黃建偉，王寧龍，王遠(yuǎn)航

（中國建筑第二工程局有限公司，北京 100160）

1 引言

本文對超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)展開研究，從相關(guān)調(diào)查中了解到：常見裂縫多有微觀與宏觀兩種類型。前者指肉眼難見的裂縫，可在工業(yè)酒精輔助下得以顯現(xiàn)。后者是指肉眼清晰可見的裂縫，整體呈現(xiàn)同向開裂特征。裂縫的出現(xiàn)既會破壞結(jié)構(gòu)性能、影響建筑物質(zhì)量，又會縮短工程項(xiàng)目的使用年限。因此，應(yīng)對其實(shí)施有效控制，以技術(shù)手段避免結(jié)構(gòu)開裂，是目前維護(hù)超長混凝土結(jié)構(gòu)完整度的重要舉措。

2 超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成原因

外界環(huán)境的變化容易引發(fā)超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，原因是溫度驟然變化形成較大的溫差時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部出現(xiàn)溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力超過混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會產(chǎn)生裂縫。根據(jù)對溫差條件相關(guān)資料的整理，能夠推斷出溫度對結(jié)構(gòu)裂縫的影響程度（見表1）。同時(shí)，裂縫的形成還源于高荷載與地基變形。前者是在超出結(jié)構(gòu)荷載極限的前提下，造成混凝土結(jié)構(gòu)達(dá)不到抗壓標(biāo)準(zhǔn)，因此出現(xiàn)裂縫，其形態(tài)如圖1 所示。后者是在地基產(chǎn)生不均勻沉降的情況下，混凝土結(jié)構(gòu)受力不均勻，致使混凝土結(jié)構(gòu)剛度下降而出現(xiàn)裂縫[1]，尤其是地基變形可能會產(chǎn)生較大的應(yīng)力差，嚴(yán)重情況下可能會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出現(xiàn)貫穿性裂縫，嚴(yán)重影響了建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性[2]。另外，在施工結(jié)束后受到水分蒸發(fā)速度以及混凝土干縮等問題影響也會引發(fā)裂縫。

圖1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫現(xiàn)場圖

表1 溫度因素下對結(jié)構(gòu)影響程度的調(diào)查結(jié)果

3 超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制施工技術(shù)關(guān)鍵點(diǎn)

3.1 混凝土開裂評價(jià)

為保證超長混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制與精準(zhǔn)施工，需要借助有限元軟件對超長混凝土結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行確定，結(jié)合仿真建模結(jié)果展開動態(tài)分析，而后經(jīng)過對施工方案的完善，消除裂縫隱患?；蚣霸邕M(jìn)行裂縫修復(fù)，并針對施工流程予以監(jiān)管，然后判斷在現(xiàn)有施工方案下，是否會加劇開裂風(fēng)險(xiǎn)，以此幫助施工企業(yè)提高超長混凝土結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量[2]。

通常情況下，在混凝土施工過程中，常因施工環(huán)境影響混凝土結(jié)構(gòu)的性能，和施工質(zhì)量，進(jìn)而使之呈現(xiàn)收縮趨勢，最終產(chǎn)生裂縫。結(jié)合三維有限元評價(jià)技術(shù)，可以利用下述公式求取抗裂指數(shù)K：

式中，fcp為混凝土塑性抗拉強(qiáng)度，MPa；kcp為混凝土結(jié)構(gòu)毛細(xì)負(fù)壓，MPa。

在該技術(shù)導(dǎo)向下，可以提前預(yù)測混凝土材料出現(xiàn)裂縫的可能性，然后在攪拌站加強(qiáng)對混凝土材料的科學(xué)配制，如調(diào)整配合比等。同時(shí)，在三維有限元分析中，還可以對比不同砂漿材料對混凝土質(zhì)量參數(shù)的影響。如砂漿材料的強(qiáng)度越高，對應(yīng)的毛細(xì)負(fù)壓指標(biāo)越高，其間形成的抗裂能力越強(qiáng)。

