关于控制超长混凝土结构裂缝问题的思考

　　一、超长混凝土结构裂缝的成因及危害

　　(一)超长混凝土结构裂缝的成因。

　　普通混凝土是以水泥为胶结材料，以天然的砂、石为骨料，以水为拌合材料，经过搅拌浇筑成型，养护凝结硬化而形成的固体材料。由于受到物理、化学作用和施工、环境等因素的影响，混凝土是带裂缝工作的。

　　1、混凝土本身质量的原因。影响超长混凝土结构裂缝问题的一个重要因素是混凝本身的质量。提高混凝土的密实度，减少混凝土的渗透性，可以减缓侵蚀性物质侵入混凝土内部的速度，而这又与混凝土的强度等级、水灰比等因素有关。由于钢筋受到锈蚀的原因通常是氯离子的化学作用，所以应根据不同的环境类别，限制混凝土中氯离子的含量。当混凝土中含有碱活性骨料时，在露天和潮湿的环境中，碱和骨料内的活性颗粒产生了碱——骨料反应，造成混凝土表面产生裂缝，从而加速了侵蚀性物质的破坏作用。

　　2、构件收缩应力的原因。裂缝是超长混凝土结构存在的主要问题。导致超长混凝土开裂的问题有很多。一般说来机构越长，其收缩的变形越大，约束内力越大，就往往容易引起裂缝。构件收缩应力与混凝土的收缩和季节性温差密切相关，因此构件收缩应力裂缝可分成三种情况：一是由混凝土收缩应力引起的构件裂缝，这种裂缝叫做收缩裂缝;二是由季节性温差应力引起的构件裂缝，这种裂缝叫做温度裂缝;三是由收缩应力和温度应力共同作用引起的裂缝，这种裂缝在超长混凝土结构中常见，称其为温度收缩裂缝。该裂缝由构件的收缩和温度变形共同产生，其分布一般为收缩裂缝和温度裂缝的组合。它随着环境湿度和温度的变化而变化，随着时间的推移而发展。它的开裂和危害程度往往较单一的收缩裂缝和温度裂缝更为严重。

　　(二)超长混凝土结构裂缝的危害

　　温度变化和混凝土收缩引起的间接应力是由于梁的变形受到约束(竖向构件的约束及梁内纵向钢筋的约束)产生的，其应力值与结构的绝对刚度大小有关。当拉应力超过一定数值，使混凝土出现开裂时，构件自身刚度下降，温差及收缩引起的构件内间接应力随之减小。温度变化和混凝土收缩引起的构件开裂是长期、逐渐形成的结果，混凝土产生的徐变使混凝土的应力逐渐松弛，从而使得混凝土的应力值将远远小于全部温度变化一次瞬时出现情况下的弹性值。

　　当混凝土结构裂缝较大时，侵蚀性物质会通过裂缝渗入内部到达钢筋表面引起锈蚀。钢筋锈蚀氧化后体积膨胀将混凝土保护层裂开，出现缝隙，反过来又加速了钢筋的锈蚀，最后导致保护层剥落。钢筋锈蚀后，钢筋的有效面积减小，强度降低，导致结构承载力下降。另一方面锈蚀钢筋的“抗滑移”能力降低，有可能导致结构出现滑移破坏。由此可见随着时间的推移，混凝土结构可能出现承载力方面的问题，有时甚至会是脆性破坏。这就是混凝土耐久性较差问题的根源。由于耐久性问题对结构抗力有着重要的影响，所以混凝土结构不仅应进行承载能力极限状态和正常使用极限状态的计算，而且还应保证其在相当长的时期内满足设计规定的功能要求。这个时间区段称为“设计使用年限”

　　二、控制超长混凝土结构裂缝的方法

　　(一)有效设置后浇带，控制超长混凝土结构裂缝。后浇带是在施工期间保留的临时性变形缝，这种临时性的变形缝根据具体要求需要保留一定时间，再进行填充封闭，将结构连成整体。留设后浇带的目的是使结构比较自由地完成混凝土早期收缩，是一种释放混凝土变形的方法。在施工规范中虽然对后浇带的间距、宽度、钢筋处理、浇筑时间均有较明确的要求，但是在后浇带的制作过程中还必须切实抓好如下五个环节：一是要恰当设置后浇带的间距;二是要合理确定后浇带的位置;三是要注重后浇带的宽度对于抗裂效果的影响分析，合理确定后浇带的宽度;四是要搞好后浇带处连续钢筋对于抗裂效果的影响分析，科学选用连续钢筋型号;五是要掌握好后浇带的封闭火候。

