張希黔1 周敬2
（1.中國建筑第三工程局，湖北 武漢 430070；2.重慶大學，重慶 400045）
[摘要]雖然我國建筑工程中混凝土使用量越來越大，混凝土質量問題仍然大量出現。本文就建筑工程中比較容易出現的混凝土質量問題進行了綜述，并提出其相應的處理措施，以避免更多的混凝土質量事故發生。
[關鍵詞] 混凝土； 澆筑； 大體積混凝土； 水化熱；耐久性；
Summarization on Construction Concrete Quality
Problems and the Prevention and Cure
Zhang Xiqian1 Zhou Jing2
(1. China Construction Third ENGRG. Bureau, Whan, Hubei, 430070,China
2.Chongqing university, Chongqing 400045,China; )
Abstract: Though more and more concrete has been used in construction in China ,there still are lots of concrete quality problems. The paper summarizes the common concrete quality problems and gives some suggestion to prevent and cure these problems to avoid these problems arises again.
Key words: Concrete ; Cast; Large Volume Concrete；hydration heat；endurance ability
鋼筋混凝土材料以其堅固耐久、就地取材、可模性等優點而成為現代工程建設中應用最廣泛的建筑材料之一。現代混凝土的歷史應該從1824年波特蘭水泥(硅酸鹽水泥)出現，以其作為膠結材料的混凝土問世后開始，隨后于1850年和1928年分別出現了鋼筋混凝土和預應力鋼筋混凝土，混凝土得到了廣泛的應用和飛速發展。
隨著建筑技術的發展，大量新型建筑新材料出現。目前混凝土仍然是世界上使用量最大、應用最廣泛的建筑材料。雖然混凝土材料的使用已經有如此長的時間，但在建筑工程混凝土質量中仍然存在許多的問題，其突出表現為混凝土澆注出現裂縫以及耐久性破壞等問題。本文將就建筑工程中比較常見的一些混凝土質量問題分析原因，并給出相應的預防措施。
1.混凝土的裂縫及產生原因
裂縫按寬度不同，可將混凝土裂縫分為“微觀裂縫”和“宏觀裂縫”兩種。
1.1微觀裂縫
20世紀60年代以來，通過混凝土的現代試驗研究設備(如各種實體顯微鏡、X光照相設備等)的觀察，可以證實在尚未承受荷載的混凝土結構中存在著肉眼看不見的微觀裂縫，其寬度為0.05mm以下。微觀裂縫主要有粘著裂縫、水泥石裂縫和集料裂縫三種
(1)粘著裂縫，即骨料與水泥石粘結面上的裂縫，沿骨料周圍出現。
(2)水泥石裂縫，即水泥漿中的水泥石裂縫，出現在骨料之間。
(3)集料裂縫，即骨料本身的裂縫。
以上三種微觀裂縫，以粘著裂縫和水泥石裂縫較多，而骨料裂縫較少。
微觀裂縫在舉凝土中的分布是不規則的，沿截面是不貫穿的。因此，有微觀裂縫的混凝土可以承受拉力，但結構物的某些受拉較大的薄弱環節，微觀裂縫在拉力作用下，很容易串連貫穿全截面，最終導致較早的斷裂。
1.2．宏觀裂縫
混凝土中寬度大于等于0.05mm的裂縫是肉眼可見裂縫，亦稱為宏觀裂縫。宏觀裂縫是微觀裂縫不斷擴展的結果。在一般混凝土工程結構中，由于微觀裂縫對使用(防水、防腐、承重)等都不會引起危害，所以具有微觀裂縫結構則可假定為無裂縫結構。在結構設計中所謂不允許出現裂縫，也是指不出現寬度大于0.05mm的初始裂縫。由此可見，有裂縫的混凝土是絕對的，無裂縫的混凝土是相對的。
1.3裂縫產生原因
結構物在實際使用過程中承受兩大類荷載，即各種外荷載和變形荷載。裂縫的主要成因不外乎以下三種：
（1）由外荷載（如靜、動荷載）的直接應力，即按常規計算的主要應力引起的裂縫。
（2）由外荷載作用，結構次應力引起的裂縫。因為許多結構物的實際工作狀態同計算模型有出入，故此產生了次應力，它們常常引起結構裂縫。
（3）由變形變化引起的裂縫。包括結構由溫度、收縮和膨脹、不均勻沉降等因素引起的裂縫。
一般而言，前兩者引起裂縫的可能性較小，后者導致混凝土產生的宏觀裂縫具不完全統計占結構物裂縫的80％以上。