另外，在抗裂評價(jià)中，還可以利用式（2）確定抗裂性能評價(jià)指標(biāo)：

式中，E為彈性模量；R為約束系數(shù)；ε 為徐變；α 抗拉強(qiáng)度指數(shù)；ΔT為形變溫度差，℃；φ 為收縮量，mm。在三維有限元軟件的輔助下，對混凝土材料的最佳配合比及其性能關(guān)系進(jìn)行比較，從中選出最優(yōu)配合比及材料，由此保證當(dāng)前建筑工程施工中使用的混凝土材料具有較強(qiáng)的抗裂性能。

3.2 預(yù)應(yīng)力技術(shù)

在建筑工程施工中控制混凝土裂縫時(shí)，最有效的施工技術(shù)還包括預(yù)應(yīng)力技術(shù)，主要通過為超長混凝土結(jié)構(gòu)施加預(yù)應(yīng)力抵抗結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而避免或延緩裂縫的產(chǎn)生。

以某建筑工程為例，該工程項(xiàng)目為有效杜絕超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫問題，在施工中選擇無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，其中，無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋為抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值達(dá)到1 860 MPa 的高強(qiáng)低松弛鋼絞線。同時(shí)，考慮到無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的布設(shè)間距與樓板厚度有關(guān)，若間距偏大可能會影響樓板的抗裂性能，所以，案例工程項(xiàng)目在綜合上述考慮后，最終計(jì)算出地下室頂板無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的分布間距為300 mm，而第二、第三層樓板的預(yù)應(yīng)力筋間距為500 mm；屋面板的預(yù)應(yīng)力筋間距為400 mm。同時(shí)考慮到抵抗溫度應(yīng)力等因素影響后，項(xiàng)目中預(yù)應(yīng)力筋采用直線布置方法，使張拉期間產(chǎn)生的應(yīng)力損失較小。根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示屋面板壓應(yīng)力達(dá)到了2.3 MPa，能夠抵抗溫度應(yīng)力，使樓板處于合理的受壓狀態(tài)下，避免開裂問題發(fā)生。

3.3 混凝土施工技術(shù)

在超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制中，施工工藝的改進(jìn)也是避免裂縫發(fā)生的關(guān)鍵，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)，在施工管理中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下幾方面內(nèi)容。

3.3.1 控制混凝土的出機(jī)以及澆筑溫度

在超長混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，應(yīng)盡可能控制混凝土總溫升，以減小結(jié)構(gòu)內(nèi)外的溫差。在我國的相關(guān)規(guī)定中明確提出，混凝土澆筑最高溫度應(yīng)小于28 ℃，并且應(yīng)選擇在冬季或者夜晚等低溫環(huán)境下澆筑混凝土，避開高溫時(shí)段澆筑混凝土。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，目前可采取的工藝是降低混凝土原材料的溫度，例如，混凝土材料中的石子比熱小，但是在混凝土材料中的占比較高，因此，相關(guān)人員可以采取相關(guān)措施降低石子的溫度，例如，在高溫環(huán)境下避免陽光直接照射石子；在使用前灑冷水等，達(dá)到快速冷卻的效果。

3.3.2 改進(jìn)攪拌工藝

1）在混凝土材料攪拌過程中，使用砂漿裹石工藝是降低水分聚積的有效方法，通過該工藝可以增強(qiáng)材料的黏結(jié)力，進(jìn)而顯著提升混凝土強(qiáng)度。

2）針對已經(jīng)完成澆筑的混凝土材料，可在終凝前做二次振動，這種施工方法有助于清除因?yàn)榛炷撩谒a(chǎn)生的水分與孔隙，強(qiáng)化混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，提升抗裂性能。

3）改進(jìn)養(yǎng)護(hù)工藝中，通過保溫的方法減少超長混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外部的溫差，避免裂縫產(chǎn)生[3]。

