高层建筑现浇钢筋混凝土结构构件的裂缝控制
李春胜
摘 要 :对混凝土沉缩裂缝、干缩裂缝及温度裂缝作了分析 ,通过优选混凝土组成材料及其配合比 ,制定了合理的施工技
术措施 ,有效地控制和避免了混凝土结构构件裂缝的产生。
关键词 :结构构件 ,裂缝 ,现浇钢筋混凝土
引言
近十多年来 ,高层、超高层建筑不断增加 ,建筑物也不断向空
中发展 ,因而 ,需要不断提高结构构件混凝土的设计强度。目前
高层建筑结构构件混凝土设计强度已达到Ｃ40～Ｃ60,有的已达
到Ｃ80。高强度混凝土的使用 ,导致结构构件混凝土产生裂缝已
成为普遍现象。据有关资料表明 :高层建筑地下室底板出现裂缝
的数量约占底板总数的 10%,而地下室外墙开裂的工程数量占
被调查工程总数的 80%以上。虽然 ,结构设计的基础是强度的
极限值 ,但裂缝的存在直接影响建筑物的正常使用。所以 ,裂缝
的控制显得尤为重要。
1 裂缝特征分析
1.1 沉缩裂缝
混凝土是由水泥、砂、石、水、外加剂和掺合料等材料经搅拌
后 ,由于水化作用、胶凝材料将松散的砂石骨料胶合成具有一定
强度的各种粒径的堆积体。混凝土浇筑成型后初凝前 ,由于重力
作用 ,粗细骨料及水泥颗粒比重大 ,产生沉降 ;水分比重小 ,上浮
至混凝土上表面 ,产生泌水 ,水泥净浆浮至混凝土表面产生外分
层 ;水泥净浆浮至粗骨料下方 ,产生内分层。混凝土泌水造成塑
性收缩 ,使混凝土内部产生微裂和水泥石内部的裂缝。
1.2 干缩裂缝
高强度高性能混凝土 ,由于水灰比低 ,胶凝材料用量大 ,浇筑
成型后 ,在凝结硬化的过程中 ,往往自行收缩而产生裂缝。混凝
土中的毛细管孔隙 ,在混凝土干燥过程中逐步失水 ,毛细管也逐
步变形 ,产生很大的毛细管张力 ,混凝土产生体积收缩 (外观体积
收缩小于 0.2%)。如果混凝土中的用水量增加 ,水灰比增大 ,毛
细管孔隙也增多 ,混凝土体积收缩增大 ,会产生干燥收缩裂缝。
1.3 温度裂缝
对于大体积混凝土结构 ,混凝土浇筑完毕后 ,由于水化热积
聚在混凝土内部不易散发 ,常使混凝土内部温度上升到 5 0℃～
6 0℃ ,甚至更高 ;而混凝土表面温度为室外环境温度 ,一般为 5℃
～ 28℃ ,这样就形成了混凝土的内外温差。这种内外温差在混凝
土凝结初期产生的拉应力超过混凝土初期建立的抗拉强度时 ,就
会导致混凝土开裂。所以 ,混凝土可认为是由水泥石、骨料、气
体、水分及孔隙等组成的非匀质性材料。由于混凝土的内部缺
陷 ,其抗拉强度远低于抗压强度 ,而混凝土抗拉强度及抗拉变形
的不足 ,将产生工程结构的裂缝。
控制现浇钢筋混凝土结构构件裂缝 ,就要控制混凝土塑性收
缩开裂、水化热开裂及干燥收缩开裂。因此 ,可通过优选混凝土
组成材料及配合比 ,掺入降低收缩的外加剂 ,控制混凝土的泌水
量等措施改善混凝土的性能。
2 裂缝控制措施
2. 1 优选混凝土原材料
1)水泥。水泥的品种很多 ,由于不同水泥品种所含矿物组成
不同 ,它表现的基本特征也不同。所以 ,根据现浇构件的性质和
特点、所处环境条件及施工条件 ,按所掌握的水泥特性进行合理
选择。
2)掺合料。在混凝土中通过使用掺合料 ,降低水泥用量 ,改
善混凝土性能 ,能有效地控制水化热和收缩。ａ .采用矿渣微粉和
磨细粉煤灰 (或硅灰 )的双掺技术 ,降低水泥用量 ,改善混凝土性
能。双组份掺合料能填充水泥颗粒间的空隙 ,有利于堆积密度的
提高 ,减少孔隙率 ,使孔隙细化 ,且在水化过程中 ,两者能相互作
用 ,相互激发活性 ,改善水泥石与骨料的交界面强度。与普通混
凝土相比 ,使用双掺技术的新拌混凝土坍落度损失减少、泌水率
降低、抗离析性增加、绝热升温峰值延迟 ;硬化后混凝土后期强度
增加、收缩降低、抗渗性提高。ｂ .采用微膨胀剂技术 ,通过掺加微
膨胀剂替代部分水泥 ,以补偿混凝土的收缩。根据工程实践 ,使
用微膨胀剂 ,对混凝土要严格保湿养护。
3)外加剂。为满足泵送混凝土要求 ,混凝土必须具有足够的
