1、工业建筑大体积混凝土结构裂缝控制设计探讨【摘要】在大体积混凝土施工过程中，为了保证混凝土施工质量，在优化原材料和施工配合比、采用切实可行的混凝土浇筑方案、做好混凝土养护和测温等方面采取有效技术措施，坚持管理，完全可以让温度裂缝、施工裂缝等质量通病得到有效的控制。本文介绍了工业建筑大体积混凝土的基本特征，研究探讨了工业建筑大体积混凝土结构裂缝控制设计方法。 【关键词】工业建筑大体积混凝土结构裂缝控制设计 中图分类号：TV544+.91 文献标识码： A 文章编号： “大体积混凝土”系指: 构件及结构的规格尺寸, 要求必须采取相应的措施, 妥善处理温差、沉降、干缩等的变化, 正确合理地减少或消除变
2、形变化所引起的内应力, 且必须把裂缝开展控制到最小程度的现浇混凝土; 在工业与民用建筑中, 一般现浇的连续墙式结构、地下构筑物及设备基础等是容易由温度收缩应力引起开裂的结构, 可以将其通称为“大体积混凝土结构” 。 一、工业建筑大体积混凝土的基本特征 1、工程条件复杂。大体积混凝土结构物或者构件体积庞大、混凝土用量大, 由此导致工程条件复杂多样。 2、对裂缝的控制要求高。大体积混凝土多用于坝体、基础等, 对构件的要求除了一般的强度、刚度、稳定性等之外, 还有整体性、防水性、抗渗性等诸多要求。所以在大体积混凝土质量控制中, 混凝土裂缝的控制成为问题的关键。 3、大体积混凝土尺寸厚大，水泥水化热散
3、发困难，使得混凝土浇筑后温度升高幅度大（最高可达 80以上） ，出现可观的膨胀量；到了后期降温阶段，又会出现相应的可观的温度收缩。大体积混凝土中配筋量一般相对又较小，容易在后期降温阶段，因为温度收缩过大过决而使混凝土中出现严重的贯穿性裂缝，严重降低大体积混凝土的整体性、抗渗能力等。因此，在某种程度上，对大体积混凝土质量的控制就是对混凝土温度裂缝的控制。 二、工业建筑大体积混凝土结构裂缝控制设计方法 裂缝控制也就是控制混凝土的体积变形应力,单纯的抗或放很难做到, 一般均同时采用抗和放的方法, 只是有时采用“以放为主”的方法, 有时采用“以抗为主”的方法, 对某工程采用什么方法要根据工程的具体情况
4、来确定。 根据冶金工厂建构筑物的特点, 一般对于露天结构、地上框排架结构以及主要受外约束的构件采用“以放为主”的方法。即设计上按规范要求设置温度伸缩缝, 采用柔性连接、滑动支座等措施, 或在采取设置后浇带等措施的基础上加大温度伸缩缝的间距。 对于地下、半地下结构, 以及有保温措施且受环境温度影响不大的地下结构, 采用“以抗为主, 先放后抗”的方法。此时, 设计上可不设温度伸缩缝, 而采用设置后浇带或在条件许可时采用“跳仓法”施工, 在释放掉早期大量温差和收缩变形后, 靠混凝土自身强度抵抗剩余部分温差和收缩应力, 达到裂缝控制的目的。 1、混凝土材料的选择 虽然混凝土材料的选择主要由施工设计确定
5、,但结构设计人员也应掌握主要材料选择的原则。 （1）为减少混凝土的水化热和收缩变形, 应采用低热水泥( 主要为矿渣水泥、普通硅酸盐水泥等) , 同时可掺加粉煤灰或矿粉等材料代替部分水泥。 （2）细骨料应质地坚硬、清洁、级配良好, 细度模数宜为 2.3-3.1, 使用山砂、粗砂和特细砂应经过试验论证。粗骨料宜采用连续级配的碎石, 粒径40 mm, 骨料表面应洁净, 压碎指标符合要求。 （3）当在混凝土中掺合成纤维时, 其体积率一般不大于 0.15%( 纤维掺量通常为 0.5-1.0 kg/ m3 ) ,当纤维混凝土的强度等级较高时( 大于 CF20) , 粗骨料粒径不宜大于 20 mm。 （4）
6、在大体积混凝土中宜掺高效减水剂, 使混凝土具有较高的早期强度, 对前期抗裂有利。采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土时, 施工现场应具备水中养护或完全保湿养护的条件或措施, 否则, 不但不能补偿收缩, 反而会产生有害裂缝, 比不用膨胀剂还易开裂。 2、混凝土后期强度的利用 对大体积混凝土来说, 混凝土的强度等级过高对裂缝控制不利, 其强度等级应控制在 C20-C40 范围以内。 当混凝土浇筑后要经过较长时间才开始承受外加荷载时, 根据结构型式、气候条件及开始加载时间, 可采用 60d 或 90d 龄期的抗压强度。这样在保证抗压强度要求的同时, 可降低水泥用量和水化热。因混凝土不同龄期的抗拉强度受许多因
7、素的影响,故不考虑利用混凝土后期抗拉强度。混凝土不同龄期抗压强度增长率当无试验资料时, 在混凝土为 C30 及以下时, 其不同龄期强度与 28d 强度的比值可按水工混凝土结构设计规范给出的表 1 采用。 3、温度作用计算 温度作用对静定结构不产生内力, 但在构件截面上会产生自成平衡的应力, 且会产生较大的位移。对于超静定结构, 温度作用并不影响结构的极限承载能力, 因在温度应力作用下, 混凝土一旦开裂, 温度应力便自行松弛, 但若不采取措施将使裂缝过宽。 对于冶金工厂的建构筑物, 一般情况下是允许出现裂缝的, 当对裂缝宽度的控制要求不是特别严格或采取了补缝等措施后, 可以不进行温度作用计算。对
