超长结构混凝土裂缝的产生及处理方法

（2p）超长结构混凝土裂缝的产生及处理方法李伟 肖丽媛在混凝土结构中，裂缝是比较常见的缺陷。通过设计手段、施工、原材料等方面进行综合控制是可以对混凝土裂缝进行相应的控制和处理的，同时采取综合控制或者在事后采取一定的加固、补强等措施。某工程总建筑面积为 16536㎡。该工程包括 2 层的办公楼和局部五层的主楼，框架结构，主体高度约 24 米，带一层地下室，并与原主楼地下室相通。地下室及首、二层的长度为 140 多米，三层以上为 70 多米。由于建筑功能的要求，结构不设缝，所以属于超长结构。一、混凝土裂缝成因分析混凝土在施工过程中由于温度、湿度的变化以及混凝土徐变的影响，结构超长受内部混凝土约束、早期受振动等，其表面出现的拉应力及内部收缩应力都有可能引起混凝土产生裂缝。而若工程属超长结构受内部混凝土约束，易产生温度裂缝及塑性收缩裂缝。（一）温度裂缝多发生在施工期间。裂缝的宽度受温度影响较大，冬季较宽，夏季较窄。这类裂缝的宽度一般在 下。裂缝的走向无规律性，深进和贯通的温度裂缝对混凝土有较大的破坏。这类裂缝产生的原因是混凝土在硬结的过程中发生收缩，温度变化时会热胀冷缩，当这两种变形受到约束后，在结构内部就会产生收缩应力和温度应力，这两种应力分别超过混凝土抗拉强度时就会导致混凝土开裂而形成收缩裂缝或温度裂缝。超长混凝土结构中较多见的是在收缩应力和温度应力共同作用下所产生的温度收缩裂缝。（二）塑性收缩裂缝的产生主要是混凝土在初、终凝前后，在结构表面上有时会出现水泥浆干燥面层似的裂缝，受风吹日晒，致使其表面游离水分蒸发过快、体积收缩，初期强度不能抵抗这种变形应力，因而产生裂缝。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，又会在混凝土内部出现拉应力，气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。二、温度应力的分析（一）根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：（1）早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约 30 天。（2）中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度。（3）晚期：混凝土完全冷却以后的时期。（二）根据温度应力引起的原因可分为两类：（1）边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，混凝土方块结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。 （2）结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力，如方块的榫槽。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。（三）在的施工中，为了提高模板的周转率，往往要将方块尽早拆模。当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。加筋对大体积混凝土方块的温度应力影响很小，因为加入方块的混凝土中的含筋率极低。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下，钢的各项性能是稳定的，而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土线胀系数相差很小，在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的 7～15 倍，当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时，钢筋的应力将不超过 100～200kg/此，在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难。三、混凝土方块内约束与外约束混凝土块体自身质点之间的约束：大体积混凝土方块在温度变化过程中，块体内温度分布是不均匀的。块体表层散发快，表层温度接近外界气，而内部积聚的水化热不易散发，使块体内部温度明显高于表层温度，内、外温差不一致，使表层混凝土收缩受到里层混凝土的约束而产生拉应力。混凝土浇注后，温度逐渐下降，块体也随之收缩。但是在块体底部与底胎上的榫相互作用，块体收缩受到榫的约束，从而在块体内部产生拉应力。