摘要：对引起混凝土结构温度应力的温差进行了分析，并提出了温度应力与裂缝的控制措施，同时结合选取的工程案例，进行了验证探索，并进一步探讨了超长混凝土结构无缝设计与施工过程中的裂缝控制技术，以期为同行提供一定的参考。
关键词：超长混凝土结构；温度处理；裂缝处理
混凝土构通常指的是墙、板等结构，该结构往往由于其自身结构特点，在受约束的情况下，极易发生混凝土开裂现象。根据文献记载，超长薄壁结构混凝土由于其结构形式的特殊性以及养护措施难及时到位， 裂缝问题尤为突出，大量的工程实践表明，此类结构通常拆模后即出现裂缝，裂缝间距规则，从中部向两边延伸，有不少是贯通性裂缝，给工程的耐久性和质量带来了极大隐患。
1 混凝土设计原则
混凝土为 C40 混凝土，考虑到隧道侧墙一次性浇筑距离 25 m ，厚度仅为 0.5 m，表面钢模养护，散热条件良好，且侧墙在浇筑后会受到底板的约束作用等特点。 因此 C40 配合比设计原则：（1）在强度保证的情况下，提高粉煤灰掺量比例，降低矿渣粉用量，降低绝热温升值，从而削弱实体结构中最高温峰值。（2）掺加适量膨胀剂，配制出具有微膨胀的混凝土，用于补偿混凝土收缩。（3）使用聚羧酸减水剂，改善混凝土工作性能， 降低配合比用水量， 提高混凝土密实度，改善混凝土力学性能与耐久性。
2 超长混凝土结构温度应力内涵及裂缝原因探析
根据 GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》，超长混凝土结构是伸缩缝间距超过规范规定的最大间距的钢筋混凝土结构，或伸缩缝间距虽然未超过规范限值但结构温差变化较大、混凝土收缩较大、结构竖向抗侧构件对楼屋盖约束较大的钢筋混凝土结构。超长混凝土结构体系容易受到混凝土材料本身的性质以及结构不规则沉降和外部温度环境等影响，从而使内部构件容易出现变形或开裂。导致超长混凝土结构出现裂缝的原因主要是收缩、温度应力。
受温差的影响，建筑物的柱、墙体等构件容易出现竖向变形。物体由于温度升降不能自由伸缩或物体内各部分的温度不同而产生的应力，称为温度应力。但是由于混凝土材质本身抗压能力强，抗拉能力较差，如果产生的温度应力超出混凝土本身的抗拉强度，就会导致裂缝的出现。然而混凝土中产生裂缝有多种原因，但是主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，模板变形，基础不均匀沉降等。
3 超长混凝土结构温度应力及裂缝控制具体措施分析
1）提高超长混凝土结构的抗拉强度，抵抗温度应力，即采取措施使结构材料能够承受的抗拉强度大于结构产生的温度应力，进而减少裂缝的出现。一方面可以通过提高混凝土材料的性能，如提升结构材料的强度或优化钢筋混凝土结构的配筋率，从而促使混凝土结构能够承受更大的拉力，缺点是会增加混凝土结构的自重；另一方面，可以通过增加预应力的方式更好地抵御温度应力，进而提升混凝土结构的承载力，减少混凝土开裂现象的发生，缺点是经济成本较高；此外，还可以通过在混凝土材料配比中增加膨胀剂，通过膨胀剂的作用适当地提升内部膨胀力，进而缓解由于温差等影响而导致的收缩变形，进而控制裂缝的出现和蔓延。这种方法对于前期施工比较适用，对后期由于收缩和温度变形引起的裂缝的控制效果不是非常理想。
（1）通过设置伸缩缝减少裂缝的发生，相关规范明确规定了伸缩缝的间距，可以通过设置永久性伸缩缝避免超长混凝土结构出现裂缝，但是也存在很多不足，例如，会对建筑的平面布局产生较大的影响，施工难度较大，填缝材料容易出现老化等现象，抗震性能差。
（2）通过设计后浇带的方式缓释施工过程中产生的温度应力，进而降低发生收缩裂缝的风险，弊端是应用该方法施工时间比较长，且对结构在使用过程中出现的收缩与温度应力控制情况作用不理想。
（3）可以通过在竖向受力构件与梁板之间安装滑动支座的方式减小横向构件的约束力，或通过缩小构件尺寸的方式减小对梁板结构的约束应力，从而从整体上降低刚性强度，提高结构承受力。
除了上述 2 种方法，还可以将上述 2 种措施进行结合应用，从而解决超长混凝土结构温度应力导致的裂缝问题，如果仅采用第一种措施，可以减小温度应力，但裂缝预防效果不明显，且成本较高，可以通过综合应用添加外加剂、调整混凝土配合比、调整施工工艺、设置后浇带、调整预应力筋以及设置滑动支座等多种方式，从高效、经济、安全等多个角度出发有效控制裂缝的产生。
3 案例分析
选取某商业建筑施工为例进行研究。该建筑为 2 栋 3 层框架结构，根据相关设计标准的要求，此工程伸缩缝设置距离超出了既定范围，因此，需要对温度应力进行计算，并制定具体的应对优化方案。整体屋顶平面结构中，平面轴线尺寸、柱网尺寸分别为 88m×88m、8m×8m，楼屋盖设计机构为双向交叉梁模式。结构图如图 1 所示。
图1 建筑平面结构示意图
首先，对建筑结构进行温度应力测算，主要应关注顶层结构，通过有限元测算分析可知，楼盖中部拉应力较小，边跨周边楼板与梁柱截面拉应力较大，加之温差的影响，会在对称位置产生相等的拉应力，因此，需要采取有效措施控制温度应力，避免裂缝的出现。根据超长混凝土结构温度应力及裂缝控制相关措施及应用情况，结合 2 种方法进行应对：（1）对楼面结构施加预应力；（2）在柱顶部位增加滑动支座。通过分析，结果显示控制成效较好，负温差作用下各构件最大应力如表 1所示。
通过对超长混凝土结构温度应力和裂缝控制措施进行研究，可以看出，超长混凝土结构中，由于温度变化，结构或构件内部产生温度应力，在负温差的作用下，虽然通过施加预应力能够减小梁板的温度应力，但是与此同时也增加了柱内应力，因此，可以通过联合应用增加滑动支座等方式，最大限度地减小柱对梁板结构的束缚，提高对裂缝控制效果。
此外，在不同的施工环节可以结合实际探索更具有针对性的裂缝控制技术，例如，在混凝土施工中，可以通过严格控制混凝土拌制、浇筑工艺的方式加强规范化操作，并加强对混凝土的养护，应用薄膜包裹、小水慢淋等方式，为提高建筑物整体建设质量营造良好的空间。
结语
总之，加强超长混凝土结构温度应力及裂缝控制，是一项系统的技术工程，在具体应用过程中需要结合建筑物建设整体要求，充分考虑现场环境以及具体的工艺环节，综合开展各种方法检测，才能更好地确保控制效果，提高整体建设质量。
参考文献
[1]温晓龙,时炜,王珂.超长混凝土结构无缝设计及裂缝控制技术[J].建筑施工,2015(10):1176-1178.
[2]郝丽华.某超长混凝土结构温差效应和开裂分析及措施[J].山西建筑,2014,40(31):53-55.
论文作者:高胜男
论文发表刊物:《基层建设》2019年第12期
论文发表时间:2019/7/22
标签：应力论文; 裂缝论文; 混凝土论文; 温度论文; 混凝土结构论文; 结构论文; 温差论文; 《基层建设》2019年第12期论文;