探讨混凝土结构裂缝的原因及施工措施
摘要：混凝土工程中材料的特性决定了结构较易产生裂缝，从实践中来看施工中混凝土出现裂缝的概率也是很大的，相当一部分裂缝对建筑物的受力及正常使用无太大的危害，但裂缝的存在会影响到建筑物的整体性、耐久性，会对钢筋产生腐蚀，是受力使用期应力集中的隐患，应当尽量在各方面给予重视，以避免裂缝的出现或把裂缝控制在许可的范围之内。主要受力部位在混凝土施工中容易产生裂缝的原因进行分析，并从设计与施工两方面提出裂缝的控制措施。
关键词：高层混凝土，结构裂缝，控制措施
1.工程实例
1.1工程概况
该工程地下室底板工程用C30P8混凝土。坍落度140-160mm，共18000m3，分五块浇筑。最多一次连续浇筑4000m3，混凝土底板厚度达1.4m。浇筑时间为3-4月份，平均气温23℃。
1.2配合比设计及选材
1.2.1配合比
通过试验，我们选用了如下配合比：
水泥：水：砂子：石子：粉煤灰：膨胀剂：减水剂=270：170：777：1073：80：30：7.7
1.2.2选材
水泥选用普通硅酸盐42.5水泥，减水剂采用LS-400高效缓凝减水剂，减水率18%，缓凝时间8-10h。粗骨料级配为5—31.5mm，细骨料采用中砂，粗细骨料含泥量低于规范要求。膨胀剂采用UEA。
1.2.3混凝土温度计算
(1)混凝最终绝热温升
Tmax=WQ/Cρ+FA/50
=(270×461)/(0.97×2400)+80/50
=55.1℃
式中：Tmax——混凝最终绝热温升；
W——混凝土中水泥用量，kg/m3；
Q——水泥水化热量kJ/kg
C——混凝土的比热0.97kJ/kg•℃;
ρ——混凝土的容重2400kg/m3；
(2)混凝土拌合物温度
Tc=∑(T×W×C)/∑(W×C)
=23.6℃（式中各符号见表2）
表2
(3)混凝土出机温度
Tm=TC—0.16（TC-Td）
=23.6-0.16×(23.6-23)=23.5℃
式中Td——搅拌楼温度，取23.0℃
(4)混凝土浇筑温度
Tj=Tm+（Tq-Tm）（A1+A2+A3）=23.5+(23-23.5)×(0.032×3+25×0.0042+0.003×20)
=22.7℃
式中Tq——室外温度，取23.0℃
A1——混凝土装卸温度损失系数。第次取0.032，混凝土出机到浇筑共3次；
A2——混凝土运输时温度损失系数。搅拌车运输混凝土时的温度损失系数取0.0042，运输时间为25min；
A3——混凝土浇筑温度损失系数，A3=0.003t，t为浇筑时间，取20min；
(5)混凝土内部实际最高温度
Tmax’=Tj+Tmaxξ=22.7+55.1×0.68
=60.2℃
式中ξ——不同浇筑厚度的温度系数，承台最深厚度为3米，取0.68；
(6)混凝土结构物表面计算温度
Tb（τ）=Tq+4h´（H-h′）δT（τ）/H2
式中Tb（τ）——龄期为τ时，混凝土的表面温度，℃；
Tq——龄期为τ时，大气的平均温度，℃；
H——混凝土的计算厚度，m，H=h+2h′
h——混凝土的实际厚度，m；
h′——混凝土的虚厚度，m，h′=kλ/β
δT（τ）——龄期为τ时，混凝土中心温度与外界温度之差，℃；
k——计算折减系数，取0.666
λ——混凝土的导热系数，取2.3w/（m•k）；
β——混凝土模板及保温层的传热系数，w/（m2•K）；
β=1/（∑δi/λi+1/βq）
式中δi——各种保温材料的厚度，m；
λi——各种保温材料的导热系数；
βq——空气的传热系数，23w/（m2•K）；
本工程采用麻包袋覆盖,
取λ=0.14
δi=0.03m
β=1/（0.03/0.14+1/23）=3.88
h′=kλ/β=(0.666×2.3)/3.88
=0.4
H=h+2h′=3.0+2×0.4=3.8
δT（τ）=60.2-23=37.2℃
Tb（τ）=23+〔4×0.4×(3.8-0.4)×37.2〕/3.82=37.1℃
由此混凝土的内外温差:60.2-37.1=23.1℃,混凝土的内外温差小于25℃,能满足施工要求。