该拉力在混凝土方块的底部最大，一旦产生裂缝也是从底部开始，随着收缩的增加和温度应力的增大，裂缝将向上延伸，有时贯穿整个块体。外约束作用越大，相应的温度应力愈大；内约束产生的温度应力与块体内、外温差愈大，温度应力也愈大。如果二者产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度混凝土都要出现裂缝。方块 A、B、C 水泥用量少，水化热小，且方块 A 底部无外约束，所以方块 A 不产生裂缝。方块 B、C 底部有外约束，当外约束产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度就出现裂缝，因此方块 B、C 在榫槽处有时出现裂缝，方块 D 和卸荷板因有抗冻要求，强度等级高，水泥用量多，水化热大，且都有外约束（方块 D 在底部榫糟处，卸荷板在预留孔处） ，所以方块 D 和卸荷板出现的裂缝比 B、C 明显。四、无缝设计方法无缝设计施工的思路是用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作为结构材料，其在水化硬化过程中产生膨胀作用，该膨胀由于受到钢筋和邻位的约束，能在结构中建立一定的预压应力，由此来抵抗收缩和温差变形时产生的拉应力，防止混凝土开裂。在地下工程中，60m 长可不设缝；超过 60m 时，为保险起见，用膨胀加强取代后浇带。膨胀加强带位置一般设在原后浇带的位置上，其宽度为 2m，带的两侧分别架设密孔铁丝网，目的是防止砼流入加强带内。施工时，先浇筑带外微膨胀砼，浇到加强带时，再增加 2%～3%膨胀剂配制较大膨胀率混凝土（其膨胀率 。加强带浇完后，要特别加强养护，水养不少于 14d。由于膨胀混凝土具有补偿收缩和提高混凝土密实度的性能，它的抗裂抗渗性、粘结强度及力学性能均优于普通混凝土。本工程中 140m 超长结构中拟在混凝土中掺入抗裂膨胀剂（，设两道膨胀加强带，约 50 米一道，一次性连续浇筑不留伸缩缝和后浇带。凝土在本质上与普通混凝土是基本相同的，其差异只是具有一定的体积膨胀，在限制用量的条件下，可在混凝土中建立 应力。 偿收缩的设计要点：①在超长结构设计中，根据结构特征，可取消伸缩缝和后浇带，用 胀加强带取代，在结构收缩应力最大的位置，多掺入 生相应的膨胀来补偿结构的收缩。②加强带一般设置在结构对称轴位置上，带宽取 2m，本工程由于长度较长，设两道加强带，加强带底面适当增置 10％～15％温度钢筋，带两侧分别设细钢丝网，目的是防止混凝土流入加强带内且可作为施工缝的分隔带（加强带作后浇带要求时） 。③加强带混凝土掺 14％～15％虑到膨胀作用会使混凝土的自由强度降低，其强度等级应比两侧混凝土高 5侧混凝土采用内掺 8％～10％、采用 注意的问题偿收缩混凝土的良好工作性能是否能正常发挥，从而达到设计要求，和施工管理、混凝土的质量控制直接相关．虽然 偿收缩混凝土的使用，对解决大体积混凝土和超长混凝土结构施工水化热及混凝土的自防水问题较方便，但在使用中需注意以下几点。（一）严格控制设计配合比偿收缩混凝土的配合比设计要求准确，一般由实验室配制确定。膨胀剂混凝土配合比设计与普通混凝土相同。但最低水泥用量应＞300kg/m³。水工、海工大体积混凝土例外。膨胀剂加入量（E）按内掺（替换水泥率）计算，即 E/C 胀剂混凝土配合比设计要经试验确定。搅拌混凝土可在现场搅拌站拌制。膨胀剂称量要有专人负责，误差应＜对膨胀剂计量装置要随时检查。（二）振捣密实偿收缩混凝土由于 掺入，使其坍落度有所降低，施工时应注意振捣密实，不能过振或漏振，杜绝蜂窝麻面，以保证混凝土质量，减小收缩，提高抗渗等级，提高强度。（三）做好混凝土的养护工作混凝土运输、振捣与普通混凝土一样。但是，对于自防水混凝土更要注意振捣密实，不能漏振、欠振、过振。施工缝处理按常规，但外缝要用膨胀剂砂浆抹一天防水袋覆盖。（四）与钢纤维配合使用加入 补偿收缩混凝土虽能在很大程度上补偿混凝土的收缩，但它毕竟是脆性材料，如果混凝土的配合比不当，或振捣不够密实，或养护不太好，其减少裂缝的能力就会减弱．而如果在补偿收缩混凝土中加入极少量的钢纤维，混凝土的裂后变形性能就会得到较大提高，同时在混凝土收缩时由于钢纤维的作用，可进一步减小和限制混凝土的开裂，还可明显提高混凝土构件的抗震塌能力。六、结语总之，控制材料、施工、设计三个环节，是混凝土质量的保证，对混凝土应加强质量监控。用实用水泥及其他材料试配以调整掺用膨胀剂控制设计要求膨胀率。养护要改进，温控不放松是质量的保证。（作者单位：天津城市建设管理职业技术学院）