超长混凝土结构裂缝分析

李丹丹

(咸宁职业技术学院)

超长混凝土结构裂缝分析

李丹丹

(咸宁职业技术学院)

简要介绍了超长混凝土结构裂缝产生的原因，和控制裂缝的措施，为现场施工提供一定的技术指导。

超长混凝土结构；裂缝；控制

近年来，随着城镇化建设进程的加快，建筑用地紧张、交通拥堵和停车难等问题日趋严重，人们开始大规模的开发地下工程，地铁的建设和地下停车场的建设逐渐增多。超长混凝土结构形式的需求日益增长，平面尺寸超长，宽度超宽，面积超大的建筑迅速出现，地铁车站、地下停车场、地下商场等超长混凝土结构工程都要考虑防水问题，而现浇大体积、大面积和超长混凝土的大量应用，其开裂情况也不断增多，如何有效地控制超长混凝土裂缝的产生，在保证结构的安全性情况下，增强结构的适用性和抗震性能，是众多工程设计师和建筑学者共同关注的问题。

一．超长混凝土结构的定义

根据《混凝土结构设计规范》GB50010-2010对超长结构的定义，超长结构是指建筑物单体长度超过规范规定的设置温度缝、伸缩缝或抗震缝的最大长度，而不设置任何形式缝的钢筋混凝土结构。凡混凝土结构平面长度超过《混凝土结构设计规范》所规定的结构长度，而没有按规范设置伸缩缝的，即为“超长混凝土结构”。如按照我国现行规范现浇混凝土框架结构在室内或土中的设计长度应为55米，非混凝土构件外露的普通住宅或公共建筑，设计长度超过55米的现浇混凝土框架结构即为超长混凝土框架结构。

在混凝土结构中每隔一定间距设置伸缩缝，其主要目的就是防止由于构件过长而使混凝土收缩应力和温度应力积累引起混凝土构件出现裂缝，因此从广义上来讲，伸缩缝的最大设置间距接近规范限制，但其所承受的由于结构所用材料、结构约束条件、结构收缩作用及温度作用产生的拉应力超过结构极限强度，也可被称为“超长混凝土结构”。同时根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）如有充分依据和可靠措施，伸缩缝的最大间距可以适当增大，例如采用低收缩性的混凝土原材料，采取设置后浇带和控制缝等施工方法。

二．超长混凝土结构裂缝分析

1.裂缝研究现状

虽然结构设计是建立在结构的极限承载力基础上的，但是大多数工程的实际使用标准却是由裂缝所控制的，结构的破坏也都是从裂缝开展而来。裂缝是混凝土结构工程常见的一种缺陷。混凝土结构的裂缝问题一直是困扰建筑结构设计和施工人员的一大难题，国内外的各大学者在工程实践中不断探求解决混凝土结构裂缝的方法，同时也发表了大量的有关混凝土裂缝的成因、控制方法和裂缝的修补等文献。近年来，混凝土结构从设计、施工技术到混凝土材料及配合比控制等都有了很大的提高。对于超长混凝土结构由于结构在平面尺寸超长、宽度超宽，混凝土体积大，混凝土的收缩变形、温度作用和不均匀沉降等问题更加严重，更易引起混凝土出现裂缝，因此对混凝土结构裂缝的分析研究尤为重要。

早在 1984年清华大学的吴中伟[1]教授就对钢筋混凝土构件中存在的裂缝会引起钢筋的锈蚀从而影响构件的耐久性问题进行了研究，提出了混凝土界面裂缝可以通过改善混凝土材料的水泥组分、集料的岩种与表面性质、加水量与外加剂以及细填料等方面来得到控制，从而可以有效地防止钢筋的锈蚀，达到钢筋混凝土构件安全使用期超过100～200年。

我国的工程结构裂缝控制专家王铁梦对工业与民用建筑中的大体积混凝土结构的裂缝控制进行了深入研究，在总结大量的工程实践案例的基础上，运用科学的研究方法和计算公式，全面系统分析了裂缝的发展变化规律，对工程结构设计原理，混凝土原材料、施工技术方法，混凝土的养护、地基及环境条件等进行了系统的分析研究，提出了“抗放兼施”的工程结构裂缝控制方法及混凝土收缩变形的实用计算公式，为我国混凝土裂缝问题的研究和解决提供了重要的理论依据。

