防止混凝土溫度收縮裂縫的設計方法研究

樊慧芳

（臨汾電力設計院，山西 臨汾 041000）

隨著建筑向大型化和多功能發展，超長（即超過溫度伸縮縫間距）高層或大柱網建筑不斷出現，混凝土強度等級的提高，施工中泵送混凝土工藝的應用，使超長混凝土結構易出現的溫度收縮裂縫有逐漸增多的趨勢。其中混凝土收縮和溫度變形引起的裂縫最常見。這類裂縫屬非結構性裂縫，裂縫很小時一般不致影響構件承載力和結構安全，但裂縫很大時（有害裂縫），就會影響結構的耐久性和整體性，同時也會造成使用上的不便。下面針對如何防止和減輕超長混凝土結構收縮裂縫的措施提出一些建議。

1 溫度收縮裂縫的原因和特點

混凝土在硬化過程中，由于水化作用引起體積收縮；當溫度變化時會像其它物體一樣產生熱脹冷縮，尤其是超長結構更為明顯；當這兩種變形受到約束的，在結構內部就會產生收縮應力和溫度應力，這兩種應力在混凝土中產生的主拉應力分別超過混凝土抗拉強度，主拉應變超過混凝土極限拉應變時，就會導致混凝土開裂而形成收縮裂縫和溫度裂縫。此類裂縫一般發生在混凝土澆注后半月至數月內，主要影響的部位是應力較集中部位及溫度變化較大部位，一般為底層和頂部數層梁板以及外墻、挑檐、欄板等外露構件。

1.1 收縮變形的特性及影響因素

一般混凝土最終收縮應變約3～5×10-4，其特點是早期收縮快，半年可完成第一年收縮量的80～90%，一年后仍發展但已不明顯。其影響因素主要有混凝土強度等級，水泥品種，水灰比，坍落度等。

1.2 溫度變形的特性及影響因素

混凝土溫度線脹系數一般為1.0×10-5/℃，其變形隨溫差而變化，一般發生在混凝土結硬一直到房屋使用期間。其影響因素有季節溫差，內外溫差和日照溫差。

2 設置混凝土后澆帶，減少溫度裂縫

2.1 設置混凝土后澆帶，減少溫度裂縫

在混凝土施工時采取后澆帶分工施工，新版高層規程和混凝土規范中規定：每30m留出施工后澆帶，其寬800mm-1000mm。由于混凝土收縮變形隨時間的增長而增加，初期收縮料快，一個月時完成50%，規范規定后澆帶混凝土在2個月后澆灌，此時混凝土收縮大約可以完成70%。這種在施工階段采取防裂措施，是國內外通用的減小混凝土收縮不利影響的有效方法。

2.1.1 后澆帶位置上，板鋼筋采用搭接接頭，以使兩側混凝土各自自由收縮，梁主筋斷開困難較多，可不斷開。

2.1.2 后澆帶處，板、梁可附加鋼筋，一般為斷開處鋼筋面積的一半。

2.1.3 后澆帶應從受力影響較小的部位通過，如梁板1/3跨度處，連梁跨中等，不必在同一截面上，可曲折而行，只要將建筑物分開兩段即可。

2.1.4 后澆帶兩側設鋼筋網片，防止主體混凝土流入后澆帶。

2.1.5 后澆帶混凝土施工前應清理鑿毛，澆筑時振搗密實，并精心養護。后澆混凝土采用無收縮或微膨脹混凝土，強度較主體提高一致。

2.1.6 后澆帶支撐待后澆混凝土達到設計強度時方可拆除。

2.2 采取構造措施控制減少混凝土應力收縮

2.2.1 加強屋面保溫措施，采用高效保溫材料，設置外墻保溫層。

2.2.2 對有嵌固（梁或墻）的現澆板，應沿支撐周邊配置上部構造鋼筋，且在板角處沿兩個方向布置或按放射狀布置。控制現澆板混凝土強度等級不宜大于c35，后澆帶列入高層規程后已在大量工程中廣泛使用。其主要作用是減小混凝土早期以收縮為主的變形。防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫目前仍然應首先或主要采用設置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應力的綜合措施。考慮目前混凝土溫度收縮裂縫的趨于增多以及超長混凝土結構的抗震性能。建議采用上述綜合措施，房屋總長宜控制在120m內。

