探讨超长钢筋砼结构裂缝控制

【关键词】超长钢筋砼结构；结构自防水；裂缝；控制技术 

　　近年来，大型的建筑物大量兴建，超长的钢筋砼结构越来越多，同时大型水厂、高层建筑物的大型地下室、地铁隧道等工程对砼结构自防水要求越来越严格。为了满足建筑功能及其他要求，其中部分超长结构不设伸缩缝。钢筋砼框架结构伸缩缝的最大间距：室内55m、露天35m，剪力墙结构：室内45m、露天30m。如果在设计施工中不采取相应的裂缝控制措施，这些超长结构将可能出现大面积的明显的裂缝，影响建筑物的结构安全和正常使用。超长结构的裂缝控制涉及到设计方法、结构形式与构造、施工工艺、建筑材料、气候环境等方面，各种因素之间是相互影响、相互制约，最终对建筑物的裂缝控制会产生不同的结果。近年在工程中广泛应用的补偿收缩砼技术从建筑材料的角度解决了砼收缩裂缝问题，实践证明是一种有效的超长结构的裂缝控制技术。 

　　1 工程概况 

　　某水厂工程设计规模为40万m3/d，一期工程已建成并投产多年，二期工程即将竣工投产中，两期工程规模均等，在工艺流程上互相衔接。按地质勘探，建设场地表层为0.8~3.5m厚的人工杂填土，其次为2.5~5.4m厚的淤泥层；地下水埋深 0.2~2.7m。地下水对钢结构有弱腐蚀性，对砼无腐蚀性，有弱侵蚀性。 

　　为提供优质生活饮用水，该水厂供水水质不仅应符合生活饮用水标准（GB5749 -85），其中浊度<1NTU、PH≥7.0，而且远期出厂水质应达到“供水行业2000年技术进步发展规划”中二类水司水质目标。因而该工程的防水防腐措施的设计与施工要求严格。 

　　该工程处于浙江地区，高温天气多，暴雨频繁。各个池体平面尺寸大多超出规定的钢筋砼结构伸缩缝最大间距要求，如清水池结构长度与宽度为75.90×71.35m，属于超长钢筋砼结构，防水与裂缝控制成为该工程设计施工的关键。 

　　普通砼由于收缩及收缩累积，如构件很长而一次浇筑往往出现开裂。因此设计和施工中一般地说30~40m留设后浇带或变形缝。后浇带一般要经过 40~60d才能回填，工期延长，后浇带处清理又十分麻烦，填充不好还会留下�漏隐患。而变形缝则往往影响外观，甚至影响使用功能，变形缝的填塞材料又存在老化与腐蚀问题。该工程拟不设或少设置后浇带与变形缝，必须谋求新的设计与施工理念。 

　　2 设计技术原理 

　　在综合防水措施中，结构自防水是根本防线，因为防水卷材、涂抹防水和外包防水层终归存在老化破裂的问题。如该工程有防水与防腐要求严格，而大部分池体结构宜采用清水砼，这就给我们在结构防水抗裂设计上提出了课题。 

　　钢筋砼结构产生裂缝的原因很复杂，就材料而言，砼水化硬化过程中产生的干缩、冷缩（温差收缩）、化学减缩与塑性收缩等是主要原因。任何防水砼结构，抗裂比抗渗更重要，只有不裂才能不�，即防水的前提是抗裂，抗裂比抗�更关键。一是降低温差和砼的收缩；二是提高砼的极限拉伸值。但是，要提高砼的极限拉伸值是非常困难的，而且价格高昂，在现代科学技术基础上应用于工程施工中是不可行的。唯有设法降低砼的水化热和收缩，控制砼因温差或收缩引起的拉应变量不大于砼的极限拉伸值，则砼可不设伸缩缝而不开裂。 

　　为降低砼的水化热和收缩的设计技术原理是，通过在普通砼中掺加一定量的缓凝型膨胀剂，如ZY-2型膨胀剂，则拌水后生成大量的膨胀性结晶水化物――水化硫铝酸钙（C3A.3CaSO4.32H2O，即钙矾石），使砼适度膨胀，在钢筋限制条件下，砼中产生0.2～0.7Mpa预压应力，当砼开始收缩时，钢筋中的应力逐渐释放出来，用适量的限制膨胀来补偿最大收缩，使砼处于“无收缩”状态，从而减免砼出现开裂。 

