超长结构混凝土裂缝的原因及控制措施
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[提要]针对超长建筑的混凝土开裂的问题，分析混凝土开裂的原因及裂缝类型，提出了超长结构控制裂缝的措施，以期减少因裂缝整治带来的经济与社会声誉的损失。
[关键词]超长结构 裂缝原因 裂缝类型 裂缝措施
超长结构
超长结构系指结构单元长度超过了《混凝土结构设计规范》所规定的钢
筋混凝土结构伸缩缝最大间距的结构。结构设置伸缩缝是基于混凝土干燥收缩和热胀冷缩，而主要是考虑长期热胀冷缩的影响，考虑混凝土干缩和施工期间水泥水化热影响常采用施工后浇带等措施。
随着我国建设事业的发展，建筑物使用功能的需要，钢筋混凝土房屋超
长结构越来越多，例如：北京首都国际机场，新航站楼平面呈工字形，南北长747.5m，东西翼宽342.9m，停车楼呈矩形，地下4层地上1层，南北长263.9m，东西宽为134.9m。
混凝土裂缝主要原因是变形作用引起的，变形作用包括温度、湿度及不均匀沉降等，其中湿度变化引起裂缝又占主要部分。
混凝土的主要组成部分施水泥和水，通过水泥和水的水化作用，形成胶结材料，将松散的砂石骨料胶结成为人工石。混凝土中含有大量空隙、粗孔及毛细孔，这些空隙中存在水分，水分的活动影响到混凝土的一系列性质，特别是产生湿度变形对裂缝控制有重要作用。工程中最常见的混凝土收缩变形引起裂缝是与湿度变化有关的毛细收缩和吸附收缩。另外，由于混凝土的水分蒸发及含湿量的不均匀分布，形成湿度变化梯度，引起收缩应力，这也是引起混凝土表面开裂的最常见原因之一。
混凝土所处的大气环境，如温度、湿度、风速等都对收缩有影响，特别是风速的影响不可忽视，因为风速的增大加速了混凝土水分蒸发速度，亦即增加干缩速度，容易引起早期表面裂缝。
热胀冷缩是物体温度作用的一种自然现象。温度作用对建筑结构使用带来的影响已被人们重视，并为此采取保湿隔热等措施尽量减小环境温度的影响。
结构混凝土开裂不仅因为混凝土抗拉强度不足，更重要的是变形超过了极限拉伸。混泥土在静荷载作用下，其极限拉伸约在1X10-4左右，慢速加载时可提高到1.6X10-4。钢筋混凝土构件在一般配筋情况下能够提高混凝土的极限拉伸，当配筋率过大（5%以上）时，由于引起过大自约束应力而导致开裂。
超长结构设计，要考虑的主要问题是由变形作用可能引起的裂缝，应采取有效措施控制裂缝。
结构长度是影响温度应力的因素，为了消减温度应力，取消伸缩缝，在施工中采用施工后浇带可有效地减少温度收缩应力，然后再浇灌施工后浇带使结构成整体。只要使浇灌后浇带前及浇灌后浇带后，结构混凝土因温差和收缩应力叠加值小于混凝土抗拉强度，这就是利用“施工后浇带”办法控制裂缝，达到不设置永久伸缩缝的目的。
3混凝土裂缝的类型
许多混凝土结构，在施工过程和使用过程中出现不同程度不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象。近代科学关于混凝土强度的研究以及大量工程实践所提供的经验都表明，结构物的裂缝是不可避免的。结构裂缝分为两大类：荷载引起的裂缝及变形引起的裂缝。工程实践中的许多裂缝现象往往无法用荷载原因解释，而是变形作用引起的裂缝，这种变形作用包括温度、湿度、地基变形。
大量工程实践证明，结构留缝与否，并不是决定结构变形开裂与否的唯一条件，留缝不一定不裂，不留缝不一定裂，是否开裂与许多因素有关。
混凝土有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的。有关混凝土试验研究证实了在尚未受荷载的混凝土和钢筋混凝土结构中存在肉眼看不见的微观裂缝。混凝土中微裂缝的存在，对混凝土的弹塑性、徐变、强度、变形、泊松比、结构刚度、化学反应等性能有重要影响。
根据国内外设计规范及有关试验资料，混凝土最大裂缝宽度的控制标准大致如下：
无侵蚀介质，无防渗要求，0.3~0.4mm；
轻微侵蚀，无防渗要求，0.2~0.3mm；
严重侵蚀，有防渗要求，0.1~0.2mm。
上述标准是设计上和检验上的控制范围，在工程实践中，有一些结构带有数
毫米宽的非荷载作用产生的裂缝，多年未处理并无破坏危险。工程结构中的裂缝
，经分析由变形作用引起，为防止有害介质沿裂缝侵入促使钢筋锈蚀而影响结构耐久性，有裂缝部位可只须作表面封闭处理即可。
4超长结构控制裂缝的措施
对超长结构，设计时应因地制宜，区别对待。对不同地区的环境温度、
材料、施工条件，建筑物不同的适用性质、平面布置、立面体形等，应有不同的处理措施。
住宅建筑设计结构不宜超长，并宜执行规范有关规定，一方面，住宅房屋由
于造价原因，保温隔热设计一般只按常规做法；另一方面，住宅已自费购房，如果因结构超长引起裂缝，出现住户投诉，必将造成一系列的麻烦。
多高层建筑结构的基础底板厚度往往较大，属大体积混凝土，为控制混
凝土裂缝，可采用下列措施：
1)混凝土强度等级不宜高，在满足承载力和防水要求的条件下，宜在C30~
C35的范围内选用。如果混凝土强度等级高，水泥用量多，混凝土硬化过程中水化热高，收缩大，就易引起裂缝。
水泥应优先采用水化热低的品种，如矿渣硅酸盐水泥。
采用粉煤灰，改善混凝土的黏塑性，并可代替部分水泥，减少混凝土的
用水量和水泥用量，减少水化热，还可减少混凝土中的孔隙，提高密实性和强度，提高抗裂性。粉煤灰的掺量约为水泥量的15%~30%.