2.大體積混凝土施工質量問題及防治
關于大體積混凝土的定義，目前國內外尚無一個統一的規定。美國混凝土學會(ACl)規定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大的限度減少開裂。”日本建筑學會標準(JASS5)中規定：“結構斷面最小尺寸在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內的最高溫度與外界氣溫之差，預計超過25℃的混凝土，稱之為大體積混凝。”
由于大體積混凝土結構的截面尺寸較大,所以由外荷載引起裂縫的可能性很小。但水泥在水化反應過程中釋放的水化熱產生的溫度變化和混凝土收縮的共同作用，將會產生較大的溫度應力和收縮應力。這是大體積混凝土結構出現裂縫的主要因素。
2.1 混凝土裂縫產生的原因
大體積混凝土施工階段產生的溫度裂縫，是其內部矛盾發展的結果。一方面是混凝土由于內外溫差產生應力和應變，另一方面是結構的外約束和混凝土各質點的約束阻止了這種應變，一旦溫度應力超過混凝土能承受的極限抗拉強度，就會產生不同程度的裂縫。總結大體積混凝土產生裂縫的工程實例，產生裂縫的主要原因有以下幾個方面。
2.1.1水泥水化熱的影響
水泥在水化反應過程中會產生大量的熱量。這是大體積混凝土內部溫升的主要熱量來源。試驗證明每克普通硅酸鹽水泥放出的熱量可達500J。由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結構內部不易散發，所以會引起混凝土結構內部急驟升溫。大體積混凝土測溫試驗研究表明，水泥水化熱在1-3d內放出的熱量最多，大約占總熱量的50％左右；混凝土澆筑后的3-5d內，混凝土內部的溫度最高。混凝土的導熱性能較差，澆筑初期混凝土的彈性模量和強度都很低，對水泥水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應力自然也比較小，不會產生溫度裂縫。隨著混凝土齡期的增長，其彈性模量和強度相應不斷提高，對混凝土降溫收縮變形的約束也愈來愈強，即產生很大的溫度應力，當混凝土的抗拉強度不足以抵抗此溫度應力時，便容易產生溫度裂縫。
2.1.2內外約束條件的影響
各種混凝土結構在變形變化中，必然受到一定的約束，從而阻礙其自由變形。阻礙變形的因素稱為約束條件。約束又分為內約束和外約束。結構產生變形變化時，不同結構之間產生的約束稱為外約束，結構內部各質點之間產生的約束稱為內約束。建筑工程中的大體積混凝土承受的溫差和收縮主要是均勻溫差和均勻收縮，故外約束應力占主要地位。
大體積混凝土與地基澆筑在一起，當溫度變化時受到下部地基的限制，因而產生外部的約束應力。在全約束的條件下，混凝土結構的變形應是溫差和混凝土線膨脹系數的乘積，即ε=ΔT·α。當ε超過混凝土的極限拉伸值εp。時，混凝土結構便出現裂縫。由此可見，降低混凝土的內外溫差和改善其約束條件，是防止大體積混凝土產生裂縫的重要措施。
2.1.3外界氣溫變化的影響
大體積混凝土結構在施工期間，外界氣溫的變化對防止大體積混凝土開裂有著重大影響。混凝土的內部溫度是澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫升和結構的散熱溫度等各種溫度的疊加之和組成。
溫度應力是由溫差引起的變形所造成的，溫差愈大，溫度應力也愈大。因此，研究和采取合理的溫度控制措施，控制混凝土表面溫度與外界氣溫的溫差，是防止混凝土裂縫產生的另一個重要措施。
2.1.4混凝土收縮變形的影響
混凝土收縮變形的影響，主要包括塑性變形和體積變形兩個方面。
在混凝土硬化之前，混凝土處于塑性狀態，如果上部混凝土的均勻沉降受到限制，如遇到鋼筋或大的混凝土集料，或者平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難時，就容易形成一些不規則的混凝土塑性收縮性裂縫。這種裂縫通常是互相平行的，間距一般為0.2～1.Om，并且有一定的深度，它不僅可以發生在大體積混凝土中，而且可以發生在乎面尺寸較大、厚度較薄的結構構件中。
混凝土在水泥水化過程中要產生一定的體積變形，但多數是收縮變形，少數為膨脹變形。摻入混凝土中的拌合水，約有20％的水分是水泥水化所必需的，其余80％將要逐漸蒸發，最初失去的自由水幾乎不引起混凝土的收縮變形，但隨著混凝土的不斷干燥而使吸附水逸出，就會出現干縮變形。
