淺論高層混凝土結構中的裂縫分析及控制
高層混凝土結構中幾個主要受力部位的裂縫分析及控制
內容提要：本文就高層建筑結構的幾個主要受力部位在混凝土施工中容易產生裂縫的原因進行分析，并從設計與施工兩方面提出裂縫的控制措施。
混凝土工程中材料的特性決定了結構較易產生裂縫，從實踐中來看施工中混凝土出現裂縫的概率也是很大的，相當一部分裂縫對建筑物的受力及正常使用無太大的危害，但裂縫的存在會影響到建筑物的整體性、耐久性，會對鋼筋產生腐蝕，是受力使用期應力集中的隱患，應當盡量在各方面給予重視，以避免裂縫的出現或把裂縫控制在許可的范圍之內。
一、高層建筑施工中幾個特殊部位的裂縫分析
1、大體積基礎混凝土板
高層建筑中隨著高度的不斷增加，地下室愈做愈深，底板也愈來愈厚，厚度在3m以上的底板已屢見不鮮。高層建筑中基礎底板為主要的受力結構，整體要求高，一般一次性整體澆筑。國內外大量實踐證明，各種大體積混凝土裂縫主要是溫度變化引起。大體積混凝土澆筑后在升溫階段由于體積大，集聚在內部的水泥水化熱不易散發，混凝土內部溫度將顯著升高，這樣在混凝土內部產生壓應力，在外表面產生拉應力，由于此時混凝土的強度低，有可能產生表面裂縫。在降溫階段新澆混凝土收縮因存在較強的地基或基礎的約束而不能自由收縮。升溫階段快，混凝土彈性模量低，徐變的影響大，所以降溫時產生的拉應力大于升溫時產生的壓應力。差值過大時，將在混凝土內部產生裂縫，最后有可能形成貫穿裂縫。為解決上述二類裂縫問題，必須進行合理的溫度控制。
混凝土溫度控制的主要目的是使因溫差產生的拉應力小于同期混凝土抗拉強度的標準值，并有一定的安全系數。為計算溫差，就要事先計算混凝土內部的最高溫度，它是混凝土澆筑溫度、實際水化熱溫升和混凝土散熱溫度的總和?；炷羶炔康淖罡邷囟却蠖喟l生在澆筑后的3～7天?；炷羶炔康淖罡邷囟萒ma*可按下式計算：
Tma*＝To+(WQ)/(Cr)ξ+(F)/(5O)(1)
式中：T0——混凝土的澆筑溫度(℃)
W——每m3混凝土中水泥(礦渣硅酸鹽水泥)的用量(kg/m3)
F——每m3混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)
Q——每kg水泥水化熱(J/kg)
C——混凝土的比熱
r——混凝土的密度
ξ——不同厚度的澆筑塊散熱系數(見表1)
不同厚度的澆筑塊散熱系數
表1
------------------------------------------------
厚度(m)1.01.52.02.53.03.5 4.0 ＞4.0
ξ0.23 0.35 0.48 0.61 0.73 0.83 0.951.0
------------------------------------------------
實測資料顯示，當基礎板厚大于2米時，上述公式的相對誤差在0.1%～1.3%之間，在計算溫差后，即可計算出降溫階段混凝土內部的溫度應力σ(2)*ma*
σ*ma*＝Eα△T(1-(1)/(cosh βL/2))H(t，τ)………(2)
式中：E——混凝土的彈性模量(N/mm2)
α——混凝土的線膨脹系數(10-5/℃)
△T——溫差(℃)
L——板長(mm)
β＝C*／HE
H——板厚(mm) H＞0.2L時，取H＝0.2L
C*——地基水平阻力系數(N/mm3)
H(t，τ)…考慮徐變后的混凝土松馳系數，
其中，t——產生約束應力時的齡期，τ——約束應力延續時間。
注意同期內由于混凝土收縮引起的應力應轉化為當量溫差，計入△T一并計算σ*ma*。
由(1)、(2)分析可知：為避免裂縫出現，主要是減少△T?？刹捎煤侠磉x用材料，降低水泥水化熱，優化混凝土集料的配合比，控制水灰比，減少混凝土的干縮，具體控制措施見后。如有可能，減少澆筑長度L，增加養護時間減少降溫速率以相應減少松馳系數對控制貫穿裂縫也有一定的意義。
2、地下室混凝土墻板及樓板的裂縫分析