3.4 優(yōu)化混凝土配比方案

根據(jù)現(xiàn)有工程項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，混凝土配比設(shè)計(jì)優(yōu)化對于超長混凝土結(jié)構(gòu)抗裂有積極作用，這也是實(shí)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)抗裂的最常見手段。在混凝土配比優(yōu)化期間，相關(guān)人員應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下內(nèi)容：

1）應(yīng)優(yōu)先選擇凝結(jié)時(shí)間長、水化熱低的原材料，包括中熱硅酸鹽水泥或者迪特礦渣硅酸鹽水泥等，并向原材料中添加少量的減水劑以及粉煤灰等，其中，粉煤灰等級應(yīng)≥1 級，這種處理方案的目的是減少水化熱，并推遲混凝土結(jié)構(gòu)中溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間。

2）控制粗細(xì)集料的級配以及含泥量。目前粗集料普遍選擇粒徑為5～30 mm 的連續(xù)級配、干濕變形小的碎石；細(xì)集料可選擇細(xì)度模數(shù)為2.3～2.9 的中砂，理想砂率為45%。同時(shí)考慮到現(xiàn)場泵送施工的要求，可盡量控制混凝土材料的坍落度。

3）可在原材料配比方案中用混凝土后期強(qiáng)度（60 d 強(qiáng)度）來取代28 d 強(qiáng)度完成配比。

隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的學(xué)者開始在超長混凝土原材料結(jié)構(gòu)中進(jìn)行創(chuàng)新，并將其作為預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)破壞的重要組成部分，也取得了令人滿意的效果。例如，某項(xiàng)目在筏板基礎(chǔ)、地下室外墻等混凝土結(jié)構(gòu)施工中摻加了約8%的高性能纖維復(fù)合膨脹劑，在后澆帶施工中將高性能纖維復(fù)合膨脹劑的摻加量提升至12%。因?yàn)樵撆蛎泟┰谠牧仙线M(jìn)行了創(chuàng)新，其中添加的聚丙烯纖維可以提供較高的彈性模量，這一物理性質(zhì)可以有效降低混凝土孔隙率，實(shí)現(xiàn)了超長混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性能的提高，并且從物理性能上來看，使用該材料后的超長混凝土結(jié)構(gòu)的抗沖擊力更強(qiáng)，能夠抵擋因?yàn)闇囟葢?yīng)力而出現(xiàn)的混凝土裂縫。

3.5 施工現(xiàn)場智能測溫技術(shù)

定期測溫也是施工中抵御裂縫風(fēng)險(xiǎn)的重要途徑。為了減輕現(xiàn)場負(fù)責(zé)人以及施工員的測溫工作負(fù)擔(dān)，可以在施工現(xiàn)場采用智能測溫技術(shù)，例如，可以在混凝土結(jié)構(gòu)表面安裝溫度傳感器，隨時(shí)掌握結(jié)構(gòu)表面溫度的變化規(guī)律，以便在灑水養(yǎng)護(hù)、覆膜養(yǎng)護(hù)等措施輔助下，有效避免溫度裂縫。另外，也可以使用測溫儀。如市面上推廣范圍較大的HC-TW80 大體積無線混凝土測溫儀，若在施工期間使用該系統(tǒng)，可以加強(qiáng)對溫度的合理控制。對于施工企業(yè)使用的智能測溫手段，除了考慮測溫性能外，還要對技術(shù)成本予以考慮，防止投入較大，導(dǎo)致后續(xù)工程成本超出預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)，并且進(jìn)行規(guī)范化、信息化施工，并改善結(jié)構(gòu)性能，建設(shè)高質(zhì)量建筑物。

4 結(jié)語

本文對超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行研究調(diào)查，分析裂縫形成原因，提出通過開裂評價(jià)技術(shù)、預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)、混凝土施工技術(shù)以及現(xiàn)場智能測溫技術(shù)的有效應(yīng)用，確保超長混凝土結(jié)構(gòu)裂縫得到合理控制，為高質(zhì)量施工目標(biāo)的達(dá)成提供新思路。