超长混凝土结构温差裂缝的预控措施论

在建筑工程中，混凝土结构的裂缝较为普遍，裂缝的类型也很多，按形成原因一般可归结为由外荷载和自身变形引起的两大类裂缝。其中由混凝土自身收缩和温度变形引起的裂缝及由这两种变形共同作用引起的温度收缩裂缝则是建筑工程中最常见的裂缝。

随着建筑物向大型化和多功能发展，超长(即超过温度伸缩缝间距)高层或大柱网建筑不断出现，混凝土强度等级的幅度提高，施工中泵送混凝土工艺的全面应用，使超长混凝土结构易出现的温度收缩裂缝有逐渐增多的趋势。虽然这类裂缝属非结构性裂缝，一般不会影响构件承载力和结构安全，但却会影响结构的耐久性和整体性，同时也会给使用者心理上造成不良影响。另外，由于我国幅员辽阔，不同地区气候环境、温湿度差异很大，现行规范对防止和减轻温度收缩裂缝的设计措施制定的较为单一和局限。因此，绝大多数设计人员较重视强度设计，而较少考虑抗裂的构造措施。这样一旦出现裂缝，不仅影响工程质量，在住宅商品化，质量纠纷日趋增多的今天也不利于企业维护。

基于以上原因，有必要结合北方地区温差大、气候干燥这一环境特点，根据多年的工程施工实践和体会，对防止和减轻超长混凝土结构温度收缩裂缝的设计和施工提出一些做法，供设计施工人员参考。

1．温度裂缝的基本特点

混凝土在水化的过程中发生干缩，温度变化时会热胀冷缩，当这两种变形受到模板及钢筋的约束后，在结构内部就会产生收缩应力和温度应力，这两种应力超过混凝土当时的抗拉强度时就会导致混凝土开裂而形成收缩裂缝或温度裂缝。超长混凝土结构中较多见的是在收缩应力和温度应力共同作用时所产生的温度裂缝。分析温度收缩裂缝的基本特点，首先应了解收缩和温度变形的一般理念。

1．1收缩变形的特性及影响因素

一般混凝土最终收缩应变约为3×10-4～5×lO-4，其特点是早期收缩快，半年内可完成第1年收缩量的80％～90％，一年后仍发展但已不明显。其影响因素主要有混凝土强度等级、水泥品种、水灰比、坍落度、掺和料、外加剂品种养护(保温、保湿)和体表比及环境等因素。

1．2温度变形的特性及影响因素

混凝土温度线胀系数一般为1．0×10-5K-1，其变形随温差升降而变化，一般发生在混凝土终凝到建筑物使用l～3年内。其影响因素有季节温差、内外温差和日照昼夜温差。

1．3温度收缩裂缝的基本特点

(1)温度裂缝由收缩和温度变形共同产生，其分布一般为收缩和温度两种裂缝的组合，随环境湿度和温度而变化，随时间的延长而发展，裂缝的开裂和危害程度往往较单一的收缩或温度裂缝严重。

(2)根据不同工程裂缝出现的时间、发展与变化，以及分布、形状、尺寸等特征，一般可分为以收缩变形为主或以温度变形为主，实际工程中较常见的是以收缩变形为主的温度收缩裂缝，一般发生在混凝土浇筑后半月至数月之内，在一年以后趋于稳定，变形极小。

(3)主要影响的部位及构件是底层和顶层，房间的梁板构件以及基础梁、挑檐、栏板等外露构件。

(4)梁板裂缝呈不同分布和特征，梁裂缝一般垂直于纵向，分布在两侧面，形状呈两头细、中间宽，呈菱形。裂缝为表面、深进或贯通。单向板缝等间距平行于短边。双向板缝较单向板缝严重，两个方向的板缝纵横交错，不规则，缝大都贯通，板面缝一般宽于板底缝。