地下室墻板的裂縫產生與基礎大體積混凝土裂縫產生的原因有相同之處，即混凝土在硬化過程中由于失水會產生收縮應變，在水泥水化熱產生的升溫達到最高點以后的降溫過程會產生溫度應變。但又有其特點：一是墻板受到基礎、外圍樓板受到地下室外墻的極大約束，這種約束遠大于樁基對基礎的約束，產生貫穿裂縫的機率大。二是內墻板及樓板受環境溫度影響較大。三是內外溫差小，產生表面裂縫的機率小。四是養護困難，散熱快、降溫速率大，混凝土的松馳徐變優勢難以利用，在氣溫驟變季節尤應注意。
在計算板內最大拉應力時仍可利用公式(2)，但有以下幾點應注意：
1)H取0.2L，L為整澆長度；
2)C*取值應大于1.5N/mm3因為連接部位有較強鋼筋約束；
3)計算溫差△T時，要考慮底板及外墻(兼作圍護情況下)緊靠土體，受環境溫差小，而被它們約束的墻板及周邊樓板在施工過程中基本同外界溫度同步變化。
4)若底板墻板施工間隔過長、外墻兼作圍護時，則在計算混凝土收縮時應注意約束體與被約束體的收縮期不同，收縮量也不相同。
3、高強混凝土裂縫分析
目前高層建筑中已廣泛使用C40～C60中高強混凝土，隨著材料科學的迅速發展，C80～C120的高強混凝土在具體工程中已有應用。由于高強混凝土采用的配合比設計多為低水
灰比、高標號水泥、高水泥用量、使用高效減小劑及摻加超細礦粉。這樣其收縮機制與普通混凝土就有所不同。高強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。這樣在混凝土生成過程中由于水泥水化而引起的體積收縮即自縮就大于普通混凝土，出現收縮裂縫的機率也大于普通混凝土。
高強混凝土因采用高標號水泥且用量大，這樣在混凝土硬化過程中，水化放熱量大，將加大混凝土的最高溫升，從而使混凝土的溫度收縮應力加大。在疊加其他因素的情況下，很有可能導致溫度收縮裂縫。由于高強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發引起的干縮也將大于普通混凝土。
二、裂縫的控制措施
1、設計措施
1)增配構造筋提高抗裂性能，配筋應采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應在0.3～0.5%之間。
2)避免結構突變產生應力集中，在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。
3)在易裂的邊緣部位設置暗梁，提高該部位的配筋率，提高混凝土的極限拉伸。
4)在結構設計中應充分考慮施工時的氣候特征，合理設置后澆縫，在正常施工條件下，后澆縫間距20～30m，保留時間一般不小于60天。如不能預測施工時的具體條件，也可臨時根據具體情況作設計變更。
2、施工措施
1)嚴格控制混凝土原材料的的質量和技術標準，選用低水化熱水泥，粗細骨料的含泥量應盡量減少(1～1.5%以下)。
2)細致分析混凝土集料的配比，控制混凝土的水灰比，減少混凝土的坍落度，合理摻加塑化劑和減少劑。
3)澆筑時間盡量安排在夜間，最大限度降低混凝土的初凝溫度。白天施工時要求在沙、石堆場搭設簡易遮陽裝置，或用濕麻袋覆蓋，必要時向骨料噴冷水?；炷帘盟蜁r，在水平及垂直泵管上加蓋草袋，并噴冷水。
4)根據工程特點，可以利用混凝土后期強度，這樣可以減少用水量，減少水化熱和收縮。
5)加強混凝土的澆灌振搗，提高密實度。
6)混凝土盡可能晚拆模，拆模后混凝土表面溫度不應下降15℃以上，混凝土的現場試塊強度不低于C5。
7)采用兩次振搗技術，改善混凝土強度，提高抗裂性。
8)根據具體工程特點，采用UEA補償收縮混凝土技術。
9)對于高強混凝土，應盡量使用中熱微膨脹水泥，摻超細礦粉和膨脹劑，使用高效減水劑。通過試驗摻入粉煤灰，摻量15%～50%。
篇2：鋼筋混凝土核芯筒裂縫控制措施
鋼筋混凝土核芯筒裂縫控制措施
