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摘要：本文就高層建筑結(jié)構(gòu)的幾個(gè)主要受力部位在混凝土施工中容易產(chǎn)生裂縫的原因進(jìn)行分析，并從設(shè)計(jì)與施工兩方面提出裂縫的控制措施。 

關(guān)鍵詞：混凝土　裂縫　裂縫控制 


　　混凝土工程中材料的特性決定了結(jié)構(gòu)較易產(chǎn)生裂縫，從實(shí)踐中來看施工中混凝土出現(xiàn)裂縫的概率也是很大的，相當(dāng)一部分裂縫對建筑物的受力及正常使用無太大的危害，但裂縫的存在會影響到建筑物的整體性、耐久性，會對鋼筋產(chǎn)生腐蝕，是受力使用期應(yīng)力集中的隱患，應(yīng)當(dāng)盡量在各方面給予重視，以避免裂縫的出現(xiàn)或把裂縫控制在許可的范圍之內(nèi)。

　　一、高層建筑施工中幾個(gè)特殊部位的裂縫分析 

　　1、大體積基礎(chǔ)混凝土板 

　　高層建筑中隨著高度的不斷增加，地下室愈做愈深，底板也愈來愈厚，厚度在3m以上的底板已屢見不鮮。高層建筑中基礎(chǔ)底板為主要的受力結(jié)構(gòu)，整體要求高，一般一次性整體澆筑。國內(nèi)外大量實(shí)踐證明，各種大體積混凝土裂縫主要是溫度變化引起。大體積混凝土澆筑后在升溫階段由于體積大，集聚在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度將顯著升高，這樣在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，在外表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，由于此時(shí)混凝土的強(qiáng)度低，有可能產(chǎn)生表面裂縫。在降溫階段新澆混凝土收縮因存在較強(qiáng)的地基或基礎(chǔ)的約束而不能自由收縮。升溫階段快，混凝土彈性模量低，徐變的影響大，所以降溫時(shí)產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于升溫時(shí)產(chǎn)生的壓應(yīng)力。差值過大時(shí)，將在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，最后有可能形成貫穿裂縫。為解決上述二類裂縫問題，必須進(jìn)行合理的溫度控制。 

　　混凝土溫度控制的主要目的是使因溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于同期混凝土抗拉強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)值，并有一定的安全系數(shù)。為計(jì)算溫差，就要事先計(jì)算混凝土內(nèi)部的最高溫度，它是混凝土澆筑溫度、實(shí)際水化熱溫升和混凝土散熱溫度的總和。混凝土內(nèi)部的最高溫度大多發(fā)生在澆筑后的3～7天。混凝土內(nèi)部的最高溫度Tmax可按下式計(jì)算： 

　　Tmax＝To+(WQ)/(Cr)ξ+(F)/(5O) (1) 

　　式中：T0——混凝土的澆筑溫度(℃) 

W——每m3混凝土中水泥(礦渣硅酸鹽水泥)的用量(kg/m3) 

F——每m3混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3) 

Q——每kg水泥水化熱(J/kg) 

C——混凝土的比熱 

r——混凝土的密度 

ξ——不同厚度的澆筑塊散熱系數(shù)(見表1) 

　　 

不同厚度的澆筑塊散熱系數(shù) 

表1　 

------------------------------------------------ 

厚度(m) 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 ＞4.0 

ξ 0.23 0.35 0.48 0.61 0.73 0.83 0.95 1.0 

------------------------------------------------ 

　　實(shí)測資料顯示，當(dāng)基礎(chǔ)板厚大于2米時(shí)，上述公式的相對誤差在0.1%～1.3%之間，在計(jì)算溫差后，即可計(jì)算出降溫階段混凝土內(nèi)部的溫度應(yīng)力σ(2)xmax 

　　σxmax＝Eα△T(1-(1)/(cosh βL/2))H(t,τ)………(2) 

　　式中：E——混凝土的彈性模量(N/mm2) 

α——混凝土的線膨脹系數(shù)(10-5/℃) 

△T——溫差(℃) 

L——板長(mm) 

β＝Cx／HE 

H——板厚(mm) H＞0.2L時(shí)，取H＝0.2L 

Cx——地基水平阻力系數(shù)(N/mm3) 

H(t，τ)…考慮徐變后的混凝土松馳系數(shù)， 

　　其中，t——產(chǎn)生約束應(yīng)力時(shí)的齡期，τ——約束應(yīng)力延續(xù)時(shí)間。 

　　注意同期內(nèi)由于混凝土收縮引起的應(yīng)力應(yīng)轉(zhuǎn)化為當(dāng)量溫差，計(jì)入△T一并計(jì)算σxmax。

　　由(1)、(2)分析可知：為避免裂縫出現(xiàn)，主要是減少△T。可采用合理選用材料，降低水泥水化熱，優(yōu)化混凝土集料的配合比，控制水灰比，減少混凝土的干縮，具體控制措施見后。如有可能，減少澆筑長度L，增加養(yǎng)護(hù)時(shí)間減少降溫速率以相應(yīng)減少松馳系數(shù)對控制貫穿裂縫也有一定的意義。 