　　2.采用UEA微膨胀剂补偿收缩混凝土，控制超长混凝土结构裂缝。由于后浇带的设置，延长了工期，钢筋断后的搭、焊接和清理凿毛都将给填缝施工带来一定的麻烦。如果处理得不好，就将留下渗漏的隐患。这是地下室等有防水要求的工程所不允许的。因此，在地下室等有防水要求的工程中，建议采用微膨胀混凝土(UEA)加强带取代后浇带连续浇筑超长建筑的无缝施工方法。它的基本思路为坚持“以抗为主”的原则。在实施过程中要注意以下五项技术措施：一是混凝土浇筑时，注意严防其它部位混凝土进入膨胀后浇带内，以免影响裂缝的防治效果。二是在混凝土浇筑至膨胀加强带附近时，应注意使振动棒插捣点与密孔钢丝网保持的距离不得小于30cm，并不要过振。三是膨胀加强带处的混凝土要采取塔吊吊斗吊运，和混凝土输送管泵并用。四是在超长无缝筏板板面上的板面粗钢筋处，容易在振捣后、初凝前出现早期塑性裂缝和沉降裂缝，因此必须通过控制下料和二次振捣予以消除，以免成为混凝土的缺陷，导致应力集中，影响温度收缩裂缝的防治效果。五是膨胀混凝土只有充分湿养护才能发挥UEA混凝土的膨胀效能，因此必须提高养护意识，设立专职养护人员，建立严格的混凝土养护制度。混凝土浇筑完毕后即应保护14d;混凝土收平后立即洒水润湿，再用塑料膜等严密覆盖;养护期间喷洒雾状水，环境相对湿度保持在80%以上，防止混凝土干缩。

　　3.合理配置构造钢筋，控制超长混凝土结构裂缝。在结构设计中必须对梁柱配筋进行概念上的调整。首先是对于长向板钢筋应双层设置，并适当加强中部区域的梁板配筋。笔者认为，构件的中部区域作为一个中点必然要受较大的应力，而两侧梁柱的配筋、特别是边跨梁柱的配筋须加强，以便用来抵抗温度应力带来的推力。而超长结构在角部容易产生的扭转效应，也必须要求我们在设计中对角部结构进行加强。

　　4.应用预应力和预应力度，控制超长混凝土结构裂缝。预应力混凝土可增加梁板刚度，梁板中所产生的预应力可抵消由于混凝温度变化和收缩产生的轴向拉应力。混凝土结构完全不出现裂缝的概率是很小的。我们应当根据构件所处的环境来选择相应的抗裂度。对于使用环境较好的楼盖结构允许出现一定宽度的限值裂缝，这一方面是有利于提高结构的抗震能力，另一方面是在张拉预应力筋之前能有效地利用非预应力筋来限制由于温差或收缩所引起的裂缝的展开。有防水要求的地下室顶板及屋盖结构应有较高的抗裂度，不应出现通裂。预应力筋的布置方式和预应力筋连续布置的跨数与成孔材料及锚固所占费用等因素有关。在温差及收缩应力较大的部位是否补充无粘结预应力筋，留设后浇带的梁跨是采用单跨短预应力筋连接还是用连接器搭接，都应以充分发挥预应力筋的作用为原则。对于抗裂度较高的屋盖及地下室顶板，可结合后浇带及施工缝的留设，采用补偿收缩混凝土，并通过张拉部分预应力筋，来提高早期混凝土结构的抗裂度，避免早期收缩及温差引起过宽的裂缝，使得预应力筋全部张拉之后也能闭合。

　　三、解决超长混凝土结构裂缝的问题任重而道远

　　(一)解决超长混凝土结构裂缝问题是建筑行业面临的急需解决的新课题。

　　近年来，随着我国国民经济的发展和人民生活水平的日益提高，人们对建筑物功能的要求也逐步升级，对超长混凝土结构的需求日益增长。从而使我国国内超长大型的展览馆、综合商场及满足各种功能要求的厂房纷纷涌现。但超长混凝土结构的工程实践表明，某些工程按规范建议施工并不能将裂缝控制在允许的范围之内，引起了很多工程质量的纠纷。所以，如何控制超长构件裂缝，科学合理地设计出人们满意的大型建筑物，成为建筑工作者们面临的一个急需解决的课题。

　　(二)解决超长混凝土结构裂缝问题尚需做深入细致的研究。

　　温度收缩裂缝是超长混凝土结构中较常见且日趋增多的裂缝，由于该裂缝的危害性及规范的局限性，设计人员应予以足够重视。本文从设计角度上简单分析了混凝土收缩和温度变形的特性、影响因素以及温度收缩裂缝的成因和基本特点，以便使设计人员能建立最基本的概念，来有针对性地结合具体工程特点进行周到考虑，防止和减轻出现温度收缩裂缝的具体措施。“设置后浇带以及控制和抵抗温度收缩应力的综合措施”注重结构概念设计，对裂缝采取“放”、“防”、“抗”相结合的大胆构想。工程实践表明，这对于防止和减轻超长混凝土结构温度收缩裂缝比较有效，但其中一些措施主要基于设计概念和定性分析。如何通过进一步的定量计算及实验验证，尚需做深入细致的工作。具体工程在采用时应根据其各自的特点，并结合当地抗震设防要求予以综合考虑。因此，解决超长混凝土结构裂缝问题尚需时日，需要我们做更加深入细致的研究，付出更多的努力。

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