核芯筒鋼筋混凝土有害裂縫可能產生的原因是多方面的。其控制的方法與我方在基礎工程裂縫控制中所采取的控制方法一樣，即采用綜合控制的方法來處理。主要分為材料控制、施工控制、結構構造控制、外部環境控制四個方面。
1 材料控制
1.1原材料選用
為了控制或減少混凝土結構的有害裂縫，應妥善選定組成材料和配合比，以
使所配制的混凝土除符合設計和施工所要求的性能外，還具有抵抗開裂所需要的功能。
1）水泥：采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥；對大體積混凝土，采用中低熱硅酸鹽水泥。所用水泥的鋁酸三鈣（C3A）的含量小于8%。水泥質量符合《硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥》GB175、《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥》GB1344的規定。
2）骨料：選用潔凈、級配良好的中砂和級配良好、空隙率較小的粗骨料。骨料質量分別符合《普通混凝土用砂質量標準及檢驗方法》JGJ52、《普通混凝土用碎石或卵石質量標準及檢驗方法》JGJ53的規定。同時要加強對骨料中的含泥量、泥塊含量和其他有害物質檢查。
3）礦物摻合料：為改善混凝土性能適量摻入礦物摻合料，所用摻合料分別符合《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596、《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》GB/T18046的規定。
4）外加劑：所用外加劑符合《混凝土外加劑》GB7086、《混凝土泵送劑》JC473的規定，并按《混凝土外加劑應用技術規程》GB50119的規定進行施工；選用外加劑時，必須根據工程具體情況做好水泥適應性及實際效果試驗。
5）水：符合《混凝土拌合用水標準》JGJ63規定。當使用混凝土攪拌站中的回收水時，應經過沉淀，去除砂石、泥漿，澄清后的水方可使用，并注意回收水中所含外加劑和其他有害物質對混凝土質量 的影響。
6）鋼筋：所用鋼筋應分別符合《鋼筋混凝土用熱軋帶肋鋼筋》GB1499、《鋼筋混凝土用熱軋光圓鋼筋》GB13778、《鋼筋混凝土用余熱處理鋼筋》GB13014、《冷軋帶肋鋼筋》GB13778的規定。
1.2配合比設計
1）混凝土配合比按《普通混凝土配合比設計規程》JGJ55的規定外，根據要求的強度等級、抗滲等級、耐久性及工作性等要求進行配合比設計，同時要考慮以下參數。
2）干縮率：混凝土90天的干縮率宜小于0.05%。
3）坍落度：在滿足施工要求的條件下，盡量采用較小的混凝土坍落度；采用泵送混凝土時，建筑物底部的混凝土坍落度宜控制在150±30mm，建筑物上部的混凝土坍落度宜控制在180±30mm。
4）擴展度：鋼管中的自流平混凝土的擴展度宜控制在550±75mm。
5）用水量：不宜大于180kg/m3。
6）水泥用量：根據不同設計強度等級，確定不同的水泥用量。高強混凝土不宜大于550kg/m3（含替代水泥的礦物摻合料）。
7）水膠比：應盡量采用較小的水膠比?；炷了z比不宜大于0.55。
8）砂率：在滿足混凝土工作性的前提下，應采用較小砂率。
9）泌水量：宜小于0.3ml/m3。
10）宜采用萘系、聚羧酸外加劑。
11) 在箱基工程中建議采用混凝土的后期強度，降低混凝土的水泥用量以控制箱基的開裂。
2 施工控制
鋼筋混凝土工程有害裂縫的產生，與施工技術措施是否合理有相當影響因素。在各道工序各個環節配置相應技能的熟練人員，按施工組織設計技術方案進行施工。
2.1模板的安裝和拆除
1）模板及其支架應具有足夠的承載能力、剛度和穩定性，能可靠地承受澆注混凝土的自重、側壓力、施工過程中產生的荷載，以及上層結構施工時產生的荷載。
2）安裝的模板必須構造緊密、不漏漿、不滲水，并能保證構件形狀正確規整。
3）安裝模板時，為確保鋼筋保護層厚度，應準確配置混凝土墊塊或鋼筋定位器等。
