高层混凝土结构中受力部位的裂缝分析及控制

高层混凝土结构中受力部位的裂缝分析及控制

黄俊

黄俊

中建八局第一建设有限公司福建泉州362000

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。

关键词：高层混凝土结构；受力部位裂缝；控制；

混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，影响建筑物的承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的控制措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件的安全、稳定地工作。

一、高层混凝土结构中受力部位的裂缝分析

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。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，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.地下室混凝土墙板及楼板的裂缝分析。地下室墙板的裂缝产生与基础大体积混凝土裂缝产生的原因有相同之处，即混凝土在硬化过程中由于失水会产生收缩应变，在水泥水化热产生的升温达到最高点以后的降温过程会产生温度应变。但又有其特点：一是墙板受到基础、外围楼板受到地下室外墙的极大约束，这种约束远大于桩基对基础的约束，产生贯穿裂缝的机率大。二是内墙板及楼板受环境温度影响较大。三是内外温差小，产生表面裂缝的机率小。四是养护困难，散热快、降温速率大，混凝土的松驰徐变优势难以利用，在气温骤变季节尤应注意。要考虑底板及外墙（兼作围护情况下）紧靠土体，受环境温差小，而被它们约束的墙板及周边楼板在施工过程中基本同外界温度同步变化。若底板墙板施工间隔过长、外墙兼作围护时，则在计算混凝土收缩时应注意约束体与被约束体的收缩期不同，收缩量也不相同。

3.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），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，这样在混凝土硬化过程中，水化放热量大，将加大混凝土的最高温升，从而使混凝土的温度收缩应力加大。在叠加其他因素的情况下，很有可能导致温度收缩裂缝。由于高强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发引起的干缩也将大于普通混凝土。

二、裂缝的控制措施

1.设计措施。增配构造筋提高抗裂性能，配筋应采用小直径、小间距。全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。避免结构突变产生应力集中，在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限拉伸。在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

2.施工措施。严格控制混凝土原材料的的质量和技术标准，选用低水化热水泥，粗细骨料的含泥量应尽量减少（1～1.5%以下）。细致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，减少混凝土的坍落度，合理掺加塑化剂和减少剂。浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，在水平及垂直泵管上加盖草袋，并喷冷水。根据工程特点，可以利用混凝土后期强度，这样可以减少用水量，减少水化热和收缩。加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。混凝土尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上，混凝土的现场试块强度不低于C5。采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。对于高强混凝土，应尽量使用中热微膨胀水泥，掺超细矿粉和膨胀剂，使用高效减水剂。通过试验掺入粉煤灰，掺量15%～50%。

3.改善边界约束和构造设计

（1）避免应力集中。孔洞周围、变断面转角部位、转角处等由于温度变化和混凝土收缩，会产生应力集中而导致裂缝。为此，可在孔洞四周配斜向钢筋或钢筋网片；对变断面处作局部处理使断面逐渐过渡，同时增配抗裂钢筋，这对防止裂缝是有益的。

（2）设置缓冲层。在主高低板交接处、底板地梁处等，可用30-50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔离，以缓冲基础收缩时的侧向压力。

（3）合理地分段施工。当混凝土结构的尺寸很大时，可合理地采用“后浇带”分段进行浇筑。采用“后浇带”分段施工时，结构被分成若干段浇筑，这样有效地减小温度应力和收缩应力；在施工后期再将这若干段浇筑成整体。两次浇筑产生温度应力叠加，其值应小于混凝土的设计抗拉强度。“后浇带”宽度应方便施工，避免应力集中，使后浇筑的混凝土内应力分布较均匀，其宽度可取70-100cm。后浇带处混凝土宜用微膨胀混凝土，强度等级宜比原结构混凝土提高5-10MPa。

在高层混凝土施工过程中，裂缝控制是施工质量控制的一项重要内容，尤其是对体积较大的混凝土，如较大规模的地下室底板、大截面的转换梁等，由于水泥水化热引起混凝土内部温度和温度应力的剧烈变化，是导致混凝土发生裂缝的主要原因。因此，在施工过程中应采取有效的技术措施，减少和防止混凝土裂缝的产生。

参考文献

[1]李瑞亮.混凝土结构裂缝的成因与防治[J].山西建筑，2017，33（14）：139-140.

[2]王莉娜，赵斯坚.浅谈高层建筑混凝土裂缝形成原因及控制措施[J].黑龙江科技信息，2016（09）.

[3]莫海波，廖献勉.浅析民用建筑混凝土裂缝的成因及其控制[J].科技资讯，2016（29）.