钢筋混凝土超长框架结构裂缝机理控制技术

【摘 要】当前,超长混凝土结构数量日渐增多,与普通换凝土相比,超长结构混凝土产生的温度收缩及干燥收缩更大,因此裂缝控制更加困难.本文从超长混凝土框架结构裂缝机理入手,从材料、结构、施工三大方面,提出裂缝控制措施,有一定指导意义.

【关 键 词】超长混凝土结构；裂缝；控制

一、超长混凝土框架结构裂缝机理

（1）混凝土结构受力裂缝──混凝土结构在荷载作用下所引起的裂缝.（2）混凝土化学反应胀裂──混凝土内部某种化学反应物的膨胀力所引起的裂缝.（3）混凝土的塑态裂缝──混凝土在浇筑后呈塑性状态时因收缩或沉降等所引起的裂缝.（4）混凝土变形约束裂缝──混凝土收缩、温度变化及不均匀沉降受到约束作用所引起的拉伸开裂.混凝土实际裂缝可能是上述各类裂缝的组合效应.其中,第一类裂缝不可避免,一般钢筋混凝士结构构件是依靠配筋来控制裂缝宽度.第二类裂缝有其特定起因,数量不多.第三类裂缝可利用合理的施工措施加以解决.据国内外资料表明,以第四类为主的裂缝约占裂缝总数的80％,因此研究该类裂缝的产生机理及解决办法意义深远,此类裂缝也即是本文笔者主要的研究对象,为简便起见,将该类约束裂缝称为温度及收缩裂缝.温度及收缩裂缝的产生机理主要概括如下：因温差及收缩作用,柱和墙等发生竖向变形,比较自由；而粱板的变形会受到柱和墙等竖向结构的约束,在结构中产生内力,相应的应力就称为温度及收缩应力,也可简称为温度应力.温度应力的产生机理与荷载应力完全不同,两者区别具体如图1所示,通过对比可见,荷载作用是一种直接作用,而温度及收缩作用是一种间接作用,与约束有着密切的关系.当温度及收缩应力超过混凝土的抗拉强度即产生裂缝.重所周知,混凝土是一种抗拉强度低,变形小,破坏突然的脆性材料,而混凝土抗拉伸能力一般较弱,而结构在施工过程和使用过程中,几乎不可避免温度升降、收缩及约束作用,因此也就导致了混凝土工程裂缝的产生,而此问题,在超长混凝土框架结构中表现得尤为突出.

二、材料控制措施

（1）应用减水剂.根据Powers．T．C等人提出的干缩毛细管张缩理论,造成混凝土的收缩的一大因素是存在水泥胶凝孔隙中的水分发生的毛细管张力所为,因此,要降低混凝土的干缩,就必须设法降低毛细管的数量或降低毛细管的表面张力.毛细孔是由于混凝土中满足水泥水化成水泥石以外的多余的水分蒸发后形成的,要减少毛细孔生成直接有效的方法就是采用减水剂减少混凝土拌和用水量,从而减少混凝土中的游离水蒸发时遗留下来的毛孔体积.（2）添加混凝剂.掺加缓凝剂虽然不能减少水泥的总发热量,但能有效的减小混凝土的内外温差,通过利用缓凝剂,推迟最高温升出现时间,从而对混凝土绝热温升产生延峰、削峰的作用,控制裂缝.但在使用缓凝剂时必须注意缓凝时间长引起的泌水现象.（3）添加膨胀剂.主要是利用膨胀剂来补偿混凝土收缩的影响.膨胀剂的作用主要发生在早期,混凝土初期收缩变形比较大,能解决混凝土的早期裂缝.目前工程界普遍使用的UEA补偿收缩混凝土,水泥中掺10％～12％UEA膨胀剂拌制成的补偿收缩混凝土,其限制膨胀率为2～4×10-4,在钢筋和邻位的约束下,可在结构中建立0.2～0.77MPa的预压应力,大致可以抵消混凝土硬化过程中干燥和水化热引起的拉应力.