4）拆除模板前，應對混凝土進行充分的澆水養護，拆除模板后，應馬上涂刷養護液。
5）底模及其支架拆除時的混凝土強度應符合設計的要求。
6）已拆除模板及其支架的結構，在混凝土強度達到設計要求的強度后，方可承受全部使用荷載；當施工荷載所產生的效應比使用荷載的效應更為不利時，必須經過核算并加設臨時支撐。
2.2混凝土的制備和運輸
1）采用預拌混凝土。其質量符合《預拌混凝土》GB/T14902的規定。
2）對品質、種類相同的混凝土，原則上要在同一預拌混凝土廠訂貨，如在兩家或兩家以上的廠家訂貨時，應保證各預拌混凝土廠所用主要材料及配合比相同，制備工藝條件基本相同。
3）混凝土運輸時，應能保持混凝土拌合物的均勻性，不應產生分層離析現象，運送容器應不漏漿，內壁光滑平整，并宜快速運輸。運送頻率，應保證混凝土施工的連續性。
4）運輸車在裝料前應將車內殘余混凝土及積水排盡。當需在卸料前補摻外加劑調整混凝土拌合物的工作性時，外加劑摻入后運輸車應進行快速攪拌。攪拌時間應由試驗確定。
5）運至澆注地點混凝土的坍落度和擴展度應符合要求。
6）由攪拌、運輸到澆搗入模，當氣溫不高于25℃，持續時間不宜大于90min，當氣溫高于25℃，持續時間不宜大于60min。當在混凝土中摻加外加劑時，持續時間據試驗另行確定。
2.3混凝土的澆搗
1）搗前檢查模板及其支架、鋼筋及其保護層厚度、預埋件等的位置、尺寸，確認正確無誤后，方可進行澆搗。
2）混凝土的一次澆搗量要適應各環節的施工能力， 以保證混凝土的連續澆搗。
3）對現場澆搗的混凝土要進行監控，運至現場的混凝土坍落度不能滿足施工要求時，采用經試驗確認的可靠方法調整坍落度，嚴禁隨意加水。
4）澆搗剪力墻時，一次澆搗高度以混凝土不離析為準，一般每層不超過500mm，搗平后再澆搗上層，澆搗時要注意振搗到位，使混凝土填充至每個角落。
5）要注意混凝土澆搗的程序。澆搗時要防止鋼筋、模板、定位鋼筋等的移動和變形。
6）混凝土采用快插慢拔，梅花狀布點的方法震搗。每點震搗的時間在10～15秒。振搗要密實，不得漏振，也不得過振，更不得用振搗器拖趕混凝土。
7）分層澆搗混凝土時，注意使上下層混凝土一體化。應在下一層混凝土初凝前將上一層混凝土澆搗完成。在澆搗上層混凝土時，須將振搗器插入下層混凝土50mm左右以便
形成整體。8）由于混凝土的泌水、骨料下沉，易產生塑性收縮裂縫，此時應對混凝土表面進行壓實抹光；在澆搗混凝土時，如高溫、太陽暴曬、大風天氣，澆搗后立即用塑料膜覆蓋，避免發生混凝土表面硬結。
9）對大體積混凝土，控制澆搗后的混凝土內外溫差、混凝土表面與環境溫差不超過25℃。
10）板類（含底板）混凝土面層澆搗完畢后，在初凝后終凝前進行二次抹壓。
11）按設計要求合理設置后澆帶，后澆帶混凝土的澆搗時間應符合設計要求。
12）施工縫處澆搗混凝土前，將接茬處剔鑿干凈，澆水濕潤，并在接茬處鋪水泥砂漿或涂混凝土界面劑，保證施工縫處結合良好。
2.4混凝土的養護
1）養護是防止混凝土產生裂縫的重要措施，必須充分重視，并制定養護方案，派專人負責養護工作。
2）混凝土澆搗完畢，在混凝土凝結后即須進行妥善的保溫、保濕養護，盡量避免急劇干燥、溫度急劇變化、振動以及外力的擾動。
3）澆搗后采用覆蓋、灑水、噴霧或用薄膜保濕等養護措施；保溫、保濕養護時間，對硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或礦渣硅酸鹽水泥拌制的混凝土，不少于7天；對摻用緩凝型外加劑或有抗滲要求的混凝土，不少于14天。
4）底板和樓面等水平結構：混凝土澆搗收漿和抹壓后，用塑料薄膜覆蓋，防止表面水分蒸發，混凝土硬化至可上人時，揭去塑料薄膜，鋪上麻袋或草簾，用水澆透或蓄水養護。
5）在本核芯筒剪力墻等豎向結構中：混凝土澆搗完畢，達到一定強度（1～2天）后，必要時及時松動兩側模板，離縫約3～5mm，在墻體頂部架設淋水管，噴淋養護。拆模后，在墻兩側涂刷養護液，沿外墻周邊包裹聚乙烯彩條布等覆蓋物，避免陽光直照墻面，并連續噴水養護。