除上述干燥收縮外，混凝土還會產生碳化收縮變形即空氣中的二氧化碳(CO2)與混凝土中的氫氧化鈣[Ca(OH)2]反應生成碳酸鈣和水，這些結合水會因蒸發而使混凝土產生收縮變形。
2.2控制大體積混凝土裂縫的技術措施
實踐經驗表明，現有大體積結構的裂縫，絕大多數是由溫度裂縫原因而產生的。防止產生溫度裂縫是大體積混凝土研究的重要課題，我國自20世紀60年代開始進行研究，目前已積累了很多成功的經驗。工程上常用的防止混凝土裂縫的措施主要有：
(1)采用中、低熱的水泥品種；
(2)對混凝土結構合理進行分縫分塊；
(3)在滿足強度和其它性能要求的前提下，盡量降低水泥用量；
(4)摻加適宜的外加劑；
(5)選擇適宜的集料；
(6)控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度；
(7)預埋水管、通水冷卻，降低混凝土的內部溫升；
(8)采取表面保護、保溫隔熱措施，降低內外溫差；
(9)采取防止大體積混凝土裂縫的結構措施等。
2.2.1水泥品種選擇和用量控制
1)選用中熱或低熱的水泥品種
混凝土升溫的熱源主要是水泥在水化反應中產生的水化熱，因此選用中熱或低熱水泥品種，是控制混凝土溫升的最根本方法。如強度等級為42．5MPa的礦渣硅酸鹽水泥，其3d的水化熱為180kJ／kg；而強度等級為42．5MPa的普通硅酸鹽水泥，其3d的水化熱卻高達250kJ／kg。根據對某大型基礎對比試驗表明：選用強度等級為42．5MPa的普通硅酸鹽水泥，比選用強度等級為42．5MPa的礦渣硅酸鹽水泥，3d內水化熱平均升溫高5℃～8℃。
2)充分利用混凝土的后期強度
根據大量的試驗資料表明，每立方米混凝土中的水泥用量，每增減lOkg其水化熱將使混凝土的溫度相應升降1℃。因此，為控制混凝土溫升，降低溫度應力，避免溫度裂縫，在滿足混凝土強度和耐久性的前提下，盡量減少水泥的用量。同時可根據結構實際承受荷載的情況，對結構的強度和剛度進行復核，并取得設計單位、監理單位和質量檢查部門的認可后，采用f45、f60或f90替代f28作為混凝土的設計強度。這樣可使每立方米混凝土的水泥用量減少40～70kg左右，混凝土水化熱溫升也相應降低4℃～7℃。
2.2.2摻加外加料
大體積混凝土的澆筑，由于工程量較大、施工要求高、施工工期緊，所以很多工程采用泵送混凝土。泵送混凝土一般塌落度較大，水灰比較大，水分較高易導致后期混凝土干縮大。在進行混凝土配合比設計中，不能用單純增加水泥漿的方法。這樣不僅會增加水泥用量，增大混凝土的收縮，而且還會使水化熱升高，容易引起裂縫。工程實踐證明，在施工中優化混凝土級配，摻加適量的外加料，以改善混凝土的特性，是大體積混凝土施工中的一項重要技術措施。混凝土中常用的外加料主要是外加劑和外摻料。大體積混凝土中摻加的外加劑主要是木質素磺酸鈣 (簡稱木鈣)。木鈣屬陰離子表面活性劑。它對水泥顆粒有明顯的分散效應，并能使水的表面張力降低。因此，在泵送混凝土中摻入水泥質量的0.2％—0.3％的木鈣，不僅能使混凝土的和易性有明顯的改善，而且可減少10％左右的拌合水，混凝土28d的強度可提高10％-20％；若保持強度不變，可節省水泥10％，從而可降低水化熱。
2.2.3集料的選擇
大體積混凝土所需的強度并不是很高的，所以組成混凝土的砂石料比高強混凝土要高，約占混凝土總質量的85％左右，正確選用砂石料對保證混凝土質量、節約水泥用量、降低水化熱量、降低工程成本是非常重要的。
結構工程的大體積混凝土，宜優先選擇以自然連續級配的粗集料配制。這種連續級配粗集料配制的混凝土，具有較好的和易性、較少的用水量、節約水泥用量、較高的抗壓強度等優點。根據有關試驗結果證明，采用5～40mm石子比采用5～0mm石子，每立方米混凝土可減少用水量15kg左右，在相同水灰比的情況下，水泥用量可節約20kg左右，混凝土溫升可降低2℃。
大體積混凝土中的細集料，以采用優質的中、粗砂為宜，細度模數宜在2.6～.9范圍內。根據有關試驗資料證明，當采用細度模數為2.79、平均粒徑為0.381mm的中粗砂時，比采用細度模數為2.12、平均粒徑為0.336mm的細砂，每立方米混凝土可減少水泥用量28～35kg，減少用水量20～25kg。這樣就降低了混凝土的溫升和減小了混凝土的收縮。
2.2.4 控制混凝土出機溫度和澆筑溫度
為了降低大體積混凝土的總溫升，減小結構物的內外溫差，控制混凝土的出機溫度與澆筑溫度同樣非常重要。