8、于地上框排架结构, 当温度伸缩缝间距超过规范规定的长度较多时, 应进行使用阶段的温度作用计算。此时应考虑框架结构封闭时的温度与正常运行期间遇到的最高或最低多年月平均温度之间的平均温差, 并考虑外荷载与温度的共同作用进行承载能力极限状态验算, 此时杆件的刚度应取开裂后的实际刚度。 混凝土浇筑初期的温度作用计算由施工技术设计进行, 其除考虑水泥水化热、环境温度的作用外,还应考虑湿度变化( 干缩变形) 的影响, 可将混凝土的干缩影响折算为 10-15 的温降进行计算。 4、构造设计 （1）结构措施 用后浇带代替伸缩缝时, 其间距应根据结构形式和外部约束情况确定, 其位置宜靠近结构截面或刚度突变部位,
9、 最大间距40m, 后浇缝宽度1.0m, 钢筋可连通不断开。后浇带封闭的间隔时间为 40-60d, 后浇混凝土可采用与本体结构相同的混凝土, 当采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土时, 施工应具有完全保湿或保水养护的条件, 且混凝土的膨胀率应满足“水中养护 14d 的混凝土限制膨胀率0.015%”的要求。 不设伸缩缝和后浇带而采用跳仓法施工时,其分仓宽度、跳仓顺序、混凝土浇筑的间隔时间等应结合各工程的具体情况确定, 目前其主要应用于地下沟道、隧道以及大型设备基础等地下结构, 并需采取必要的防渗补缝措施。 地上结构的墙体当可由建筑构造处理外观,并作好防渗、防水处理时, 可在墙体上设置控制缝引导收缩裂缝出
10、现, 加大伸缩缝间距。控制缝采用在建筑物的线脚、饰条、凹角等处预埋板条来实现, 其间距一般在 10 m 左右。 结构设计时应尽量降低内、外部的约束度, 尽量避免出现刚度突变、应力集中严重的结构形式。 对地下结构要尽量降低地基对结构的约束。对岩石等坚硬地基, 为减少其对基础或地下结构的约束, 应在地基和基础之间设置滑动层。滑动层可采用碎石垫层、沥青砂垫层, 也可在基础的混凝土垫层顶面铺设一层油毡。由于基底标高变化使基底出现台阶时, 应在基础台阶侧面设泡沫减阻板。 （2）温度钢筋 一般情况下对温度应力不作计算, 而是按经验适当增配温度钢筋, 延缓裂缝出现的时间, 分散裂缝分布和控制裂缝开展; 或在
11、配筋计算时适当增大配筋量或降低钢筋强度设计值来考虑温度应力的影响。 构造配置温度钢筋时, 在相同配筋量的前提下应采取“细而密”的配筋原则, 钢筋直径宜16mm, 钢筋间距150 mm。 现浇楼、屋盖板其变形受到柱、梁、墙的约束,往往在允许的温度收缩区段内也易出现收缩变形裂缝, 此时应按“规范”GB 50010 第 10 章有关构造要 求配置温度钢筋。 基础底板受到地基的约束, 应在上下表面配置限裂钢筋网, 其每一方向的配筋率宜为 0.1%。 结构的墙体由于先期施工的基础底板或楼板已经固结, 其对墙体的约束很大, 或受到与之相连刚度较大的柱子的约束, 墙体易出现竖向收缩裂缝。因此宜在墙体的顶部和
12、中部( 墙高6m 时) 各 300-400 mm 范围设置一道水平构造暗梁, 此范围水平钢筋间距宜取 50-100 m。墙体构造水平筋间距150 mm, 全截面( 两侧) 配筋率为 0.2-0.3%。 在结构截面突变、较大开孔及出入口等应力集中部位易出现收缩变形裂缝, 应配置限裂钢筋并适量增加符加钢筋。 直接坐落于地基上的厚大块体基础( 如高炉、各类设备基础) , 当计算不需配置受力钢筋时, 应在顶、底面和各侧面配置限裂钢筋网, 其每一方向的配筋率宜为 0.1% 且钢筋直径20 mm, 间距150mm。 温度作用与其它荷载共同作用时, 当其它荷载作用所需的受拉钢筋截面积超过温度钢筋用量时, 可
13、不另配温度钢筋。 5、与施工的配合 大体积混凝土结构的裂缝控制是一个系统工程, 需设计、施工以及管理各方面密切配合才能实现。设计人员除在前期作好抗裂设计外, 还应与施工单位协同配合, 才能达到裂缝控制的目标。 （1）后浇带的留设位置以及跳仓法施工时分仓的划分和分仓宽度应根据结构的受力情况、刚度变化情况以及施工条件与施工单位协商确定。（2）沿结构横截面留设的施工缝可采用企口缝、钢丝网缝或加钢板止水带的平口缝; 厚度较大的基础分层浇筑且停歇时间较长, 当下层混凝土已凝固再浇上层混凝土时, 宜在新浇混凝土底面配置限裂钢筋网, 钢筋直径12 mm, 间距150 mm。 （3）对大体积混凝土施工应提出及时回填的要求, 因在混凝土凝固期间拆模后不及时回填, 将加大混凝土的干缩变形, 出现早期干缩裂缝。（4）因大体积混凝土允许出现无害裂缝, 但也有可能出现少量的贯穿性裂缝, 故应制定并切实执行裂缝观测和裂缝处理措施的预案。 参考文献： 1 黄远芳.桥梁基础大体积混凝土施工裂缝控制J. 铁道建筑. 2009(08) 2 李照彩,刘永超.大体积混凝土的防裂J. 施工技术. 2009(S1)