　　2、地下室混凝土墻板及樓板的裂縫分析 

　　地下室墻板的裂縫產(chǎn)生與基礎(chǔ)大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有相同之處，即混凝土在硬化過程中由于失水會產(chǎn)生收縮應(yīng)變，在水泥水化熱產(chǎn)生的升溫達(dá)到最高點(diǎn)以后的降溫過程會產(chǎn)生溫度應(yīng)變。但又有其特點(diǎn)：一是墻板受到基礎(chǔ)、外圍樓板受到地下室外墻的極大約束，這種約束遠(yuǎn)大于樁基對基礎(chǔ)的約束，產(chǎn)生貫穿裂縫的機(jī)率大。二是內(nèi)墻板及樓板受環(huán)境溫度影響較大。三是內(nèi)外溫差小，產(chǎn)生表面裂縫的機(jī)率小。四是養(yǎng)護(hù)困難，散熱快、降溫速率大，混凝土的松馳徐變優(yōu)勢難以利用，在氣溫驟變季節(jié)尤應(yīng)注意。 

　　在計(jì)算板內(nèi)最大拉應(yīng)力時(shí)仍可利用公式(2)，但有以下幾點(diǎn)應(yīng)注意： 

　　1)H取0.2L，L為整澆長度； 

　　2)Cx取值應(yīng)大于1.5N/mm3因?yàn)檫B接部位有較強(qiáng)鋼筋約束； 

　　3)計(jì)算溫差△T時(shí)，要考慮底板及外墻(兼作圍護(hù)情況下)緊靠土體，受環(huán)境溫差小，而被它們約束的墻板及周邊樓板在施工過程中基本同外界溫度同步變化。 

　　4)若底板墻板施工間隔過長、外墻兼作圍護(hù)時(shí)，則在計(jì)算混凝土收縮時(shí)應(yīng)注意約束體與被約束體的收縮期不同，收縮量也不相同。 

　　3、高強(qiáng)混凝土裂縫分析 

　　目前高層建筑中已廣泛使用C40～C60中高強(qiáng)混凝土，隨著材料科學(xué)的迅速發(fā)展，C80～C120的高強(qiáng)混凝土在具體工程中已有應(yīng)用。由于高強(qiáng)混凝土采用的配合比設(shè)計(jì)多為低水灰比、高標(biāo)號水泥、高水泥用量、使用高效減小劑及摻加超細(xì)礦粉。這樣其收縮機(jī)制與普通混凝土就有所不同。 

　　高強(qiáng)混凝土由于其水泥用量大多在450～600kg/m3)，是普通混凝土的1.5～2倍。這樣在混凝土生成過程中由于水泥水化而引起的體積收縮即自縮就大于普通混凝土，出現(xiàn)收縮裂縫的機(jī)率也大于普通混凝土。 

　　高強(qiáng)混凝土因采用高標(biāo)號水泥且用量大，這樣在混凝土硬化過程中，水化放熱量大，將加大混凝土的最高溫升，從而使混凝土的溫度收縮應(yīng)力加大。在疊加其他因素的情況下，很有可能導(dǎo)致溫度收縮裂縫。由于高強(qiáng)混凝土中水泥石含量是普通混凝土的1.5倍，在硬化早期由于水分蒸發(fā)引起的干縮也將大于普通混凝土。 


二、裂縫的控制措施 

　　1、設(shè)計(jì)措施 

　　1)增配構(gòu)造筋提高抗裂性能，配筋應(yīng)采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應(yīng)在0.3～0.5%之間。 

　　2)避免結(jié)構(gòu)突變產(chǎn)生應(yīng)力集中，在易產(chǎn)生應(yīng)力集中的薄弱環(huán)節(jié)采取加強(qiáng)措施。 

　　3)在易裂的邊緣部位設(shè)置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。 

　　4)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮施工時(shí)的氣候特征，合理設(shè)置后澆縫，在正常施工條件下，后澆縫間距20～30m，保留時(shí)間一般不小于60天。如不能預(yù)測施工時(shí)的具體條件，也可臨時(shí)根據(jù)具體情況作設(shè)計(jì)變更。 

　　2、施工措施 

　　1)嚴(yán)格控制混凝土原材料的的質(zhì)量和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，選用低水化熱水泥，粗細(xì)骨料的含泥量應(yīng)盡量減少(1～1.5%以下)。 

　　2)細(xì)致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，減少混凝土的坍落度，合理摻加塑化劑和減少劑。 

　　3)澆筑時(shí)間盡量安排在夜間，最大限度降低混凝土的初凝溫度。白天施工時(shí)要求在沙、石堆場搭設(shè)簡易遮陽裝置，或用濕麻袋覆蓋，必要時(shí)向骨料噴冷水。混凝土泵送時(shí)，在水平及垂直泵管上加蓋草袋，并噴冷水。 

　　4)根據(jù)工程特點(diǎn)，可以利用混凝土后期強(qiáng)度，這樣可以減少用水量，減少水化熱和收縮。

　　5)加強(qiáng)混凝土的澆灌振搗，提高密實(shí)度。 

　　6)混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應(yīng)下降15℃以上，混凝土的現(xiàn)場試塊強(qiáng)度不低于C5。 

　　7)采用兩次振搗技術(shù)，改善混凝土強(qiáng)度，提高抗裂性。 

　　8)根據(jù)具體工程特點(diǎn)，采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)。 

　　9)對于高強(qiáng)混凝土，應(yīng)盡量使用中熱微膨脹水泥，摻超細(xì)礦粉和膨脹劑，使用高效減水劑。通過試驗(yàn)摻入粉煤灰，摻量15%～50%。