3 結構構造控制
結構上的構造措施是控制混凝土有害裂縫產生的最有效措施。
在本工程核芯筒施工中，建議采取以下幾條措施對有害裂縫進行控制：
3.1在－18.00標高墊層處附加一層柔性隔離層
由于箱基底板直接支承于-18.00標高的中風化巖上，巖層對2m厚的箱基底板大體積砼有很強的約束力。在大體積混凝土冷卻收縮，徐變過程中，產生強大的摩阻力將導致底板開裂。
為此在墊層和基礎底板之間附加一層柔性隔離層，可以大大減少其約束力。從而減少有害裂縫產生的機率。柔性隔離層可以采用二氈三油或三元一丙，也可以采取瀝青砂的方法。
3.2 在核芯筒外壁剪力墻中增加抗裂鋼筋網片，洞口處增加放射抗裂鋼筋
在結構設計時，設計師所關心的是豎向的結構受力鋼筋，對于環向鋼筋，大都僅作構造配筋處理。根據以往的施工實踐中發現環狀結構的有害裂縫主要是豎向裂縫。而混凝土的環向收縮是導致豎向裂縫發生的主要原因，為此在本工程橢圓形結構施工事中在筒體外壁鋼筋保護層內，布置Φ6mm的弧狀鋼筋網片；在洞口處增加抗裂放射細鋼筋的方法，來預控制高聳核芯筒結構豎向有害裂縫的產生。
篇3：控制混凝土工程收縮裂縫18個因素
控制混凝土工程收縮裂縫的18個因素
控制混凝土工程收縮裂縫，很難用某一種理論一言以蔽之，只能是在長期的經驗積累之下摸索出一些竅門，以下總結了18個控制混凝土工程收縮裂縫的因素，經驗之談，供借鑒、參考。
1.混凝土大都具有大體積混凝土的性質，應重視體積穩定性（水化熱及收縮）?；炷粒ò〒讲煌饧觿┑幕炷粒┰谒幸话愠饰⑴蛎涀冃?，在空氣中一般呈收縮變形。
2.水泥用量越大，用水量越高，表現為水泥漿量越大，坍落度大，收縮越大。避免雨中澆灌混凝土。遇有小雨，應采取防雨措施（特別是下料部位）并調整水灰比。
3.水灰比越大，干縮越大，一般高強混凝土的水灰比較小，對后期干縮有利，但由于水泥漿量或膠凝材料較多以及高效減水劑的作用，比中低強度混凝土收縮大，而且隨著強度提高拉壓比降低。低水灰比對早期塑性收縮是不利的。
4.暴露面越大，包羅面積越小，收縮越大。
5.礦渣水泥收縮比普通水泥收縮大，粉煤灰水泥及礬土水泥收縮較小，快硬水泥收縮較大；礦渣水泥及粉煤灰水泥水化熱比普通水泥低，故應根據厚度選擇水泥品種。重大工程應進行水化熱及收縮試驗在進行抉擇。
6.砂巖做骨料收縮大幅度增加。粗細骨料中含泥量越大收縮越大，抗拉強度低，應嚴格限制。
7.早期養護時間越早、越長（7~14天），收縮越小。保濕養護避免劇烈干燥能有效地降低收縮應力。注意振搗，特別是在梁板（或墻板）交接處，但不得超振，以防離析和大量泌水。樓板澆筑后立即噴霧，二次壓光，覆蓋塑料薄膜，加強潮濕養護對控制裂縫很有益處。
8.環境濕度越大，收縮越小，環境溫度越高，越干燥，收縮越大。
9.骨料粒徑越粗，收縮越小，骨料粒徑越細，砂率越高，收縮越大。
10.水泥活性越高，顆粒越細，比表面積越大，收縮越大。（摻合料粒徑影響具有相同性質）
11.配筋率越大，收縮越小，但配筋過量則會增加混凝土拉應力。配筋宜細而密，不宜粗而稀。注意在收縮應力集中區，加強構造配筋。預應力結構加強非預應力配筋。
12.風速越大，收縮越大，注意高空中現澆混凝土，避免炎熱季節陽光直射新澆混凝土表面。
13.外加劑及摻合料選擇不當，顯著增加收縮；選擇適宜可減少收縮，特別是早期收縮。
14.環境及混凝土溫度越高，收縮越大。停工暴露時間越長，收縮越大。
15.收縮和環境降溫同時發生，對工程更為不利。
16.盡早回填土，土壤是混凝土最佳養護介質。盡早封閉房屋和裝修對減少收縮有利。
17.泌水量大，表面含水量過高，表面早期收縮加大，但應避免混凝土表面早期脫水加大收縮。
18.用量較少的中低強度等級水泥，水灰比較低，坍落度較小的混凝土，大部分收縮完成時間約為一年。水泥用量較大，強度等級較高的混凝土約為2年?；炷磷罱K收縮完成時間約20年。輕微收縮裂縫的處理與修補不是“質量事故”。