是引起裂縫時，就會引起滲漏水，進而影響到混凝土結構整體性和耐久性。高層建筑轉換層結構在建筑中起著非常重要的作用，特別是在施工中對設計規定的溫度控制措施不夠的情況下，往往會出現大量的裂縫，這些溫度裂縫會威脅到整個結構的安全。有時甚至會出現幾種不同溫差作用的疊加，嚴重的可能造成結構截面全部斷裂。通過對溫度應力的分析，可以查明可能引起裂縫的不同的溫度狀況，還能夠綜合實際工程經驗、混凝土的抗裂能力及分析結果，對溫度控制、裂縫防止提出相應的措施。

1.1.1 高層建筑轉換層混凝土構件溫差裂縫的成因

①環境溫度劇烈變化，包括年變化和一些突發天氣，會使混凝土形成內外溫差。通常情況下，在氣溫變化不大的情況下，齡期5天以前的混凝土的暴露表面一般不易開裂，但是如果當日平均氣溫在兩天到四天內連續下降超過6度的情況下，未滿28天齡期的則可能產生裂縫。

在建筑工程中，尤其是現澆的大體積混凝土結構中，因為環境溫度劇烈變化而形成內外溫差的情況較為多見，如高層建筑轉換層結構在其拆模以后，如果突然遇到寒潮等大幅的降溫的天氣，在短期內產生就會較大的溫差，這時候就容易引起較大的溫度應力，導致混凝土出現裂縫的現象。

②水泥的水化熱，混凝土中的熱量來源于原材料和水泥的水化熱，水化熱是熱量的主要來源。所謂水化熱，指的是水泥在水化的過程當中，水泥熟料中各種礦物在水化反應中產生一定的熱量，這其中大部分熱量會在3天以內釋放出。然而對于那些大體積混凝土，混凝土澆筑以后所產生大量水化熱由于其本身的結構斷面尺寸較大并不容易散發出來，這時候混凝土內部溫度就會急劇的上升，最終到達一個較高的溫度。

水泥水化過程中所產生水化熱的快慢和多少，與水泥的類型、用量、成份、細度有關。一般來說，水泥細度愈細，則水化熱放出愈早；硅酸二鈣和鋁酸二鈣含量較多的水泥會產生較多的水化熱；用量越多，水泥水化熱越多。

水泥水化熱會引起混凝土的升溫，散熱會引起溫度的降低，在溫度的升降過程中不僅會產生較大的溫差，引起較大的溫度應力；其內部結構也隨著齡期而發展，表現為強度、彈性模量的增長和塑性的降低。較大的溫度應力再加上其性能的變化，很容易引起的轉換層混凝土變形，導致混凝土出現裂縫的現象。

2、混凝土的收縮與收縮裂縫

2.1 混凝土的收縮

普通的混凝土在空氣中結硬的過程中，體積會不斷的減小，我們把這種現象稱為混凝土的收縮，其類型主要包括化學收縮、干燥收縮和碳化收縮三種。所謂化學收縮，指的是由于水泥水化失水引起的體積縮小變形，也稱為凝縮、自生收縮，化學收縮量相對于干燥收縮量極小。

干燥收縮指的是置于未飽和空氣中的混凝土因水分散失而引起的收縮現象，其收縮量占總收縮量的比例較大。干燥收縮與養護的環境有關，當混凝土硬化期間在水中養護的環境下，會略有膨脹，干燥收縮的量要小些。一方面，是因為在混凝土硬化時，如果能給其連續補充水分，水泥凝膠體不斷吸水就會使混凝土膨脹；另一方面，當已干燥的混凝土再次吸水變濕時，原有的干燥收縮的量要小些。這種由于混凝土中的水分的不同而引起的變形，稱干縮濕脹性變形。