坍落度 ,但混凝土坍落度越大收缩越大。所以 ,应该选用能减少
用水量及水泥用量 ,降低混凝土水化热和收缩的外加剂。外加剂
的品种及最佳掺量须通过试验确定。
4)骨料。粗骨料应选用连续粒径的碎石 ,严格控制含泥量、
针片状含量、压碎指标 ,进行碱活性测试。细骨料应采用中砂 ,细
度模数大于 2. 3,严格控制含泥量、泥块含量。
2. 2 优选混凝土配合比
混凝土配合比在保证混凝土各项性能的前提下 ,尽可能减少
用水量、水泥用量 ,从而控制混凝土的水化热和收缩。
1)合理选择用水量。混凝土中用水量增加 ,剩余水增加 ,毛
细管孔隙增加 ,干燥收缩增大 ,混凝土容易开裂。从确保混凝土
耐久性的前提出发 ,应降低混凝土的用水量。 2)合理选择砂率。
砂率越高 ,混凝土收缩越大 ,在满足混凝土泵送要求的前提下 ,尽
可能降低砂率 ,从而减小混凝土收缩量。 3)混凝土掺合料。混凝
土中加入掺合料替代部分水泥 ,减少水泥用量 ;降低水化热和水
化放热速率 ,推迟达到最高温度的时间 ;减少混凝土收缩 ,改善混
凝土性能。 4)通过试验确定降低混凝土收缩的外加剂。在混凝
土中掺入这种外加剂后 ,可减小毛细管张力 ,使混凝土干燥收缩
变形降低。
2. 3 制定合理的施工技术措施
1)严格控制施工混凝土的水灰比。用水量增加 ,混凝土收缩
增加 ;且坍落度增大 ,混凝土易产生严重离析 ,造成石子下沉 ,砂
浆上浮 ,易产生纵向裂缝。 2)采用双掺技术生产混凝土时 ,必须
有足够的搅拌时间 ,使混凝土拌和均匀。 3)混凝土浇筑间隔时间
不得超过初凝时间的一半 ,必须配备足够的运输设备 ,满足运输、
浇筑的需要。 4)加强混凝土的现场养护。进行保温、保湿养护 ,
养护时间不少于 14ｄ。 5)掌握好混凝土脱模时间。脱模过早 ,混
凝土暴露过早 ,在水化热未完全散发前脱模将促使混凝土收缩加
剧 ,促使混凝土裂缝的产生和发展。 6)适当使用膨胀剂 ,以补偿
混凝土的收缩变形。
3 工程实例
某高层建筑 ,地上 28层 ,地下 2层 ,大体积混凝土基础底板
一次连续浇筑 ,基础底板长 40. 5ｍ ,宽 32. 2ｍ ,厚 1. 4ｍ ,Ｃ 30,混
凝土一次浇灌量为 1825. 74ｍ3,大体积混凝土升温和裂缝控制
措施有 :
1)降低水化热 ,采用 425号矿渣水泥 ,水泥用量 330ｋｇ/ｍ3。
2)利用混凝土后期强度 ,由Ｒ28为Ｃ 30改成Ｒ60为Ｃ30,可
使每ｍ3混凝土水泥用量降低 ,水泥用量减少 10ｋｇ ,水化热相应
降低约 1℃～ 2℃。
3)采用 5ｍｍ～ 40ｍｍ卵石 ,含泥量小于 1. 0% ,可减少用水
量及水泥用量。
4)中砂 ,细度模数大于 2. 4,含泥量严格控制在 2%以内。
5)在混凝土表层增设一道?8@200的双向钢筋网片 ,以增加
混凝土表面抗裂性。
6)大体积混凝土配制成微膨胀混凝土 ,改善混凝土自身的各
项性能 ,控制其内部约束产生收缩裂缝。
7)降低混凝土水化热及调整混凝土的凝结时间 ,实行混凝土
分层滚动连续浇筑 ,按缓凝时间控制每层混凝土的浇筑期 ,确保
混凝土层不出现冷缝。
8)控制混凝土的入泵温度和坍落度 ( 12± 2)ｃｍ。
9 )控制浇筑后混凝土表面和内部温度差不超过 25℃ ,采用
保温养护 ,养护期不少于 14ｄ ,保证混凝土强度增长期间温度裂
缝得到控制。
10)制定测温、控温方案 ,对混凝土实行 24ｈ连续监控 ,当水
化热峰值过后 ,应控制混凝土的降温速率不大于 2℃ /ｄ。
4 结语
现浇钢筋混凝土结构构件出现裂缝 ,是目前建筑工程施工中
较为普遍的现象 ,而裂缝的存在直接影响建筑物的正常施工和使
用 ,对此必须进行有效控制。工程实践证明 ,在混凝土中掺加掺合
料 ,降低水泥用量 ,降低水化热 ;严格控制泌水量小于 0. 3ｃｍ3/ｃｍ 2;混凝土中掺入降低收缩的外加剂 ,改善混凝土性能 ,是控制裂缝
的有效措施