　　掺加一定量的缓凝型膨胀剂还会降低砼的温差。砼综合温差可分为两方面：其一为砼水化热最高温度与环境平均气温之差；其二为砼收缩当量收缩温差。其中砼水化热最高温度与环境平均气温之差，有关规范规定要求不宜超过半数25℃。砼收缩当量温差，砼收缩值，普通砼限制收缩率（2～3）×10-4，即将20～30℃。而普通砼早期的极限拉伸值很低，因此很容易出现裂缝。掺膨胀剂的砼能产生膨胀效应，14天的限制膨胀率为（2～4）×10-4，不但可以补偿砼收缩，而且能降低砼的温差。补偿收缩砼则可降低温差30℃，是很大的温差补偿效应。对于普通砼，由于其收缩，砼收缩当量温差为正数，对于补偿收缩砼，由于产生膨胀，当量收缩温差为负数，其综合温差变化相对低得多，使结构的温差变形小于砼的极限拉伸，起到防止砼产生裂缝的作用，从而达到延长伸缩缝间距或合理取消后浇带的目的。 

　　3 施工方法和措施 

　　由于超长钢筋砼结构出现最大应力的位置，一般是砼产生最大收缩（包括温差）应力的区段，这样若采用膨胀砼的膨胀应力可补偿结构的收缩应力，并在收缩应力最大之处给予较大膨胀应力来补偿。 

　　在该工程中，我们采取在砼结构中掺加了占水泥量的8%（取代水泥量，下同）的ZY-2型膨胀剂，另在清水池上设置纵横加强带，如图1所示。 

　　加强带设置宽度为2m，施工构造见图2。加强带中的砼强度等级比主体结构提高一个等级，而且ZY-2型膨胀剂掺量提高为水泥量的10%。带间增加10%～15%的水平钢筋，加强带的两侧分另架设快易收口网，并用立筋加固，以防止不同配合比的砼流入带内。加强带的两边主体结构是采用占水泥量8%膨胀剂的补偿收缩砼浇筑。 

　　该工程结构砼强度等级为C25、抗渗标号为S6。施工时，先用掺8%膨胀剂的砼从带的一端向另一端推进，当浇筑到加强带改用掺10%膨胀剂的砼浇筑，浇完加强带内砼后再改为掺8%膨胀剂的砼浇另一端。 

　　在施工中还注意了以下问题：a、砼浇筑时，避开了35℃以上的高热气温，并尽量避免有猛烈阳光直照；b、砼振捣均匀、密实，不过振、不漏振；c、砼浇筑1-2小时内，采用二次振捣与二次压光，以期提高砼的抗拉强度；d、由于炎热天气施工，浇灌了一定面积后马上用低标号砂浆涂抹表面，待终凝后开始蓄水养护，蓄水厚度约15cm，养护期加强带28天，其余14天。 

　　4 结语 

　　该工程在砼施工前通过对ZY-2型膨胀剂的试验和C25、S6砼的试配表明：ZY-2型膨胀剂具有碱含量低，可有效地防止碱-骨料反应带来的危害，对砼的坍落度无影响，具有良好的施工性能。 

　　从该工程的施工结果看，对超长钢筋砼结构所采取的裂缝控制技术是可行的，在施工中采取可靠的措施，按规范认真施工，实现砼连续浇筑，简化了施工工序，提高了生产效率，加快了施工进度，减少了模板的周转，并保证了工程质量。同时，砼结构中水化生成的钙矾石晶体起填充、切断和堵塞毛细孔的作用，使砼密实度提高，达到了结构自防水的目的，不仅提高了施工质量，而且节省了综合防水费用，技术经济效果明显。 

　　两期工程各个池体钢筋砼结构至今都没有发现裂缝。可见，对于超长钢筋砼结构，只要我们勤于思考，超越常规思维方式，采取妥善的设计与施工措施，实现无缝施工是完全可能的。 

　　参考文献： 

　　薛绍祖编著《地下建筑工程防水技术》，中国建筑工业出版社2003年第一版；王铁梦《建筑物裂缝控制》。