2．对超长混凝土结构温度裂缝的设计要求

2．1设置后浇带及控制温度收缩应力的措施

2．1．1设置后浇带

后浇带是列入《钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工规程》(JGJ 3一2002)中，目前设计人员常用的方法是利用混凝土早期收缩量大的特征，其设计思路是“以放为主”。主要作用是释放早期混凝土收缩应力，减小以收缩为主的变形。规程虽然对后浇带的间距、宽度、钢筋处理、浇筑时间有较明确的要求，不少资料对此也有介绍。但是结合多年来对北方地区一些较大型超长工程的设计施工看，深感对后浇带的做法必须予以重视。如设计施工处理不好，不仅起不到预期的效果，还会留下结构隐患。因此就后浇带的具体做法提出看法：

(1)间距：规程规定为30～40m。应根据具体工程结合建筑物长度、气候环境特点综合考虑，一般应控制在30m左右为宜。

(2)位置：宜安置在小跨梁开间或受力较小的部位，一般可在梁跨l／3处；平面布置时，要注意梁的布置宜平行于后浇带以免梁截断太多；视具体情况可。沿平面非直线宜曲折通过。

(3)宽度：规程规定800～1000mm。建议预留的宽度要考虑满足钢筋错开搭接的要求。可允许在1000～1200mm之间。

(4)钢筋：目前对后浇带内梁纵向钢筋处理有两种做法：

第一种：梁板钢筋均断开后搭接(规程要求)，但由于梁钢筋搭焊接处理筋多截面小，操作困难，质量不易保证，易给结构造成隐患。

第二种：板钢筋断开，梁钢筋直通不断。目前工程采用较多，但由于梁主筋不断开，处理较多时，钢筋全部不断开，会约束混凝土收缩，达不到预期效果。

处理措施：梁上部钢筋、腰筋及板墙钢筋应断开后，错开搭接或必要时先搭接后补焊。梁下部钢筋不断开，可适当加大配筋。这样既可大大减小梁钢筋全部不断开对混凝土收缩形成的约束，又可避免梁钢筋全部断开后造成的钢筋搭，焊接困难，这种处理方法多年来已在一些工程中较好地进行了使用。

(5)浇筑时间：《高层建筑混凝土结构技术规程》(JGJ3―2002)规格要求，宜在两个月后且补浇筑后浇带混凝土时的温度，宜低于主体混凝土浇筑时的温度。由于混凝土早期收缩量最大，相对1年的收缩量，半月约占30％～40％；1个月约占45％～55％；2个月约占65％～75％；半年约占80％～90％，故应按规范执行，一般应保证两个月后浇筑，当两个月后主体施工未完，可延

后浇筑后浇带混凝土。

(6)后浇混凝土：采用无收缩或微膨胀混凝土，强度较主体混凝土提高C5级，施工图设计要特别注明施工单位注意的问题：后浇带两侧宜设钢筋网片，防止主体混凝土流人后浇带；在浇筑后浇带混凝土前应清理凿毛两侧，浇筑时要振倒密实，并精心养护；后浇带两侧支撑应保证稳定可靠，后浇带混凝土达到设计强度时方可拆除竖向及底模。

2．1．2有针对性地控制温度收缩应力的措施

(1)加强屋面保温隔热措施，采用高效保温材料，严格满足建筑节能65％设计标准。

(2)屋面板、外廊板、阳台板等外露现浇板(含施工期间主体暴露时间较长的室内现浇板)以及板跨大于4m且采用泵送混凝土的双向连续板等温度收缩应力较大的板，均应在板面(即板的受压区)配置不小于ф8@200双向钢筋网片，或支座钢筋隔一全跨贯通，但间距不宜大于200mm，配筋率不宜小于0．2％。以上板在有受力钢筋处，实配钢筋应考虑温度收缩应力影响予以适当增大。

(3)框架梁及所有现浇梁凡高度大于等于600mm(外露梁高度大于等于500mm)者均设置不小于2ф14腰筋。腰筋宜细而密，间距不应大于200mm，每侧腰筋配筋率不宜小于0.1％。

