超长结构裂缝的成因及控制

超长结构裂缝的成因及控制

摘要：混凝土有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的。本文针对超长结构裂缝的成因进行分析，并提出控制混凝土强度等级、控制水泥的水化热、掺加粉煤灰、采用膨胀剂等措施来控制裂缝的产生。

关键词：超长结构；裂缝；成因；控制

中图分类号tu528 文献标识码a 文章编号

1674-6708(2010)29-0121-01

超长结构是指结构单元长度超过了《混凝土结构设计规范》所规定的钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距的结构。随着我国建设事业的发展，建筑物使用功能的需要，钢筋混凝土房屋超长结构越来越多，如：北京首都国际机场，南北长747.5m，东西翼宽342.9m；北京西客站，主楼336m×102m，东西配楼179m×104m；北京八一大楼，地下东西长236.6m，地上主楼东西长156m；福州长乐国际机场航站楼，地下室为348m×36m；深圳彩虹城大厦，地下2层地上4层南北长158.6m，东西宽29.6m等等。超长结构建筑的增加及其建筑等级的重要性，以及过宽的裂缝会引起混凝土中钢筋的锈蚀，降低结构的耐久性，并且过宽的裂缝也会损伤结构外观，引起使用者的不安，因此，我们必须对超长结构在施工期间及投入使用后如何减少或控制裂缝进行研究。

1、裂缝的成因

混凝土有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的。许多混凝土结构，在施工过程和使用过程中出现不同程度、不同形式的裂缝，这是一个

相当普遍的现象。近代科学关于混凝土强度的研究以及大量工程实践所提供的经验都表明，结构物的裂缝是不可避免的。

引起裂缝的原因很多，但可归结为两大类：

第一类，由外荷载引起的裂缝，也称为结构性裂缝、受力裂缝：其裂缝与荷载有关，预示结构承载力可能不足或存在严重问题；第二类，由变形引起的裂缝，也称非结构性裂缝，如温度变化、混凝土收缩、地基不均匀沉降等因素引起的变形，当次变形得不到满足，在结构构件内部产生自应力，当此自应力超过混凝土允许拉应力时，即会引起混凝土裂缝，裂缝一旦出现，变形得到满足或部分得到满足，应力就发生松弛。

两类裂缝有明显的区别，危害程度也不尽相同，有时两类裂缝融合在一起。工程实践中的许多裂缝现象往往无法用荷载原因解释，而是变形作用引起的裂缝。根据调查资料表明：两类裂缝中，变形引起的裂缝占主导，约占结构物总裂缝的80％，其中包括变形与荷载共同作用，但以变形为主所引起的裂缝。这种变形作用包括温度、湿度及不均匀沉降等，其中湿度变化引起裂缝又占主要部分。

众所周知，混凝土的主要组成部分是水泥和水，通过水泥和水的水化作用，形成胶结材料，将松散的胶石骨料胶合成为人工时。混凝土中含有大量空隙、粗孔及毛细孔，这些空隙中存在水分，水分的活动影响到混凝土的一系列性质，特别是产生湿度变形对裂缝控制有重要作用。混凝土水灰比、坍落度过大，或使用过量粉砂混凝土强度值对水灰比的变化十分敏感，基本上是水和水泥计量变动对

强度影响的叠加。而采用含泥量打的粉砂配置的混凝土收缩大，抗拉强度低，容易因塑性收缩而产生裂缝。泵送混凝土为了满足泵送条件，坍落度大，流动性好，易产生局部粗骨料少、砂浆多的现象，这样混凝土脱水干缩是，就会产生表面裂缝。

超长结构设计除了要考虑普通结构都有的温度、湿度以及不均匀沉降的问题，主要考虑的问题是由变形作用可能引起的裂缝，结构长度是影响温度应力的因素。结构混凝土开裂不仅因为混凝土抗拉强度不足，更重要的是变形超过了极限拉伸。混凝土在静荷载作用下，其极限拉伸约在1×10-4左右，慢速加载时可提高到1.6×10-4。钢筋混凝土构件在一般配筋率情况下能够提高混凝土的极限拉伸，当配筋率过大(5％以上)时，由于引起过大自约束应力而导致开裂。

2、控制裂缝的措施

对超长结构，设计时应因地制宜，区别对待。对不同地区的环境温度、材料、施工条件，建筑物不同的使用性质、平面布置、立面体形等，应有不同的处理措施。

1)混凝土强度等级不宜高，在满足承载力和防水要求的条件下，宜在c25-c35的范围内选用。如果混凝土强度等级高，水泥用量多，混凝土硬化过程中水化热高，收缩大，就易引起裂缝。

2)水泥应优先采用水化热低的品种，如矿渣硅酸盐水泥。严格控制砂石骨料的含泥量和级配。控制水化热的升温，混凝土构件中心与外表面的最大温差不高于25℃，并控制降温速度。浇灌混凝土后，及时采用塑料薄膜或喷养护剂及草帘等进行保温和保温养护。

3)采用粉煤灰，改善混凝土的粘塑性，并可代替部分水泥，减少混凝土的用水量和水泥用量，减少水化热，当掺量为水泥用量的15％时，可降低水化热约15％，还可减少混凝土中的孔隙，提高密实性和强度，提高抗裂性。粉煤灰的掺量约水泥量的15％-30％。大体积混凝土中掺加粉煤灰和缓凝剂可降低混凝土的水化热，是综合温差减少。当温差变形混凝土线膨胀系数与综合温差相乘所得小于极限拉伸值时，结构就不会开裂了。

4)为减少混凝土硬化过程中的收缩应力，宜留施工后浇带，带宽度为0.8m-1.0m，间距30m左右，一般一个月以后采用强度等级比原混凝土高5mpa的无收缩混凝土浇灌密实。无收缩混凝土可采用uea等膨胀剂配制而成。采用膨胀剂配置的混凝土，利用膨胀剂的补偿收缩功能解决混凝土收缩开裂。大体积混凝土，采取分层浇筑、阶梯式推进，斜面每层浇筑厚度不超过500m，并应保证每层混凝土在初凝前完成上层浇筑，新旧混凝土接槎时间应根据具体工程情况确定，但应避免出现施工冷缝。

5)超长结构的屋面保温隔热非常重要，应采用轻质高效吸水率低的材料。施工时防止雨淋使保温隔热材料吸湿而影响效果。有条件的工程，屋面可采用隔热效果较好的架空板构造做法。为考虑温度影响，可以仅在屋顶层设置伸缩缝，缝宽按防震缝最小宽度，缝两侧设双柱或双墙，不得采用活搭构造做法。

综上所述，无论设计、材料和施工都具有同样重要的作用。通过合理周到的设计和采取必要的构造措施，从理论上可以控制裂缝的

出现和开展。几乎混凝土的每种组成材料及其性能都与混凝土的裂缝控制密切相关，在众多的条件和因素中，只要有一个处理不当，很可能会为裂缝产生留下隐患。因此必须认真对待每一个有关的条件和因素，提出较为严格的技术要求，使每一种材料都符合裂缝控制的有关规定。对于需要控制温度裂缝的混凝土结构，施工技术和施工条件要求更高。所以在施工过程中，要对主要的施工技术要求的贯彻实施进行跟踪和监控，确保主要施工技术要求付诸实施，进而控制裂缝的产生。