2.2.3 根據工程經驗，新版混凝土規范將現澆板單向板分布鋼筋的間距和數量都有提高，單位長度上的分布鋼筋不小于受力鋼筋面積的15%，分布鋼筋最小為埭6@250。

2.2.4 在溫度收縮應力較大的現澆板中，如一層和頂層，在表面應布置雙向溫度收縮鋼筋，支座處要滿足受力要求。

2.2.5 框架梁及現澆梁高≥600mm者均設2埭12腰筋，腰筋細而密間距不大于200mm。每側腰筋配筋率不宜小于0.1%。

2.2.6 檐口板，外露欄板應雙面雙向配筋，上下端頭各配2埭10溫度抵抗筋，新版混凝土結構規范規定間距12m設置一道20mm寬溫度伸縮縫。每一方向配筋率不宜小于0.1%，以上板在有受力鋼筋處，實配鋼筋尚應考慮溫度收縮應力影響予以適當增大。

2.2.7 控制混凝土強度不宜大于C35，強度高混凝土收縮性大，易產生裂縫。

2.3 采取外加劑和施加預應力補償混凝土收縮

由于后澆帶延長工期，鋼筋斷面的搭接、焊接和清理鑿毛給填縫施工帶來一定麻煩，處理不好會帶來隱患。采取連續施工方法。預應力混凝土可增強梁板剛度，梁板中所產生的預壓應力可抵消由于混凝土溫度變化和收縮產生的軸向拉應力，從而達到擴大溫度伸縮縫間距不設后澆帶的目的。經對調研了解到：梁板在采用無粘結予應力混凝土后，平面尺寸84×48m，未設后澆帶，使用良好。

2.3.1 在混凝土中加入外加劑，產生少量預壓應力來補償混凝土硬化過程中產生的收縮應力和溫度應力，從而使裂縫控制在無害范圍內。這種施工方法，在實際工程中有許多成功的例子。施工時可整體加入外加劑，也可局部加入做成膨脹混凝土加強帶來代替后澆帶。應用時要注意外加劑的技術條件，并注意保溫養護。

2.3.2 預應力混凝土可增強梁板剛度，所產生的預應力可抵消由于混凝土溫度變化和收縮產生的軸向拉應力，減小或抵消混凝土開裂的可能性，從而達到擴大伸縮縫間距，不設后澆帶。所施加的預應力必須是專門用于抵消溫度收縮的預應力。

對于不同建筑應結合各自特點，通過有效的分析或計算慎重考慮各種不利因素對結構內力和裂縫的影響，確定合理的伸縮縫間距。后澆帶不能起到伸縮縫的作用，對于超長且對裂縫敏感的建筑，應結合加入外加劑（預應力）的辦法以解決混凝土長期使用過程中，受溫度等外界影響的應力收縮。

3 結語

3.1 溫度收縮裂縫是超長混凝土結構中較常見且日趨增多的裂縫，由于該裂縫的危害性及規范的局限性，設計人員應予以足夠重視。

3.2 本文從設計角度上簡析了混凝土收縮和溫度變形的特性，影響因素以及溫度收縮裂縫的成因和基本特點，以使設計人員建立最基本的概念來針對性地結合具體工程特點考慮防止和減輕溫度收縮裂縫的具體措施。

3.3 “設置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應力的綜合措施”注重結構概念設計，對裂縫采取“放”“防”“抗”相結合的構想。工程實踐證明，對防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫比較有效，但其中一些措施主要基于設計概念和定性分析，如何通過進一步的定量計算及實驗驗證，尚需做深入工作，具體工程在采用時應根據其各自特點，并結合本地區8°抗震設防要求綜合考慮。

[1]車宏亞主編：鋼筋混凝土結構原理天津大學出版社，1990，3

[2]王赫主編：建筑工程事故處理手冊中國建筑工業出版社，1998，8.