在混凝土原材料中，砂石的比熱比較小，但占混凝土總質量的85％左右；水的比熱較大，但它占混凝土總質量的6％左右。因此，對混凝土出機溫度影響最大的是石子的溫度，砂的溫度次之，水泥的溫度影響最小。為了降低混凝土的出機溫度，其最有效的辦法就是降低砂、石的溫度如大型水電工程葛洲壩工程，在拌合前用冷水沖洗粗集料，在儲料倉中通冷風預冷，再加上冰屑拌合，使混凝土的出機溫度達到7℃的要求。
混凝土從攪拌機出料后，經攪拌車或其他工具運輸、卸料、澆筑、平倉、振搗等工序后的混凝土溫度稱為混凝土澆筑溫度。在有條件的情況下，混凝土的澆筑溫度越低，對于降低混凝土內外溫差越有利。
2.2.5延緩混凝土的降溫速率
大體積混凝土澆筑后，加強表面的保濕、保溫養護，對防止混凝土產生裂縫具有重大作用。保濕、保溫養護的目的有三個：第一，減小混凝土的內外溫差，防止出現表面裂縫；第二，防止混凝土驟然受冷，避免產生貫穿裂縫；第三，延緩混凝土的冷卻速度，以減小新老混凝土的上下層約束。總之，在混凝土澆筑之后，以適當的材料加以覆蓋，采取保濕和保溫措施，不僅可以減少升溫階段的內外溫差，防止產生表面裂縫，而且可以使水泥順利水化，提高混凝土的極限拉伸值，防止產生過大的溫度應力和溫度裂縫。
大體積表面保濕、保溫材料的厚度，可根據熱交換原理按下式計算：
α=0.5HλK(T2-Tg)/λc(Tmax-T2)
α——覆蓋物厚度，m；
H——混凝土結構厚度，m；
λ——保溫材料的導溫系數，W/（m·K）可查閱相關書籍；
λc——混凝土的導熱系數，可取2.3 W/（m·K）；
T2——混凝土的表面溫度；
Tmax——混凝土的最高溫度；
Tg——施工時平均溫度；
K——傳熱修正系數,可查閱相關書籍；
2.2.6提高混凝土的極限拉伸值
混凝土的收縮值和極限拉伸值，除與水泥用量、集料品種和級配、水灰比、集料含泥量等因素有關外，還與施工工藝和施工質量密切相關。因此，通過改善混凝土的配合比和施工工藝，可以在一定程度上減少混凝土的收縮和提高混凝土的極限拉伸值εp，這對防止產生溫度裂縫也可起到一定的作用。
大量施工現場試驗證明，對澆筑后未初凝的混凝土進行二次振搗，能排除混凝土因泌水在粗集料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土與鋼筋之間的握裹力，防止因混凝土沉落而出現的裂縫，減小混凝土內部微裂，增加混凝土的密實度，使混凝土的抗壓強度提高10％～20％，從而可提高混凝土的抗裂性。
混凝土二次振搗有嚴格的時間標準，二次振搗的恰當時間是指混凝土振搗后尚能恢復到塑性狀態的時間，這是二次振搗的關鍵，又稱為振動界限。掌握二次振搗恰當時間的方法，一般有以下兩種：
1)將運轉著的振搗棒以其自身的重力逐漸插入混凝土中進行振搗，混凝土在振搗棒慢慢拔出時能自行閉合，不會在混凝土中留下孔穴，則可以認為此時施加二次振搗是適宜的。
2)為了準確地判定二次振搗的適宜時間，國外一般采用測定貫入阻力值的方法進行判定。當標準貫入阻力值在未達到350N／cm2以前，再進行二次振搗是有效的，不會損傷已成型的混凝土，對應的立方體試塊強度約為25 N／cm2，對應的壓痕儀強度值約為27 N／cm2。
2.2.7改善邊界約束和構造設計
防止大體積混凝土產生溫度裂縫，除可以采取以上施工技術措施外，在改善邊界約束和構造設計方面也可采取一些技術措施。如合理分段澆筑、設置滑動層、避免應力集中、設置緩沖層、合理配筋、設應力緩和溝等。
1）合理分段澆筑
當大體積混凝土結構的尺寸過大，通過計算證明整體一次澆筑會產生較大溫度應力，有可能產生溫度裂縫時，則可與設計單位協商，采用合理分段澆筑，即增設“后澆帶”的方法進行澆筑。
用“后澆帶”分段施工時，其計算是將降低溫差和收縮應力分為兩部分。在第一部分內結構被分成若干澆筑段，使之能有效地減小溫度應力和收縮應力；在施工后期再將這若干段澆筑成整體，繼續承受第二部分降溫溫差和收縮的影響。“后澆帶”的間距，在正常情況下一般為20-30m，保留時間一般不宜小于40d，帶寬以70～100cm為宜，其混凝土強度等級比原結構提高5～10N／mm2，濕養護不得少于15d。“后澆帶”的構造和型式，如圖1所示。
圖1 “后澆帶”構造圖
（a）平接式 （b）T字式 （C）企口式
2）合理配置鋼筋
在一般常溫和允許應力狀態下，鋼的性能是比較穩定的，其與混凝土的熱膨脹系數相差不大，因而在溫度變化時，鋼與混凝土之間的內應力很小，而鋼的彈性模量比混凝土的彈性模量大6～16倍。當混凝土的強度達到極限強度、變形達到極限拉伸值時，應力開始轉移到鋼筋上，從而可以避免裂縫的開展。