三、结构设计控制措施

（1）采取良好的保温隔热措施,采用高效保温材料,屋面保温隔热层和护墙选用保温隔热性能好的材料等,严格满足建筑节能设计标准.（2）当前,后浇带是列入高规中的设计人员常采用的方法,高规规定后浇带间距为30m～40m,实践中,笔者建议应结合建筑物的长度、气候环境特点综合考虑,一般应控制在30m左右；位置可设在小跨梁开间或受力较小的部位,一般可在梁跨三分之一处；平面布置时要注意梁的布置宜平行于后浇带以免梁截断太多；后浇带视具体情况可沿平面曲折通过.对后浇带的宽度,高规规定为800～1000mm,建议预留的宽度要考虑满足钢筋错开搭接要求,可允许大于1000mm.后浇带浇筑时间一般应保证两个月后浇筑.（3）楼板配筋时考虑温度和收缩应力,将这部分配筋与受力钢筋叠加,沿长度方向中间协区域上部钢筋有50％钢筋拉通.根据计算结果,对梁柱采取加强措施,特别是边柱和中部横梁,按计算结果加强了配筋.长度大于30m的梁,其腰筋加大加密.（4）屋面板、阳台板、外廊板等外露室外现浇板(含施工期间主体暴露时间较长的室内现浇板)以及板跨大于4m且采用泵送混凝土的双向连续板等温度收缩应力较大的板,均应在板面(即板的受压区)配置不小于

6@200双向钢筋网片,或支座钢筋间隔全跨贯通,但间距不宜大于200mm,每一方向配筋率不宜小于0.1％.以上板在有受力钢筋处,实配钢筋尚应考虑温度收缩应力影响予以适当增大.

四、施工控制措施

（1）对于工程中混凝土原材料的质量要严格控制,特别是骨料的含泥量控制在l％以下；严格控制水灰比,C30砼水灰比控制在0.4,从而大大减少混凝土的干缩；水泥选用水化热较低的普通硅酸盐水泥,在保证强度前提下,掺入适量粉煤灰,既增加和易性,又降低水化热.（2）施工中,混凝土原材料的模温度应尽量降低,选用中低热水泥,埋入冷却管,保水保湿养护,掺入粉煤灰或缓凝剂等,以期降低因温差带来的混凝土冷缩变形.（3）通过浇注时加强混凝土振捣工艺等机械手段,将混凝土的密实性最大限度地提高,以减少混凝土结构中的大孔,降低混凝土的总孔隙率,从而减少混凝土的干缩值.（4）尽可能使混凝土缓慢地降温,缓慢地收缩,使其在变形不大的条件下由于徐变作用,其内力随时间的延长面逐渐减小,即应力松弛,从而达到提高混凝土极限拉伸变形的目的.（5）加强养护意识.混凝土若过早地暴露于大气中,其内的水分将迅速蒸发造成毛细管网彼此连通,加大混凝土的收缩,出现龟裂.因此,在混凝土成型后要及时养护,养护时间不少于14d.该养护时间是以大量实验为依据的,实验表明,当养护期少于14d时混凝土由于早期失水,强度增长缓慢,收缩率则按对数比例增大.若这段时问养护得好,混凝土各方面性能都好.14d后水泥水化速度逐渐变慢,强度增加也缓慢,继续养护固然有好处,但停止养护应不能影响混凝土的质量.

总之,混凝土结构长度越长,因混凝土收缩和温度变化引起的结构约束应力越大,混凝土结构就越容易出现裂缝.近年来,随着高层或大柱网建筑的不断涌现,混凝土强度等级的提高,施工中泵送混凝土工艺的应用,使超长混凝土结构出现温度收缩裂缝逐渐增多,结构裂缝控制越来越受到大众的关注.对超长结构的裂缝控制是一个系统工程,在实际工程中,必须从材料、结构、施工等多方面入手,综合采取有效措施,将裂缝控制在无害的范围内.