关于平面超长超大钢筋混凝土结构的探讨

摘要：在分析现浇混凝土结构产生裂缝的基础上, 从材料、设计、施工和使用维护四个方面简述裂缝产生的原因, 并结合平面超长超大钢筋混凝土结构的实践提出了几条控制裂缝的技术建议。

关键词：平面超长超大钢筋混凝土裂缝技术建议

中图分类号：TU37 文献标识码：A

1 前言

　　近年来, 长大化和复杂化已成为建筑风格的发展方向之一, 钢筋混凝土结构也随之出现了平面超长、超宽、布置形式多样、竖向多层高层甚至超高层的特点, 地下室结构也被经常采用, 而且混凝土强度等级也不断提高, 再加上材料选择及配合比设计的不合理、结构设计方案本身的缺陷、施工质量的波动和使用维护的不当等原因, 以及泵送商品混凝土的广泛应用, 自身具有非匀质特性的混凝土结构出现裂缝的可能性就大大增加了。

　　虽然混凝土结构在使用中允许出现不影响结构安全和使用功能的裂缝( 无害裂缝) , 但对于一些重要建筑和有特殊使用功能的结构部位来说, 混凝土的裂缝( 有害裂缝) 是必须控制的。比如在地下水位以下的地下室出现裂缝将造成渗漏水, 而结构出现较大的裂缝也必将影响其耐久性甚至安全性。

2 裂缝产生的原因

　　造成混凝土结构裂缝的原因是复杂多样的, 现从四个方面简述如下:

　　( 1) 原材料因素。混凝土是由各种具有不同自身性质的成分材料按照一定比例拌制而成的, 各成分自身的性质对混凝土开裂的影响将是必然的。比如: 水泥水化后的干缩、水化热造成温差应力、化学反应生成膨胀性物质, 骨料的级配不良、自身岩质不良等。

　　( 2) 设计因素。现行结构设计中的裂缝验算是基于正常使用极限状态进行的, 即混凝土裂缝的宽度一般只是保证结构安全和满足使用要求, 设计中并没有从根本上避免工程施工及使用阶段裂缝的产生。而建筑风格的复杂化也给结构布置增大了难度, 容易造成结构布置不合理, 进而出现刚度突变、应力集中等不利情况, 造成结构开裂。

　　( 3) 施工因素。在施工中, 配合比设计与控制, 混凝土的搅拌、运输、浇筑、振捣和养护等方面都会影响混凝土的质量及其变形性能, 对混凝土裂缝的产生造成直接或间接的影响。

　　首先, 混凝土所使用的主要材料和配合比设计应适应结构的相应要求, 水泥品种与用量、水灰比大小、砂率的大小、各组分之间的相互适应性、以及混凝土的塌落度等必须满足要求; 其次, 配合比设计和施工时的环境条件和材料情况肯定不会完全相同, 比如气候的温度与湿度、组成混凝土材料的质量情况, 施工中如不根据材料和环境条件及时调整, 将造成混凝土质量的不均匀, 或影响混凝土的强度, 直接或间接造成对混凝土开裂的影响; 第三, 混凝土搅拌时组分材料计量不准确, 使混凝土质量波动频繁, 容易造成混凝土的开裂; 第四,混凝土浇筑时没有针对结构特点的切实可行的浇筑方案, 或不按方案与交底施工, 以及在混凝土泵送中随意加水, 砼振捣不均匀、不密实, 施工缝和细部处理不仔细, 均会成为结构开裂的隐患; 第五, 水平结构表面抹压次数少、时间把握不好, 或过振后表面浮浆过多, 均会造成表面不规则的裂缝,即龟裂; 第六, 对于体积较大的如大截面柱、大截面梁等构件, 当环境温度较低时,侧模拆除过早将会使表面温度降低过快而同时内部水化反应正处于高峰期, 造成构件内外温差过大而产生裂缝; 第七, 混凝土的养护( 特别是早期养护) 对于避免施工裂缝具有十分重要的意义, 但施工中很多情况下对此重视不够, 尤其是竖向构件的养护更是不易到位。外界环境中的风吹、日晒加快了水分蒸发速度, 也就增加了混凝土的干缩速度, 容易造成混凝土表面的裂缝。