在構造方面進行合理配置鋼筋，對提高混凝土結構的抗裂性有很大作用。工程實踐證明，當混凝土墻板的厚度為400～600mm時，采取增加配置構造鋼筋的方法，可使構造筋起到溫度筋的作用，能有效地提高混凝土的抗裂性能。
配置的構造鋼筋應盡可能采用小直徑、小間距，例如配置直徑6～14mm，間距控制在100～150mm。按全截面對稱配筋是最合理的，這樣可大大提高抵抗貫穿性開裂的能力。若進行全截面對稱配筋，配筋率應控制在0.3％-0.5％之間。
對于大體積混凝土，構造筋對控制貫穿性裂縫作用不太明顯，但沿混凝土表面配置鋼筋，可提高面層抗表面降溫的影響和干縮。
3）設置滑動層
混凝土由于邊界存在約束才會產生溫度應力，如果在與外約束的接觸面上全部設置滑動層，則結構的計算長度可折減約一半。為此，若遇到約束強的巖石類地基、較厚的混凝土墊層時，可在接觸面上設置滑動層，對減小溫度應力將起到顯著作用。滑動層的作法有：涂刷兩道熱瀝青加鋪一層瀝青油氈，或鋪設10～20mm厚的瀝青砂，或鋪設50mm厚的砂或石屑層等。
4）避免應力集中
在結構的孔洞周圍、變斷面轉角部位、轉角處等，由于溫度變化和混凝土收縮，會產生應力集中而導致混凝土裂縫。為此，可在孔洞四周增配斜向鋼筋、鋼筋網片；在變斷面處避免斷面突變，可作局部處理使斷面逐漸過渡，同時增配一定量的抗裂鋼筋，這對防止裂縫產生是有很大作用的。
5）設置緩沖層
設置緩沖層，即在高低底板交接處、底板地梁處等，用30～50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔離，以緩沖基礎收縮時的側向壓力。緩沖層構造如圖2所示。
圖2 緩沖層示意圖
（a）高低板交接處； （b）底版地梁處； 1—聚苯乙烯泡沫塑料
6）設置應力緩和溝
設置應力緩和溝，這是日本清水建筑工程公司研究成功的一種防止大體積混凝土開裂的新方法，即在混凝土結構的表面，每隔一定距離(結構厚度的1／5)設置一條溝。設置應力緩和溝后，可將結構表面的拉應力減少20％-50％，能有效地防止表面裂縫。我國已用于直徑60m、底板厚3.5～5.Om、容量1.6m3的地下罐工程，并取得良好效果。應力緩和溝的形式，如圖3所示。
圖3 應力緩和溝形式
1—應力緩和溝
2.2.8 加強施工監測工作
在大體積混凝土的凝結硬化過程中，及時摸清大體積混凝土不同深度溫度場升降的變化規律，隨時監測混凝土內部的溫度情況，對于有的放矢地采取相應的技術措施，確保混凝土不產生過大的溫度應力，避免溫度裂縫的發生，具有非常重要的作用。
3.地下室混凝土工程常見質量問題及防治
隨著國民經濟的發展，城市化進程的加快，高層建筑的建造規模越來越大。在高層建筑的地下室施工過程中，一個相當普遍的質量問題就是結構產生裂縫，有的已影響了建筑物的安全和使用功能，應當引起高度重視。當然，要使混凝土結構不產生任何裂縫是非常困難的，但應當采取有效措施減少裂縫的發生，特別應防止有害裂縫的產生和發展。
3.1施工階段混凝土產生裂縫的原因
混凝土裂縫的出現大部分是由于溫度變形、收縮變形和地基不均勻產生的變形引起的。但是，在高層建筑地下室施工時，由于上部的荷載不大，地基下沉的可能性較小，所以，其裂縫主要還是由溫度變形和收縮變形引起的。根據地下室設計和施工部分的不同，一般主要分為底板和混凝土外墻。底板是屬于
大體積混凝土施工范疇，這類結構所受的主要是均勻溫差和均勻收縮，因而外約束力是主要的。
溫度應力與溫差T、線膨脹系數α成正比。當混凝土結構降溫與收縮同時進行時，產生的拉應力會更大，所以夏季施工比冬季施工更容易開裂。拉應力也隨阻力系數Cx(即底板的受約束程度)的增大而增大。底板的尺寸與拉應力的變化呈非線性的，當超過一定程度后，影響就逐漸減少，所以留設伸縮縫有一定的距離要求。
當最大拉應力的數值超過當時混凝土的抗拉強度時，就會在混凝土中部出現第一條裂縫，將底板一分為二，每塊板又有自己的應力分布，直至板中部的最大拉應力小于或等于混凝土的極限抗拉強度為止。因此，降低結構計算溫差和提高混凝土的極限抗拉伸變形對延長最大整澆長度是十分重要的。
根據我國城市建設的實踐，高層建筑地下室混凝土出現施工裂縫的主要原因有：
(1)由于泵送商品混凝土的廣泛應用，導致混凝土的收縮和水化熱增加。
(2)由于高層建筑的迅速發展，建筑高度越來越高，建筑荷載隨之增加，混凝土的強度等級也日趨提高。
(3)由于地下室底板較厚及大量采用超靜定結構，使結構的約束應力不斷增大。
(4)采用的施工方法、混凝土配合比、施工組織等不當。
