高层建筑大体积混凝土裂缝的预防

摘要：文章叙述了高层建筑大体积混凝土基础的特点，介绍了高层建筑大体积混凝土裂缝的类型，分析了裂缝形成的主要原因，在此基础上提出了预防措施。

关键词：高层建筑；大体积混凝土；温度裂缝；收缩裂缝；裂缝防治

中图分类号：TU974文献标识码：A文章编号：1009－2374(2009)12－0163－02

所谓大体积混凝土，一般理解为尺寸较大的混凝土。随着我国经济和城市建设的发展，高层建筑越来越普遍，这些建筑的基础底板和桩基承台等一般均属大体积混凝土结构。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问题，裂缝不仅会降低混凝土的强度、抗冻性，对混凝土的抗渗性和耐久性影响尤为严重。本文将分析其原因，并提出预防措施。

一、高层建筑大体积混凝土基础的特点

大体积混凝土具有结构厚、体形大、混凝土用量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。高层建筑基础工程中的大体积钢筋混凝土施工，一般具有如下特点：

1混凝土强度等级较高，水泥用量大，因而收缩变形大。

2配筋结构、配筋率较大，对避免产生温度裂缝较有利。

3由于几何尺寸不是十分巨大，水化热温升较快，降温散热亦较快。

4地基较弱，地基对钢筋混凝土底部的约束力也较弱。

二、高层建筑大体积混凝土裂缝的类型及产生原因

(一)高层建筑大体积混凝土裂缝的主要类型

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，这样就会破坏结构的整体性、耐久性、防水性和稳定性等，这样就会影响整个建筑正常使用，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；梁板类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。

图1是某高层建筑基础板面裂缝分布情况，板面裂缝大多数为45。左右斜向裂缝，且多数相互平行，少数相交成八字形。中间部分的斜向裂缝宽度较大，个别贯穿性裂缝宽度达0.5mm以上，约占总裂缝数量的5％，67％的裂缝宽度<0.1mm，25％的裂缝宽度为0.1～0.2mm，3％的裂缝宽度为0.2～0.4mm。平均裂缝深度14cm。裂缝长度最长达170cm，短的仅7cm。

(二)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。具体而言，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。这种裂缝多发生在混凝土浇筑后的升温阶段，温度应力与温差的大小成正比，因此尽可能减小温差是温度裂缝控制的主要措施之一。

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，内外叠加，可能贯通结构截面造成严重危害。

三、大体积混凝土裂缝的预防措施

上节提及，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。因此，需依靠合理配筋、改进设计、采用合理的浇筑方案和浇筑后加强养护等措施，以提高结构的抗裂性和避免引起过大的内外温差而出现裂缝。

(一)提高混凝土本身的抗裂性

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，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，严格按照“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)的设计标准，使混凝土的配合度达到最优，生产出高质量的抗裂混凝土。

2设置增强钢筋。在容易开裂部位配置斜向钢筋、八字筋或钢筋网片，并配置一定数量的抗裂钢筋，可显著提高混凝土的抗裂性能。在孔洞周围，断面转角处等宜增配斜向钢筋、钢筋网片，避免因应力集中产生裂缝。

3掺入纤维。纤维可握裹更多的集料，同水泥基体有紧密的结合力，可在混凝土中发挥更有效的抗裂作用。在水泥中加入纤维可以提高抗拉强度，控制基体中微裂缝的形成和发展，改善基体的韧性与抗冲击性。

(二)控制混凝土内外温差

1降低混凝土最高温升。要想有效地降低最高温升，选用水化热低的水泥品种和降低水泥用量是最好的方法。因此，应尽可能选用水化热较低的水泥(如矿渣硅酸盐水泥)配制混凝土，或在混凝土中掺人适量的粉煤灰，不仅可节约水泥降低水化热，还可以与水泥水化的产物进行二次反应，可有效地降低水化热的高峰值，从而减少了早期裂缝的出现，而且，由于其后期反应持续时间长，混凝土降温速率低，这样就避免了在降温过程中出现的温差过大现象。

2控制混凝土入模温度。施工要求混凝土入模温度不大于28℃，以降低大体积混凝土的总温度，减少内外温差。为此，在碎石、砂场搭设简易遮阳设施，必要时向骨料喷冷水以控制混凝土的配制温度。浇筑前底部垫层用草帘覆盖防晒，现场周围和基坑壁洒水降温，降低混凝土底部温度。

3冷却循环系统。采用波纹管循环冷却水使混凝土内部降温，通过控制混凝土内部温度，降低混凝土的热胀程度，同时也减少收缩量。外部养护上表面用蓄水法保温养护，侧面及时回填。表面蓄水深度10cm以上，将内部用于冷却后导出的热水用于养护，有利于混凝土强度的增长和延缓混凝土表面温度下降速度，降低混凝土内外温差。当内外温差低于20℃时可停止养护，但蓄水养护不可过早停止。停止水循环后用灌浆法将管封堵。

(三)降低收缩应力

1分层浇筑。分层浇筑可以有效降低混凝土的内外温差，减少收缩值并弱化基础的约束作用。如文献[1]采用“分两层浇筑、一个坡度、斜薄层浇筑、往返推进、2次到顶”的浇筑方法，使混凝土自然流淌形成斜坡，见图2。在每条浇筑带的前、中、后布置3道振动棒，前道振动棒布置在底排钢筋处和混凝土的坡脚处，确保混凝土下部的密实；后道振动棒布置在混凝土的卸料点，解决上部混凝土的捣实；中部振动棒使中部混凝土振捣密实，并促进混凝土流动。

图2混凝土浇筑顺序示意图

2减少地基对浇筑体的约束。如在垫层上按4～6m方格留伸缩缝，在伸缩缝中加人聚苯乙烯泡沫板，减少地基对混凝土的约束力。或垫层上浇沥青胶并撒铺5mm厚砂层，或铺2层沥青油毡纸作底层，这样就可以清除或减少约束作用。

3设计合理的养护措施。大体积混凝土的养护时间应适当延长。混凝土表面覆盖草袋及塑料薄膜，进行保温、保湿养护。浇筑完成后，表面搓平。能上人时，在其表面先铺一层塑料布，再覆盖一层草袋或两层草袋保温并洒水养护。

四、结语

为了更好地预防大体积混凝土基础裂缝，除了理论研究之外，还应该在工程实践中不断发现问题，总结经验，严格控制混凝土原材料选择、配合比设计、现场施工等各个环节，加强管理，尽量避免混凝土裂缝的出现，以保证大体积混凝土工程的质量。

参考文献

[1]朱凯，王宝君，某高层住宅基础底板裂缝的施工控制[J]，铁道建筑，2007，(9)

[2]张玲，薛树军，巴松涛，某高层建筑基础混凝±裂缝成因分析与处理[J]，混凝土，2001，(9)

[3]吴卓雄，高层建筑大体积混凝土裂缝产生的原因与控制[J]，广东科技，2008，(2)

[4]马燕，高层建筑大体积混凝土裂缝的预防[J]，淮南职业技术学院学报，2008，(3)

作者简介：黄杰敏(1977-)，女，广东茂名人，广东兆达建筑工程有限公司工程师，研究方向：建筑施工管理。