碳化收縮指的是由于氫氧化鈣的結晶體的溶解、碳酸鈣的沉積、以及碳化反應所造成的生成水蒸發而引起的體積縮小變形。碳化會自混凝土表面逐漸的向其內部擴展，但這一過程比較的緩慢。碳化的快慢與二氧化碳的濃度、混凝土的濕度、周圍介質的相對濕度、以及混凝土的透水性有關。混凝土的透水性則與灰比和養護效果有關，一般而言水灰比大和養護不足的混凝土的碳化深度較大。在中間濕度時產生的碳化收縮的量較大，這是因為當水泥石孔隙內水分不足時，二氧化碳無法形成碳酸；當水泥石的孔隙內充滿水分時，二氧化碳擴散到水泥石內將非常困難。混凝土的碳化會造成混凝土的材料性能劣化以及堿性水泥中性化，大大的降低混凝土保護鋼筋防止銹蝕的作用。在鋼筋的保護層已碳化的情況下，一旦氧和水分侵入就會造成鋼筋銹蝕使混凝土開裂。

2.2 收縮裂縫的成因

混凝土的收縮裂縫比較普遍。收縮裂縫的產生與混凝土的養護、混凝土的振搗及原材料的收縮量、風速冷、以及冷縮受到限制等因素有關。

2.2.1 收縮裂縫的產生與養護有關

當混凝土成型后，由于水分的蒸發總是由表及里逐步發展的，這就會造成內外干縮量不一樣，形成構件截面上形成濕度梯度。這時候，混凝土表面的收縮變形就會受到混凝土內部的約束力，或是受其他約束力而產生較大的拉應力。特別是在混凝土養護不當的情況下，如水分蒸發過快時，就更加的會出現這種情況。再加上，混凝土的早期強度較低，所以就會很容易出現裂縫的現象開裂。

2.2.2 收縮裂縫產生與混凝土的振搗及原材料的收縮量等因素有關。

一方面振搗過度，混凝土表面形成水泥漿較多，會增加其收縮量，容易出現裂縫；另一方面，當混凝土采用含泥量較大的粉砂配制時，收縮量也會大大增，更容易產生裂縫。

2.2.3 收縮裂縫的產生與風速有關

某些露天建筑，尤其高層建筑的轉換層結構特別容易受到風干的影響，有時候盡管當地濕度很大，但由于風速強烈，會大大的增加混凝土的干縮裂縫。由于不同地區的風速的大小不同，風速對收縮的影響很難用定量的辦法來衡量，在干縮計算中還未有可靠的系數考慮，但總的來說在建筑施工的過程中要做好防風等工作。

2.2.4 收縮裂縫的產生與冷縮受限制有關

混凝土的冷縮是因為熱量散失引起的，如果在冷縮受到限制的情況下，就可能導致混凝土開裂。當混凝土處于降溫階段時時，混凝土會發生冷縮變形，但是由于此時的混凝土的可塑性已大大減小，一旦冷縮變形受到限制時，就容易在混凝土中產生裂縫。對于高層建筑的轉換層大體積混凝土此種現象普遍和嚴重，因此在高層建筑轉換層施工中要特別注意這種問題。

3、混凝土的養護不到位也易產生裂縫

除了在轉換層處的裂縫防治，在材料吊卸區域的樓面裂縫也不容忽視，由于目前在實際施工中存在著質量和工期之間的較大矛盾，樓層施工速度過快，因此當樓層混凝土澆筑完畢后不足24小時的時間，上面就已經開始進行鋼筋綁扎、材料吊運等工作，這就使大開間的樓面非常容易在強度不足的情況下而引起受力裂縫，而且這種裂縫一旦形成就是永久裂縫。

對于這類裂縫的防治措施可以采用以下方法：①施工速度方面不能過快，樓層混凝土澆筑完后的必要養護一定要保證（不宜小于24小時），以確保樓面混凝土獲得最起碼的養護時間。②在樓面混凝土澆筑完2-4小時之內，盡量避免吊卸較重的大宗材料和大量人員進行鋼筋綁扎施工，并且在吊運少量的材料時做到輕卸、輕放。兩、三天以后方可進行正常支模等施工。在模板安裝時，不得將材料集中堆放，應做到分散就位，以減少樓面集中荷載的影響。③對于大開間的樓面應在模板支撐架搭設前就預先采用加密立桿以增加剛度，確保穩定性，減少變形來加強該區域的抗沖擊振動荷載，并在已澆筑的樓面上鋪設木模以擴散壓力，進一步防止裂縫的發生。

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