3.2 防治高層建筑地下室混凝土裂縫開展的措施
3.2.1在設計方面的措施
(1)設置伸縮縫
伸縮縫是為了防止混凝土結構因溫度變化而必須設置的一種構造縫。我國現行的《鋼筋混凝土結構設計規蒞》(GBJl0—89)中規定：現澆鋼筋混凝土連續式結構處于室內或土中條件下的伸縮縫間距為55m。根據混凝土結構的特點合理設置伸縮縫，對大體積混凝土防止溫度裂縫是非常有效的。
(2)設置后澆帶
后澆帶是施工期間保留的臨時性溫度收縮變形縫，是一種專門留設的特殊施工縫。此外，設置后澆帶的另一個目的是取消結構中永久性的伸縮縫。在留設后澆帶的期間，混凝土的早期溫差降低以及混凝土至少30％的收縮完成。
(3)合理布置鋼筋
鋼筋的彈性模量比混凝土的彈性模量大7～15倍，單純利用鋼筋來防止混凝土的裂縫出現，是不現實的，也不可能完全達到目的。但在混凝土結構中合理布置鋼筋，可以起到減輕混凝土的收縮程度，限制混凝土裂縫開展的作用。工程實踐證明，在相同的配筋率下，選擇較細的鋼筋，防止混凝土開裂的效果更好。
3.2.2在施工方面的措施
在施工方面，地下室混凝土也是屬于大體積混凝土，故其施工預防措施與大體積混凝土的預防措施相似。
（1）對原材料進行有針對性的選擇
對混凝土原材料的選擇，主要是對水泥、粗集料、細集料、外摻料、外加劑等品種、用量和質量的選擇，這是防止混凝土結構出現裂縫的重要基礎。
(2)在混凝土中加入適量纖維，提高混凝土的抗裂、抗滲性。常用的纖維有：鋼纖維、高聚合物纖維等。其作用機理如下：
①阻止了混凝土的離析現象，提高了澆注體的整體均勻性，不致發生各層的不均勻收縮，減少澆注體的內部裂縫。
②即使基材在限制收縮情況下因失水干縮而引發裂縫，由于存在纖維的阻裂作用，亦可顯著減少裂縫的數量、長度和寬度，降低生成貫通裂縫的可能性。試驗表明，在很低的纖維摻率下，例如每1m3混凝土摻加300～500g聚丙烯纖維，混凝土表面的粗大裂縫即開始變得細碎。
③由于混凝土體內大量均勻散布的短纖維呈三維亂向分布，事實上可以起到阻斷混凝土內毛細作用的效果，這也是纖維混凝土具有較高抗滲性能的一個原因。
④由于摻入合成纖維的作用，混凝土的抗滲性能得到明顯改善，透水性降低，因此降低了混凝土內水分、氯離子、空氣等的轉移速率，從而起到延緩鋼筋銹蝕的作用。
(3)注意對拉螺栓對混凝土抗滲的影響
在±0．00以下混凝土墻板施工時，為了固定模板需要用帶有止水片的對拉螺栓固定，如果對這些部位處理不當，墻板上會發生點狀滲水，大多數是由于對拉螺栓質量所引起的。在混凝土澆筑振搗過程中，對拉螺栓下方會形成水膜，混凝土硬化后就形成了貫通的毛細孔，在外部水壓力的作用下，水就會通過對拉螺栓外滲透到結構物內。因此，鋼板止水片必須滿焊；另一方面，雖然規范規定側面模板應在混凝土達到一定強度，并能保證其表面及棱角不因拆除模板而受損壞時，方可拆模。但在實際工程中，此時混凝土強度較低，容易在拆模過程中對固定螺桿造成擾動，從而使螺桿與混凝土之間產生縫隙，致使發生滲漏。因此，在允許的條件下，應盡可能延長脫模時間。
(3)加強混凝土澆筑過程中的質量控制
①控制混凝土澆筑溫度
②注意混凝土施工的操作程序
(4)加強對混凝土的養護
加強對混凝土的養護是高層建筑地下室底板防止產生裂縫的一個重要環節，混凝土初凝后立即采用塑料薄膜或澆水草袋進行養護，一方面可以降低混凝土的表面散熱，降低降溫速度，防止產生表面裂縫，可以充分發揮混凝土早期強度和混凝土的松弛特性，使溫度產生的應力σmax<抗拉強度Rf，防止產生貫穿裂縫。另一方面，潮濕的環境可防止混凝土表面因脫水而產生的干縮裂縫，在常溫下澆水養護不少于14d。
(5)做好混凝土測溫工作
底板混凝土的測溫工作是為了掌握大體積混凝土水化熱的大小。通過調節措施來控制混凝土中心最高溫度和表面溫度之差，使其不超過會產生裂縫的臨界溫度。
總之，高層建筑地下室混凝土裂縫控制，要通過設計、施工、材料供應等方面的綜合技術措施來進行。通過上述方法，對底板大體積混凝土裂縫控制有較大把握，但墻面混凝土仍有開裂現象，有待于繼續研究和探索。
4.混凝土耐久性破壞及其防治
混凝土的耐久性是指混凝土結構在自然環境、使用環境及材料因素的作用下，保持其自身工作能力的性能。其設計的目標是使混凝土結構在規定的使用年限，在正常使用條件下，混凝土不出現劣化、鋼筋腐蝕等影響結構正常使用和影響外觀的損壞。混凝土的耐久性主要包括抗滲性、抗凍性、抗侵蝕性、抗碳化性、堿集料反應及混凝土中的鋼筋銹蝕等性能。
4.1混凝土結構耐久性損傷的原因
混凝土結構耐久性損傷的原因可歸納為以下5種：
