超長混凝土結構裂縫控制方法及應用研究

唐銎

（廣西華藍工程咨詢管理有限公司，廣西 南寧 530001）

1 超長混凝土結構的特點

國內外目前對超長混凝土結構還沒有一個嚴格的定義。一般認為大面積混凝土結構就是指以整澆混凝土樓面結構的長度或寬度是否超過規范不設縫的限制要求為標準的。這里的大面積混凝土結構即為超長混凝土結構。超長混凝土結構包括以下幾個方面的特點：

1.1 樓面一個方向或兩個方向超長，平面尺寸較大，樓板厚度＜200mm。

1.2 在混凝土收縮和溫度變化的作用下，混凝土澆筑后，樓面發生較大的變形，結構將產生較大的應力，從而導致混凝土產生裂縫。

1.3 引起超長混凝土結構產生裂縫的主要原因包括溫度和收縮應力。

2 超長混凝土結構開裂的類型及原因分析

2.1 混凝土收縮引起的開裂

在混凝土結構中，基礎、豎向構件及混凝土內鋼筋約束著混凝土的收縮變形，混凝土中產生拉應力，當混凝土中拉應力超過混凝土的抗拉強度或拉應變超過混凝土的極限拉應變，結構就會產生裂縫。

由于混凝土材料本身所具有的一種物理化學特性，混凝土收縮與應力無關。實踐證明，混凝土密實度、水泥品牌和數量及其質量、外加劑的品種、性質和用量、養護方法和齡期、環境溫度和濕度、體積和表面積之比等都是影響混凝土收縮的因素。

2.2 溫度應力引起的裂縫

作為物體受溫度作用的一種自然現象——熱脹冷縮，我們不應忽視其溫度作用對建筑物的影響。太陽熱輻射和空氣溫度在建筑物表面產生的日照溫度構成了建筑物的環境溫度。應力會隨著結構或構件變形受約束時產生。依據鋼筋混凝土溫度應力產生的原因，可將混凝土溫度應力概括為以下2種：

2.2.1 外約束應力。外約束應力是由于鋼筋混凝土結構的全部或部分受到外界約束，溫度收縮變形時不能自由變形而引起的。實踐中常見的有：梁和地基約束了基礎板受到、柱子約束了框架梁的變形、梁柱約束了樓板、地基基礎約束了框架變形、墻板受到基礎的約束等等。

2.2.2 自生應力。鋼筋混凝土結構本身的約束而產生的，且在整個斷面上，產生的拉應力與壓應力保持平衡的即為自生應力。如在實踐中，當混凝土冷卻的時候，由于內外存在溫差，混凝土表面的溫度收縮變形收到內部的約束，拉應力就會在表面產生，從而出現內部壓應力現象；又如，內部鋼筋在混凝土收縮時對其進行制約等等。

綜上所述，約束在研究溫度對結構變形影響方面，是一個不可忽視的基本概念。當溫度發生變化時，無論是外約束還是內約束，對于超長混凝土結構來說，因為溫差產生的溫度變形無法自由釋放，結構都會產生溫度應力，此時，如果混凝土抗拉強度小于應力，就會導致結構開裂。

3 抗裂措施

3.1 施加預應力

新技術的應用成為解決溫度應力的技術措施，幾乎所有的超長混凝土框架結構抵抗溫度變形和混凝土收縮變形的主要措施都是采用都將預應力。在預應力混凝土結構中采用的是高強鋼筋，如果要使高強鋼筋的強度充分被利用，必須使其有很大的伸長變形，鋼筋屈服后，構件將出現不能允許的過寬裂縫和較大撓度，預應力混凝土看作混凝土經過預壓后，從原先抗拉弱抗壓強的脆性材料變為一種既能抗拉又能抗壓的彈性材料，溫度收縮應力引起的拉應力被預應力所產生的預壓應力所抵消，在正常使用狀態下，混凝土沒有裂縫出現，甚至沒有拉應力出現。對于部分預應力框架結構，框架梁中配置拋物線型預應力筋，同時抵抗豎向荷載以及水平方向的溫度和收縮變形，板中配置無粘結預應力直線溫度筋，如果結構層高受到限制，通常采用無粘結預應力扁梁框架或無粘結預應力平板結構。

