高层建筑大体积混凝土裂缝分析

许江丰

【摘要】在高层建筑施工过程中大体积混凝土裂缝的控制是一项较复杂的任务。本文详细介绍了高层建筑大体积混凝土裂缝的主要类型，并分析产生裂缝的主要原因，以及针对这些原因，总结归纳了防治措施。

【关键词】高层建筑 大体积混凝土 裂缝 成因措施

中图分类号： TU97 文献标识码： A 文章编号：

随着我国基础建设的快速发展，越来越多的高层建筑进入我们的视野，而高层建筑大体积混凝土裂缝问题是当前混凝土施工中的一个普遍存在的问题。裂缝的产生不仅会降低混凝土的强度、抗冻性等,而且还会对混凝土的抗渗性和耐久性也造成更为严重的破坏。

导致大体积混凝土产生裂缝与很多因素有关，而这些细小的因素最终为工程结构埋下严重质量隐患。因此，大体积混凝土施工中应严格控制裂缝产生和发展，以保证工程质量。

一、高层建筑大体积混凝土裂缝的主要类型

高层建筑大体积混凝土裂缝的主要类型有以下两种：

1、贯穿性裂缝。高层贯穿性裂缝也叫外约束裂缝，其主要特点是由交界面向上延伸，一般情况靠近基底的最大，而在上部的比较小。如果贯穿性裂缝比较严重的话，就会破坏结构的整体性、耐久性、防水性和稳定性等，危害非常严重。

2、表面裂缝。表面裂缝也叫做内约束裂缝。表面裂缝一般产生很早，多呈不规则状态，深度较浅；大面积结构裂缝常纵横交错；梁板长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄，并且表面裂缝产生应力比较集中，还有可能促进裂缝进一步扩大。

二、高层建筑大体积混凝土裂缝产生原因分析

大体积混凝土结构的截面尺寸较大，由外荷载引起裂缝的可能性很小，但水泥在水化反应中释放出来的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用下，会产生较大的温度应力和收缩应力，成为大体积混凝土结构出现裂缝的主要因素。

1、温度应力。温度应力的产生有三种形式，一是水泥水化热聚集在内部不易散发，内部温度显著升高，外表为室外环境温度，散热较快，这样就形成了较大的内外温差；二是拆模前后，使表面温度降低很快，造成了温度陡降；混凝土内达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值就是内部温差。这三种温差都可能造成内部和外部热胀冷缩的程度不同，就在混凝土表面产生膨胀应力。混凝土在浇筑初期，其抗拉强度很低，若此时温差产生的表面拉应力超过混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生裂缝。

2、收缩应力。温度升高造成热胀，降温产生冷缩。此外，当混凝土在硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用，也将促使混凝土产生化学收缩和干燥收缩。硬化后发生的收缩将受到地基的强大约束，产生很大的外部约束力，当这种约束力超过此时混凝土的极限抗拉强度时，就会在基础内部产生裂缝。

三、大体积混凝土裂缝的预防措施

1、设计措施

（1）精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。

（2）增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.3—0.5%之间。

（3）在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

（4）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。

（5）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

2、原材料控制措施

（1） 水泥品种的选用

大体积混凝土宜选用水化热低、水化热不集中的水泥品种。

水泥中水化热的大小、水化热的集中程度和水泥中熟料组分、水泥的细度及颗粒分布情况有密切关系。当需要严格控制水泥水化热时 ,应查看水泥的组分和物理特性，进行试验确定其可用性。

（2）增加粉煤灰掺量，使用高效减水剂

在混凝土中掺加粉煤灰不仅能使混凝土具有较好的和易性、抗渗性、减少泌水现象发生、有利于混凝土表面处理，而且对混凝土强度，特别是后期强度有较大的贡献。实践证明，每掺加10kg粉煤灰替代等量的水泥，混凝土的温升可降低1℃。因此 ,增加混凝土中的粉煤灰掺量是减少水泥用量、降低混凝土中胶凝材料水化热的一种有效措施。

混凝土中掺加减水剂，能保持混凝土工作性质不变而显著降低水灰比、改善和易性，并能减少10%—20%的水泥用量，降低水化热量，减缓水化速度。混凝土中掺加缓凝型减水剂，还可推迟初凝时间，减缓浇筑速度和温度以利散热。目前的高效减水剂可以减水20%—25%，能有效的降低水胶比、减少水化热，对减少混凝土浇筑后的塑性收缩和温度收缩有重大意义。

（3）掺入外加剂

在混凝土中掺加微膨胀剂，补偿一部分混凝土的收缩，在钢筋约束下，可在混凝土中建预应力，这一预应力大致可抵消混凝土硬化过程中产生的收缩拉应力，使结构不裂或控制在无害裂缝范围内。

（4）增加混凝土中粗骨料的用量

给混凝土增加骨料用量，特别是粗骨料用量，也是防止裂缝产生的一个有效措施。骨料用量多了，胶凝材料用量就会相对降低，胶凝材料产生的水化热也会降低。

3、施工方法控制措施

大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，降温速度不应超过0.5℃—1.0℃/h。对大型设备基础可采用分块分层浇筑，分块厚度为1.0m—1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时，在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层，底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少约束作用。此外，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。尽量采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。还可根据具体工程特点，采用膨胀剂补偿收缩混凝土技术。

4、温度控制措施

混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极其敏感的。当混凝土从零应力温度降低到混凝土开裂温度时，混凝土拉应力超过了此时的混凝土极限拉应力。因此，通过应降低混凝土内水化热温度和混凝土初始温度，减少和避免裂缝风险。

四、结束语

高层建筑大体积混凝土裂缝产生的原因多种多样，不管什么原因，只要严格按规范规定控制混凝土原材料选择、设计、现场施工等各个环节，就能最大限度的避免混凝土裂缝的出现，以保证施工质量。

参考文献：

【1】张玲 薛树军 巴松涛《某高层建筑基础混凝土裂缝成因分析与处理》2001年

【2】马燕《高层建筑大体积混凝土裂缝的预防》2008年

【3】吴卓雄《高层建筑大体积混凝土裂缝产生的原因与控制》2008年

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。