1.2.4混凝土强度
按规定取样的混凝土抗压试块，28天强度均达到设计要求。平均值为39.1Mpa，最大值44.2Mpa。抗渗等级均达到抗渗S8要求。
通过与施工单位的大力配合，对混凝土施工各个环节进行控制，在混凝土浇筑完成之后，在10000m2的地下室底板上，没有出现混凝土裂缝。地下室使用至今两年多，也没出现渗漏现象，取得了较好的效果。
2．高层建筑施工中两个特殊部位的裂缝分析
2.1大体积基础混凝土板
高层建筑中随着高度的不断增加，地下室愈做愈深，底板也愈来愈厚，厚度在3m以上的底板已屡见不鲜。高层建筑中基础底板为主要的受力结构，整体要求高，一般一次性整体浇筑。国内外大量实践证明，各种大体积混凝土裂缝主要是温度变化引起。大体积混凝土浇筑后在升温阶段由于体积大，集聚在内部的水泥水化热不易散发，混凝土内部温度将显著升高，这样在混凝土内部产生压应力，在外表面产生拉应力，由于此时混凝土的强度低，有可能产生表面裂缝。在降温阶段新浇混凝土收缩因存在较强的地基或基础的约束而不能自由收缩。升温阶段快，混凝土弹性模量低，徐变的影响大，所以降温时产生的拉应力大于升温时产生的压应力。差值过大时，将在混凝土内部产生裂缝，最后有可能形成贯穿裂缝。为解决上述二类裂缝问题，必须进行合理的温度控制。
混凝土温度控制的主要目的是使因温差产生的拉应力小于同期混凝土抗拉强度的标准值，并有一定的安全系数。为计算温差，就要事先计算混凝土内部的最高温度，它是混凝土浇筑温度、实际水化热温升和混凝土散热温度的总和。混凝土内部的最高温度大多发生在浇筑后的3～7天。混凝土内部的最高温度Tmax可按下式计算：
Tmax＝To+(WQ)/(Cr)ξ+(F)/(5O)(1)
式中：T0——混凝土的浇筑温度(℃)
W——每m3混凝土中水泥(矿渣硅酸盐水泥)的用量(kg/m3)
F——每m3混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)
Q——每kg水泥水化热(J/kg)
C——混凝土的比热
r——混凝土的密度
ξ——不同厚度的浇筑块散热系数
不同厚度的浇筑块散热系数
厚度(m)1.01.52.02.53.03.54.0＞4.0
ξ0.230.350.480.610.730.830.951.0
实测资料显示，当基础板厚大于2米时，上述公式的相对误差在0.1%～1.3%之间，在计算温差后，即可计算出降温阶段混凝土内部的温度应力σ(2)xmax
σxmax＝Eα△T(1-(1)/(coshβL/2))H(t,τ).........(2)
式中：E——混凝土的弹性模量(N/mm2)
α——混凝土的线膨胀系数(10-5/℃)
△T——温差(℃)
L——板长(mm)
β＝Cx／HE
H——板厚(mm)H＞0.2L时，取H＝0.2L
Cx——地基水平阻力系数(N/mm3)
H(t，τ)——考虑徐变后的混凝土松驰系数，
其中，t——产生约束应力时的龄期，
τ——约束应力延续时间。
注意同期内由于混凝土收缩引起的应力应转化为当量温差，计入△T一并计算σxmax。
由(1)、(2)分析可知：为避免裂缝出现，主要是减少△T。可采用合理选用材料，降低水泥水化热，优化混凝土集料的配合比，控制水灰比，减少混凝土的干缩，具体控制措施见后。如有可能，减少浇筑长度L，增加养护时间减少降温速率以相应减少松驰系数对控制贯穿裂缝也有一定的意义。
2.2高强混凝土裂缝分析
目前高层建筑中已广泛使用C40～C60中高强混凝土，随着材料科学的迅速发展，C80～C120的高强混凝土在具体工程中已有应用。由于高强混凝土采用的配合比设计多为低水灰比、高标号水泥、高水泥用量、使用高效减小剂及掺加超细矿粉。这样其收缩机制与普通混凝土就有所不同。
高强混凝土由于其水泥用量大多在450～600kg/m3之间，是普通混凝土的1.5～2倍。这样在混凝土生成过程中由于水泥水化而引起的体积收缩即自缩就大于普通混凝土，出现收缩裂缝的机率也大于普通混凝土。
高强混凝土因采用高标号水泥且用量大，