为减少混凝土硬化过程中的收缩应力，宜留施工后浇带，带宽度为0.8~
1.0m，间距30m左右，一般1个月以后采用强度等级比原混凝土高5MPa的无收缩混凝土浇灌密实。
5）基础底板大体积混凝土，采取分层浇注、阶梯式推进，每层混凝土在初凝前完成上层浇注，新旧混凝土接搓时间应根据具体工程情况确定，但应避免出现施工冷缝。
6）为防止混凝土表面出现塑性沉缩裂缝和因表面快速失水引起的干缩裂缝，混凝土初凝前用木抹子抹压2~3遍，这是行之有效的好措施。
7）采用膨胀剂配制的混凝土，利用膨胀剂的补偿收缩功能解决混凝土收缩开裂。
地下室钢筋混凝土墙为控制裂缝，可采取下列措施：
1) 设置施工后浇带。
2) 采用膨胀剂配制的补偿收缩混凝土，并留施工后浇带。
3) 墙体一般养护困难，受温度影响大，容易开裂。为了控制温度和干缩引起的竖向裂缝，水平分布钢筋的配筋率不宜小于0.5%，并采用变形钢筋，钢筋间距不宜大于150mm。
4）地下一层外墙，在室外地坪以上部分，应设置外保温隔热层，避免直接暴露。
5) 在有条件的工程中，地下一层外墙采用部分预应力，使混凝土预压应力有0.6~1.0Mpa。
楼盖结构，可采取下列措施：
1) 设置施工后浇带。
2) 采用膨胀剂配制的补偿收缩混凝土。
3) 楼板宜增加分布钢筋配筋率。楼板厚度大于等于200mm时，跨中上筋应将支座纵向钢筋的1/2拉通。屋顶板应考虑温度影响更应加强。
梁（尤其是沿外侧边梁）应加大腰筋直径，加密间距，并将腰筋按受
拉锚固和搭接长度。梁每侧腰筋截面面积不应小于扣除板厚度后的梁截面面积的
1%，腰筋间距不宜大于200mm。
外侧边梁不宜外露，宜设保温隔热面层。
(5) 剪力墙结构不宜超长。剪力墙结构的外墙，宜采用外保温隔热做法。剪力墙的首层及顶层水平分布钢筋，应按相应抗震等级的加强部位要求进行配筋。
(6) 超长结构的屋面保温隔热非常重要，应采用轻质高校吸水率低的材料。施工时防止雨淋使保温隔热材料吸湿而影响效果。有条件的工程，屋面可采用隔热效果较好的架空板构造做法。
(7) 为考虑温度影响，可以仅在屋顶层设置伸缩缝，缝宽按防震缝最小宽度，缝两侧设双柱或双墙，不得采用活搭构造做法。
通长挑檐板、通长遮阳板、外挑通廊板，宜每隔15m左右设置伸缩缝，
宜在柱子处设缝，缝宽10mm.缝内填堵防水嵌缝膏，卷材防水可连续，在伸缩缝处不另处理，刚性面层应在伸缩缝处设分格缝。
5结束语
虽然裂缝是一种人们可以接受的材料特征，但科学的要求应是将有害程度控制在允许范围内。如果不对其加以控制，严重时不仅会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力，所以要提前采取必要措施预防混凝土裂缝。以上对超长结构中混凝土裂缝的原因分析和预防措施，很多已在工程实践中得到验证，极大的减少了因裂缝整治带来的经济与社会声誉的损失。
参考文献:
[1]混凝土结构设计规范(GB50010-2002)[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2] 李国胜.多高层钢筋混凝土结构设计中疑难问题的处理及算例. 北京：中国建筑