3.2 后澆帶的設置

施工中，應加強和控制后澆帶的施工質量。所謂后澆帶，就是指在建筑施工中為防止現澆鋼筋混凝土結構由于溫度、收縮不均可能產生的有害裂縫，按照設計或施工規范要求，在基礎底板、墻、梁相應位置留設臨時施工縫，將結構暫時劃分為若干部分，經過構件內部收縮，在若干時間后再澆搗該施工縫混凝土，將結構連成整體。如果施工中處理不好后澆帶，非但工程達不到預期效果，而且還會致使結構存在安全隱患，從而使結構防水效果大打折扣。實踐中，我們總結了以下幾種方法，對后澆帶間混凝土進行加強控制：為了提高其抗裂能力，相對于先澆混凝土，后澆帶處的混凝土應相應地提高一個強度等級；為了防止因為澆筑時間差導致后澆帶混凝土與后澆帶兩側主體結構混凝土（兩側混凝土已完成一部分收縮）形成較大的收縮差，應采用補償收縮混凝土、低收縮混凝土、膨脹劑摻量較周圍混凝土大的補償收縮混凝土；為了使新混凝土和舊混凝土之間緊密結合，防止在交界面出現裂縫，應利用預應力筋在后澆帶處交叉搭接。后澆帶處混凝土的施工質量十分重要，是確保達到設計要求的關鍵。兩側混凝土結合面需按施工縫處理，兩側混凝土做成企口形式，其接縫要嚴格按照施工圖施工。后澆帶兩側混凝土應在施工前鑿毛，然后再清理沖刷干凈后澆帶，為了便于粘結，再均勻涂刷一層水泥漿或與混凝土內成分相同的水泥砂漿，最后進行不少于15d的潮濕養護，以確保混凝土的澆筑質量。需要重視的是：為了減少后澆帶封閉后的溫度變化，后澆帶澆筑混凝土時的溫度不應大于主體澆筑混凝土的溫度，其主要目的是降低后澆帶處溫度應力，減少開裂。

3.3 添加膨脹劑

部分工程為了補償混凝土收縮的影響，需要在混凝土中添加膨脹劑，膨脹劑的功能主要發揮于早期，初期時混凝土收縮變形比較大，早期裂縫能被解決，中國建筑科學研究院的UEA補償收縮混凝土在實踐中是首選，在水泥中摻入10～12UEA膨脹劑拌而制成的補償收縮混凝土，其限制膨脹率為2～4×10，在鄰位的和鋼筋約束下，可在結構中建立0.2～O.7MPa的預壓應力，混凝土硬化過程中干燥和水化熱引起的拉應力能大致可以被抵消。

3.4 釋放約束

由于混凝土收縮和溫度變化，邊緣部分的大面積混凝土結構變形最大，為此，橫向開裂可能在邊柱處出現，所以，為了提高柱子的變形能力或者降低柱子的抗側剛度，大部分的工程都需要采取一定的措施加以補償，例如：把邊柱與混凝土梁板結構之間做成鉸接，把一個大柱在原位分成兩個小柱或者采用鋼柱；為了釋放水平剪力，減少結構受約束的長度，使得溫度應力降低，亦可安裝適當數量的橡膠支座在結構的兩端。對于100米長的框架，跨度均為10米，在結構的兩端各放松一根柱子，則結構的有效約束長度為原來的0.8倍，溫度應力的降低幅度為0.3～0.5，這對解決超長框架的溫度應力有顯著的影響。

[1]李雁英.大面積混凝土結構溫度收縮應力與裂縫控制及動力分析 [D].大原理工大學，2008.

[2]李歡.超長混凝土樓板的裂縫控制措施分析[J].科技信息，2011（11）.

[3]張建華.超長混凝土結構裂縫成因與溫度作用效應分析[J].科技信息，2011（11）.

[4]朱文煜.超長混凝土結構裂縫產生原因和控制方法[J].中國水運：下半月，2011（4）.