2.裂缝产生原因

混凝土裂缝形成的原因非常复杂,多种不利因素的综合作用导致了混凝土结构产生了裂缝。而由于混凝土自身特性发生的收缩变形和由于外界作用及水化热的作用引起的温度变化是引起超长混凝土构件开裂的主要原因。据有关统计,由于变形变化造成的混凝土裂缝占80%左右，由于荷载产生的裂缝占20%左右。

混凝土中产生裂缝的原因有多种，建筑工程中常见的有混凝土材料方面的温度和湿度变化、混凝土收缩引起的裂缝，设计原因引起的裂缝及施工管理方面引起的裂缝等。

（1）混凝土自身的原因

混凝土是由各种原材料拌合而成，各材料在拌合过程中会存在一定量的微孔隙和细微裂缝，这些特性使得混凝土存在不均匀性和不稳定性，使混凝土构件在正常使用状况下也是处于带裂缝工作状态。而混凝土在空气中结硬体积会收缩，在水中结硬体积要膨胀，混凝土的收缩和膨胀也会引起混凝土构件出现裂缝。混凝土在水化反应中产生的水化热引起的温度裂缝也是混凝土构件出现裂缝的重要原因。

（2）设计原因

一般钢筋混凝土构件在荷载作用下易产生裂缝，结构设计工程师要根据工程实际的地基承载力情况、上部结构的静荷载和动荷载、结构环境因素及结构实用性和耐久性等因素来控制结构荷载裂缝，避免由于结构设计的影响出现裂缝，而结构设计工程师对结构构件的裂缝变形控制考虑不全面，也是结构裂缝发生增多的原因之一

（3）施工原因

施工操作的不规范是影响混凝土结构出现裂缝的重要因素。如混凝土配合比设计是否合理；粗细骨料颗粒级配是否符合规范要求，砂是否按要求过筛，含泥量是否满足规范要求；水泥和外加剂能否相适应；混凝土坍落度控制是否合理。这些都会影响混凝土质量和收缩变形。同时在施工过程中混凝土浇筑高度过高出现离析现象，或者混凝土振捣不密实，施工缝处理不到位都会引起混凝土开裂；在混凝土养护期间养护不到位，容易产生收缩裂缝，而拆模过早，也会引起混凝土开裂。除了上述技术因素外，施工管理不到位，偷工减料，施工马虎等也是引起混凝土开裂的人为因素。

三．裂缝控制方法

钢筋混凝土结构在通常情况下都是带缝工作的，但是我们要将裂缝控制在规范允许的范围之类，防止由于裂缝的存在和发展使钢筋发生锈蚀，降低混凝土结构的承载能力、防水抗渗性能，从而影响建筑结构的耐久性和使用寿命，进而危害人们生命财产安全。

下面从混凝土材料、设计、施工、后期维护四个方面来介绍控制混凝土结构的措施。

1.混凝土材料

选用水化热低的水泥、降低混凝土的入模温度和提高混凝土的强度来防止温度裂缝的产生，通过配置低收缩的混凝土同时加强混凝土材料的检查和混凝土构件的养护来防止收缩裂缝的产生。

2.结构设计措施

在超长混凝土结构设计中，根据建筑工程结构形式、地基承载力、结构荷载和环境影响因素及建筑使用性能来采取合理的结构设计措施，如采取合适的配筋率，和后浇带，来控制混凝土结构裂缝的出现。

3.施工措施

在施工过程中，通过控制混凝土的配合比符合设计要求、控制原材料、严格施工技术要求和强化混凝土构件的养护工作来控制由于施工原因引起的构件裂缝。

对于超长混凝土结构，为了防止结构的开裂，通常采取“抗放兼备，以放为主”的原则来控制超长混凝土结构裂缝。目前通用的裂缝控制措施主要有王铁梦教授提出的“抗”、“防”、“放”以及两者结合的办法，如用补偿收缩混凝土膨胀加强带代替后浇带的无缝施工技术可以有效的控制裂缝的产生。

超长混凝土结构裂缝问题会影响结构构件的适用性和耐久性，在工程实践中我们要不断寻求裂缝的控制方法，严格控制裂缝的产生。

[1]吴中伟 钢筋混凝土的锈蚀和裂缝与安全使用期 混凝土与水泥制品 1984

[2]王铁梦 工程结构裂缝控制 中国建筑出版社 1997

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1007-6344（2016）10-0244-01