混凝土结构裂缝控制研究

混凝土结构裂缝控制研究
摘要：为减少和控制混凝土结构早期裂缝，本文对梁板结构、剪力墙结构及大体积混凝土结构的早期裂缝产生的原因及裂缝的规
律进行了分析，总结和探讨裂缝控制的相应措施，并得出结论。

关键词：混凝土结构裂缝控制
混凝土材料本身是带裂缝工作的，出现某种程度的裂缝是不可避免的。

因此，混凝土出现裂缝是绝对的，没有裂缝是相对的。

规范中规定了相应结构的裂缝控制等级及最大裂缝宽度限值，并规定了相应的裂缝宽度验算的方法[1]。

这些方法要求在设计工程中加以考虑。

然而，不少的工程实践证明，在混凝土浇筑后不久或在施工阶段会出现与设计中所考率的裂缝部位、程度范围及性质完全不同的裂缝。

这种裂缝有的并不影响结构的承载能力或使用效果，是允许的，但也有不少的这类裂缝将严重影响结构的承载能力和使用效果，是绝对不允许的。

这就要求我们认识这类裂缝产生的原因和规律，并采取相应控制技术对裂缝进行控制，称为“裂缝控制”，即通过适当的技术措施，控制建筑物使其不产生有害裂缝，达到抗裂防渗目的。

下面对梁板结构、剪力墙结构和大体积混凝土的裂缝控制问题进行探讨。

1、梁板结构的裂缝控制
工程实践表明，板上常出现贯穿裂缝，裂缝方向与较长边垂直；梁上常出现表面裂缝，裂缝与梁的方向垂直。

防止梁板结构的裂缝，可以从以下几个方面考虑：
(l)由变形引起屋面板的裂缝如果不影响承载力，只要把裂缝补好防止钢筋锈蚀，且在板面涂上一层柔性防水材料。

(2)提高混凝土材料的抗裂能力和减少材料的收缩。

对大跨度屋面，尽量避免使用收缩性较大的矿渣水泥配制混凝土，减小水灰比，选用含泥量小的骨料等。

另外，适当提高混凝土强度等级和含钢率，尽量减小钢筋直径，加密间距等都是有效措施。

(3)防止较大温差的出现对于防止钢筋混凝土屋面裂缝，是至关重要的条件之一。

钢筋混凝土屋面一般都具有一定的抗裂能力，只要加强养护，保持湿润，及时做好隔热或保温处理，冬季施工还要注意保暖，有害裂缝是完全可以避免的。

(4)采取后浇缝法也是特大跨度的屋面板防止裂缝的有效措施。

2、剪力墙结构的裂缝控制
剪力墙结构和梁板结构的开裂在机理与特征上有很多类似之处，特别是超长剪力墙结构，类似开裂现象非常普遍。

其裂缝控制技术主要有以下三种。

（1）采取后浇缝措施
将结构体分为尽量小的许多段。

第一次采取间隔浇筑这些分段，等待一段时间后，即待早期最大收缩完成后再补浇这些空块使之成为整体。

第一次浇筑块的长度可通过分析计算确定，一般为20～30m，后浇缝的宽度一般可选择1.0m 或稍大于1.0m。

浇筑的间隔时间当然越长越好，但考虑施工现实情况也须保持7d以上。

后浇缝处的钢筋应连续不断，其接缝处应作成企口缝、阶梯缝或直缝等，
并在浇筑前按一般施工进行处理。

后浇缝处使用的混凝土最好具有微膨胀性，且将混凝上标号提高一个等级，并加强洒水养护至15d 以上。

（2）配置补偿收缩混凝土
在剪力墙结构中掺入膨胀剂配置补偿收缩混凝土是近年高性能混凝土发展的重要方向，因此加入适量膨胀剂有利于减少混凝土内部裂缝。

与普通混凝土相比，掺加膨胀剂的混凝土在湿养护期间可产生100με～200με的膨胀变形有利于减少混凝土早期收缩，减少有害裂缝的发生。

微膨胀混凝土因此在国内得到了广泛的应用。

（3）纤维混凝土
是以水泥净浆、砂浆或混凝土作基材，以非连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料所组成的水泥基复合材料。

和普通混凝土相比，纤维混凝土不仅能明显改善抗拉、抗剪、抗弯等性能，而且能增加韧性和抗冲击能力。

因此纤维混凝土用于剪力墙结构，可以起到明显的抗裂作用。

3、大体积混凝土结构的裂缝控制
随着建筑设计和施工工艺水平的日渐提高，大体积混凝土越来越多的被应用到大坝、桥梁和高层建筑及工业建筑中，大体积混凝土的强度等级、体积和厚度也随之增加。

然而，大体积混凝土在施工过程中非常容易产生裂缝。

对于大体积混凝土结构裂缝的控制应采用综合措施，在施工阶段控制温差和湿度变形是防止混凝土裂缝的主要手段。

3.1大体积混凝土抗裂设计
抗裂设计，主要是指合理设计平面和立面，避免截面的突变，从而减小约束应力；合理布置分布钢筋，尽量采用小直径、密间距；变截面处加强分布筋；避免选用超高强度混凝土，充分利用混凝土60d或90d强度；采用滑动层来减小基础的约束。