(4)檐口板、外露栏板应双面双向配筋，上下端头各配大于等于2ф12温度抵抗筋，并每隔15～20m设置一道20mm温度伸缩缝。要控制现浇板混凝土强度等级不宜高于c35。后浇带列入现行规程中已在许多工程中广泛得到使用。其主要作用是减小混凝土早期以收缩为主的变形。因此，超长混凝土结构温度收缩裂缝的预防不能仅靠设置后浇带来解决，必须采取上述“放”、“防”、 “抗”相结合的综合措施。北方在一些地区较大型的超长建筑中，根据具体工程各自的特点多次采用了上述综合措施。实践证明比较有效。防止和减轻北方地区超长混凝土结构温度收缩裂缝，目前应首先采用设置后浇带以及控制和低抗温度收缩应力的综合预控措施。考虑目前建筑工程中混凝土温度收缩裂缝趋‘于增多以及超长混凝土结构的抗震性能偏低的现实，建议采用上述综合措施，房屋总长宜控制在120m以内。

2．2采用UEA补偿收缩混凝土

2．2．1问题的提出及建议

由于后浇带延长工期，钢筋断后的搭、焊接和清理凿毛均给填缝施工带来较大困难，处理不好将留下结构隐患，因此中国建筑材料科学研究院游宝坤教授提出采用UEA加强带取代后浇带连续浇筑超长建筑的无缝设计施工方法，在一些工程中得到了应用。

2．2．2设计措施 “以抗为主”的设计原则，利用UEA补偿收缩混凝土在硬化过程中产生的膨胀作用，在结构中产生少量预加应力用来补偿混凝土在硬化过程中产生的温度和收缩拉应力，从而防止收缩裂缝或把裂缝控制在无害裂缝范围内。

2．2．3具体做法

所有楼板混凝土配制时均掺10％～20%UEA(膨胀率为2×10-4～3×10-4)。但每间隔50m设置一条2m宽膨胀加强带，带内混凝土掺加14％～15％UEA(膨胀率4×10～-4～6×10-4K-1)，两侧设密孔钢丝网，防止混凝土流入加强带，可连续浇筑100～200m的超长建筑体，据介绍，该技术已经在全国许多重大工程中得以应用。由于这种补偿收缩混凝土的方法、规范未列入，施工要求严，气候环境影响大，潮湿地区膨胀可保持，干燥地区会存在收缩量大问题。北方地区应慎重采用，若采用可做必要计算和试验，测得一些技术数据，最好在有条件保湿养护的地下结构中采用。也可考虑在建筑长度100m以下，若设置后浇带影响工期的工程上试用，但对梁板构件仍应有针对性地采用2．1．2节中介绍的一些必要的控制和抵抗温度收缩应力的设计措施。另外特别强调施工时要严格保湿养护。

2．3采用预应力混凝土结构

预应力混凝土可增加强梁板刚度，梁板中所产生的预压应力，可抵消由于混凝土温度变化和收缩产生的轴向拉应力，从而达到扩大温度伸缩缝间距不设后浇带的目的。经对某工程介绍了解到：梁板在采用无粘结预应力混凝土后，平面尺寸84m×48m，未设后浇带，建筑物各功能使用良好。在满足建筑层高要求而采用该技术时，可考虑在采用必要的控制和抵抗温度应力的具体措施后，增大温度伸缩缝的间距，应结合工程状况具体分析应用。

简要小结

温度收缩裂缝是北方地区超长混凝土结构中较普遍且目趋增多的裂缝，由于该裂缝的危害性及规范范的局限性设计人员应予以足够重视从设计角度浅析了混凝土收缩和温度变形的特性、影响因素以及温度收缩裂缝的成因和基本特点，以便于设计人员建立起最基本的概念有针对性地结合具体工程特点考虑防止和减轻温度收缩裂缝的具体预控措施。设置后浇带以及控制和抵抗温度收缩应力的综合措施”注重结构设计，对裂缝采取“放”、“防”、“抗”相结合的措施。工程实践证明，对防止和减轻温度收缩裂缝比较有效，但其中一些措施主要基于设计概念和定性分析，如何通过进一步的定量计算及试验验证，尚需做深入细致的工作，具体工程在采用何种措施时应根据其各自特点，并结合地区抗震设防等级要求综合考虑。