　　另外, 在混凝土结构的施工中, 模板系统和钢筋工程的质量好坏也和混凝土产生施工裂缝有一定的关系。比如: 模板构造方案不当, 造成模板及支撑刚度不足而下沉或变形, 模板拼缝不严密造成漏水、漏浆,拆模过早等; 局部钢筋表面污染严重, 保护层偏差过大等, 这些都有可能造成混凝土结构裂缝的出现。

　　( 4) 使用维护因素。据有关统计, 很多结构是在浇筑完3～6 个月, 甚至1～2 年内出现裂缝, 这说明裂缝多数是在外荷载作用后才出现的, 即为使用阶段的裂缝。使用阶段裂缝的出现除了与使用荷载有关外,环境的温度、湿度变化以及风的影响也是重要的影响因素, 因为“热胀冷缩”是几乎所有物体所具有的共性, 尤其对于长大化的结构更为显著。

　　所以, 在建筑的施工和使用过程中, 必须重视对新浇结构保温保湿的维护工作。比如: 基础及地下室工程具备条件后应及时进行土方回填, 主体框架完成后及时进行砌体和屋面防水层、保温层等围护结构的施工, 尽量避免混凝土结构长期的完全暴露在室外环境当中, 避免和减小因“热胀冷缩”而出现裂缝。

3 平面超长超大结构的成功实践

　　笔者参与施工的的鄂州明堂市场一期工程, 平面呈不规则形状, 东西长154m, 南北宽近100m, 层高4.8m, 柱网尺寸9m×9m, 局部为12mm×12mm, 首层和二层的单层建筑面积均约为15 000m2, 三层以上每层的建筑面积锐减了一半左右。作为平面超长超宽的大跨度结构, 设计中采用了无粘结预应力平板无缝结构体系, 横纵各一条补偿收缩混凝土后浇带和数条补偿收缩混凝土膨胀加强带, 取得了良好的效果。

　　郑州大学新校区中心图书馆工程也属于平面超大结构, 设计采用的是有梁板框架结构体系, 针对结构的变形与裂缝控制,设计中主要采用了以下措施: 基础工程混凝土全部采用补偿收缩混凝土并设置后浇带; 在首层和顶层水平结构中设置构造预应力于主梁( 有粘结) 和次梁( 无粘结) 中;在薄弱楼层和薄弱部位混凝土中掺加杜拉纤维以提高混凝土的抗拉性能; 在每层水平结构中设置多条补偿收缩混凝土后浇带和膨胀加强带。

4 平面超长超大结构施工的几点建议

　　在此类结构施工中, 应特别注意以下几点: ①混凝土各组分掺量计量准确, 保证混凝土质量的稳定; ②保证混凝土振捣密实, 不得欠振、漏振和过振; ③在混凝土终凝前, 用人工或机械进行多次抹压, 以防止表面龟裂的产生; ④在最后一遍抹压后随即采取有效的保温保湿措施, 做好混凝土的养护; ⑤后浇带施工时必须将接缝处清理干净并充分湿润后再进行膨胀混凝土浇筑; ⑥加强结构的维护和使用管理, 避免温差和风等自然条件对结构裂缝产生不利影响, 避免使用不合理( 超载和损坏结构等)造成结构开裂。

　　随着建筑结构向长大化和复杂化的方向迈进, 混凝土结构的变形与裂缝问题变得越来越突出, 如果解决得不好必将影响钢筋混凝土结构的更进一步发展, 也可能使钢筋混凝土结构作为建筑结构方案的主流地位受到挑战。钢筋混凝土结构作为我国现阶段经济适用的结构方案, 混凝土变形与裂缝的研究和控制已经显得迫切起来, 虽然裂缝产生的原因复杂多变, 但随着科学技术和分析、试验方法的不断进步, 这一课题必将会不断取得新的突破, 这就需要建筑行业的全体从业人员发挥创造力与智慧, 从原材料、设计、施工和维护等诸多方面共同探讨和解决。

参考文献

　　1 王赫.建筑工程质量事故分析( 第二版) [M].北京: 中国建筑工业出版社, 1998

　　2 张延荣. 建筑施工质量事故处理与预防400例[M].郑州: 河南科学技术出版社, 1999

　　3 续宪宏.浅谈现浇钢筋砼结构的裂缝问题[J].中国科技信息, 2005( 20)