（1）電化學等作用引起的鋼筋銹蝕；
（2）酸、堿、鹽化學侵蝕及堿集料反應等內部化學作用；
（3）凍融循環、霜凍及干縮、徐變、風化等物理作用；
（4）磨損、沖蝕及機械作用；
（5）高溫及火災作用；
實際上，混凝土結構的破壞很少是由于單一原因引起的，破壞的幾種物理與化學海港城通常緊密交叉、同時作用，體現了混凝土結構耐久性問題的復雜。
4.2混凝土耐久性的防治措施
（1）設計時應提高混凝土結構的鋼筋保護層厚度。我國的設計規范中規定的混凝土構件保護層厚度與國外相比整體較低，導致我國混凝土建筑物的無論從使用年限還是抵御意外荷載的能力都不足。
（2）增強混凝土上表面的防水性、酸、堿、鹽等有害液化滲透能力。如可采用浸透性混凝土保護液，涂刷在混凝土表面不形成涂膜，而在混凝土內部形成反應層，具有長期防水效果。
（3）對已損壞構件采用加固補強等方法進行治理。例如：對于混凝土表面出現的不規則受力裂縫，可以采用環氧樹脂壓力灌漿等方法。對混凝土鋼筋已經銹蝕的部位采用粘包高性能纖維布等方法。
5.工程應用實例
5.1工程概況
廣東某大劇院地下室一層外墻長達420m（如圖4所示），高分別為6.8m和5m。它由弧形墻、斜形墻、斜柱和異形柱組成的外墻。弧形墻在（D11~D1軸和C11~C1軸）墻厚為600mm，斜形墻和斜柱在（A1~A11軸和B1~ B11軸）墻厚為600mm，斜墻和斜柱均向內傾斜620，向上收縮，斜柱截面尺寸為600*800和1200*800，共有24根斜柱。整個地下室外墻以后澆帶分為四個施工段，最長施工段曲面墻體長達198余米，如何避免因各種原因引起的肉眼可見裂縫，是本工程的一個難點。
圖4 地下室曲面墻體施工段劃分
5.2裂縫控制方法
5.2.1 原材料的選擇
本工程采用商品混凝土，為保證大體積混凝土的施工質量，原材料的選擇極為重要，故對商品混凝土攪拌站使用的原材料質量應予以嚴格要求，并定期抽檢。
水泥：選用華潤POⅡ42.5水泥并摻粉煤灰外摻料，降低并延遲水化熱高峰期的到來，有利于混凝土的后期強度增長，避免溫度應力過大而產生裂縫。
碎石：選用級配較好且壓碎指標小于12%的碎石，粒徑為25～40mm，其含泥量不得大于0.6%，且不得含有機雜質。
砂：選用級配較好的中粗砂，含泥量不得超過3%，通過0.315mm篩孔的砂不得少于15%。
砂、石等原材料都堆放在料棚中，含水率穩定，且降低了砂石的溫度，可有效降低混凝土澆筑后的內外溫差，避免溫度裂縫的產生。
外加劑：外加劑應摻加緩凝劑、膨脹劑，摻量必須嚴格按照配合比來進行，進場必須有出廠合格證或質量保證書，確保其性能和質量的可靠性。
5.3.2 利用聚丙烯纖維提高混凝土的綜合性能
本工程超長曲面墻體工程施工時，在外墻抗滲混凝土中摻入杜克裂單絲纖維（每立方米混凝土中摻入纖維0.9kg/m3），且纖維分散良好，如圖5所示。杜克裂單絲纖維是采用表面處理劑對聚丙烯纖維單絲進行表面改性處理，改善纖維在混凝土基體中的分散性，提高纖維與基體的粘接強度。該纖維外形呈撓曲狀半透明，直徑為42μm的超細單絲纖維，其主要技術性能指標如表1所示。
表6.1 杜克裂單絲纖維主要技術性能指標
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>相對密度
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>(g/㎝3)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>纖維長度(mm)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>抗拉強度(Mpa)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>斷裂伸長率(%)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>彈性模量(Mpa)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>熔 點
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>(℃)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>耐酸耐堿腐蝕
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>0.91