3.2改善混凝土性能[2][3]
(1)合理利用混凝土原材料
合理利用混凝土原材料，首先应优先使用低热和中热水泥。

水泥矿物的放热量和放热速度具有以下顺序，见表1
四种主要矿物特性如表2所示，它们在熟料中的相对含量变化时，水泥性能随之改变。

若要大体积混凝土使用水化热较低的水泥时，则应当适当提高c2s和c4af的含量，并限制c3a及c3s的含量。

(2)减少混凝土水泥含量，降低混凝土水化热
在混凝土中掺用粉煤灰作混合料，在我国已广泛应用。

有研究表明粉煤灰的掺量为30％的混凝土比未掺煤灰的混凝土煤灰的混凝
土水化热温升降低2°c左右；掺20％粉煤灰的混凝土通过埋设电阻温度计，测得粉煤灰混凝土内部水化热最高温升比不掺粉煤灰降低2～3c；代替50％的水泥，可降低绝热温升5°c。

在混凝土中掺用粉煤灰后降低了混凝土早期强度和极限拉伸值和温升。

以7d 龄期为例，掺与不掺极限拉伸降低19×10-6；而温度变形值降低34.1×10-6。

由此可见，适当的掺粉煤灰对大体积混凝土抗裂是有利的。

根据工程结构性能的要求和建筑物所处的环境条件，选择适当的外加剂，也是减少水泥用量和降低混凝土中胶凝材料水化热的重要措施之一。

(3)降低混凝土浇筑温度
混凝土浇筑温度取决于原材料和混凝土拌和物温度。

原材料的温度随气温而变化，对浇筑混凝土是否需要降温措施和采取何种措施，也因季节和气温不同而异。

每年春、秋两季和我国南方低温季节，气温较为适宜浇筑大体积混凝土，可以不利用和少利用温控措施，因此，充分利用这一季节浇筑温控要求严格的部位（如基础混凝土）和争取多浇筑混凝土是十分有利的，这样不仅节约了温控费用，尤其有利于防止混凝土裂缝和加快施工进度。

加冷却水或加冰拌和混凝土，因环境、气温、原材料温度及要求入仓温度而定。

同时预冷骨料，有些工程即使采用加冰拌和等措施仍不能满足温控要求，还要采用其他措施。

比较常用的方法是对骨料进行冷却。

太阳直接照射和传导给混凝土拌合物使其温度升高，使己经取得的降温效果减少或丧失。

国内不少工程在骨料堆置场、运输线路及仓面，采用了喷水雾珠等隔热降温措施，在防止骨料和混凝土升温等方面取得了良好的效果。

(4)加速混凝土散热
混凝上从加冰拌合到混凝土浇筑以后，都会因水化热发展而继续升温。

因此，加速散发己浇筑混凝土内部的热量，降低浇筑块的最
高浇筑温度，也是大体积混凝土温度控制的重要环节。

散发已浇筑混凝土内部热量的途径有表面自由和冷却水管通水强迫散热等。

一方面，加强混凝土表面自由散热，主要是混凝土浇筑块连续上升前的间歇时间内，由混凝土表面向外界散发其内部的热量。

另一方面，用冷却水管强迫散热，在单靠自然散热降温措施很难达到设计和施工进度要求的情况下，必须采用更有效的措施。

如混凝土浇筑块内埋设冷却水管，通过低温水散热降温等。

3.3加强施工控制
加强施工控制，可以有效控制大体积混凝土因为温度应力产生裂缝。

主要方法有：用保温隔热法对大体积混凝土进行养护；控制混凝土温升，混凝土中心与外表面的最大温差不高于摄氏25～30°c，总降温差30°c；控制降温速度；用草袋和塑料薄膜进行保温和保湿；用跳仓打方法和企口缝；用后浇带减小温度收缩等等。

3.4应用“抗与放”原则，采取超长结构有条件地无缝连续浇筑按照王铁梦先生关于抗与放的理论[4]，对于超长建筑结构的连续浇筑也有很好的效果。

4、结语
防止大体积混凝土发生温度裂缝是一个综合性的问题，只要在混凝土原材料的选择，配合比的确定以及工艺等方面应该全面采取措施，根据理论分析和现场观测资料，积极从温度应力方面研究与混凝土实际变形性能相适应的一整套温度控制措施，就可以防止大体积混凝土发生有害的温度裂缝。

参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准.混凝土结构设计规范
(gb50010-2002).北京:中国建筑工业出版社,2002
[2]彭波,丁庆军,胡曙光.利用粉煤灰配置高性能绿色混凝土的试验研究[j].粉煤灰,2001,(6)
[3]彭波.高强混凝土开裂机理及裂缝控制研究[d].武汉理工大学,2002
[4]王铁梦.建筑物的裂缝控制[m].上海科技出版社,上海,1987。