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>12～15
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>500
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>20～25
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>3800
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>170
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>好
圖5 摻加了聚丙烯纖維的混凝土試件
5.3.3 混凝土配合比的設計
由于本工程采用商品混凝土，根據施工部位的不同及時向混凝土生產廠家提出不同的配合比技術要求，并進行試配，以利于混凝土配合比的優化設計，確保商品混凝土滿足以下的技術參數要求：
（1）水灰比控制在0.45～0.5，坍落度控制在140～160mm。
（2）初凝時間不少于8小時。
（3）砂率控制在40%～45%。
（4）強度滿足設計要求。
（5）摻加外加劑，外加劑能起到降低水化熱峰值及推遲峰值熱出現的時間，延緩混凝土凝結時間，減少混凝土水泥用量，降低水化熱。減少混凝土的干縮，提高混凝土強度，改善混凝土和易性。
（6）摻入0.9kg/m3混凝土體積率的聚丙烯單絲纖維，直徑及長度為48μm/19mm，以提高混凝土的抗拉能力，有利于混凝土的裂縫控制。
（7）摻加適量粉煤灰，以降低水化熱。
（8）抗滲等級:S6——S8
在拌制混凝土時，利用各種優質材料，如優質水泥、性能穩定的粉煤灰、建筑外加劑等，確保混凝土在攪拌后一小時內坍落度沒有損失。
5.3.4 混凝土澆筑
在混凝土澆筑前，先將與下層混凝土結合處鑿毛，并注意在混凝土斜向澆筑前應在底面先均勻澆筑50mm厚與混凝土配合比相同的水泥砂漿，砂漿下料時間應根據混凝土澆筑速度掌握，澆筑時分層推進，分層振搗，每次推進控制在1000mm左右。
（1）剪力墻澆筑順序
地下室曲面墻體總體澆筑順序為Ⅰ段→Ⅲ段→Ⅱ段→Ⅳ段，采用混凝土泵車輔以串筒直接卸料，每段澆筑時，自中部向兩端澆筑，采用斜坡推進法，靠混凝土自流形成斜坡，每次推進1000mm左右。
（2）分段、分層混凝土施工
由于地下二層墻體厚、高，如果一次澆筑，模板支撐加固比較困難，而且混凝土方量較大，墻體四周閉合，一次澆筑難以保證不出現施工冷縫。因此，在外墻高度方向留設3道施工縫，澆筑底板混凝土時在外墻50cm高處留設施工縫，第二次澆筑至7.3m夾層框架梁底，第三次澆至地下一層底板地梁底，剩余部分與地下一層底板一次澆筑完成。施工縫處均安裝鋼板止水帶或遇水膨脹止水條處理防水問題。
以后澆帶為界，將地下一層外墻分為四段，各段獨立澆筑混凝土。同樣地，澆筑底板混凝土時在外墻50cm高處留設施工縫，第二次澆至首層梁底。
（3）兩臺混凝土輸送泵同時配合澆筑，防止施工冷縫出現
由于外墻為四周閉合墻或分段墻太長，地下二層、地下一層外墻混凝土澆筑均配備2臺混凝土輸送泵，兩臺泵從墻長中部各覆蓋一半范圍，分別向兩個方向往返澆筑，每次在中部匯合，形成V字形結合面，有利于中間浮漿的抽出。同時，采用兩臺混凝土輸送泵縮短了混凝土下料與凝結之間的時間差，避免了產生施工冷縫。
（4）后澆帶施工
外墻后澆帶處均設鋼板網模板，其間安裝止水鋼板。由于寬度小且高度大，后澆帶處模板加固較困難，施工時用短鋼筋網片與鋼板網和墻主筋焊接加固，效果良好。
后澆帶混凝土在主體完成后采用C35•S8補償收縮混凝土封閉，并加厚200mm作為附加層。
5.3.5 混凝土的養護
混凝土澆筑完畢后，常溫下在12個小時之內澆水（小水）養護。遇高溫時6小時之內澆水養護。墻體采用涂刷養生液養護，保證這些關鍵構件始終處于濕潤狀態，養護時間為澆筑后不少于15天，并加強施工中養護的監督，保證混凝土在早期時不產生收縮裂縫和溫度裂縫。
6.3.5 混凝土澆筑質量檢測
東莞玉蘭大劇院超長曲面墻體工程，通過應用本課題的裂縫綜合控制技術，并經過精心組織、精心施工，未發現肉眼可見裂縫。
張希黔：男，1939年8月，湖南新化人，中建三局顧問總工，教授級高工，博士生導師。
周敬：男，1977年10月，四川閬中人，重慶大學土木工程學院博士研究生。