张希黔1 周敬2
（1.中国建筑第三工程局，湖北 武汉 430070；2.重庆大学，重庆 400045）
[摘要]虽然我国建筑工程中混凝土使用量越来越大，混凝土质量问题仍然大量出现。本文就建筑工程中比较容易出现的混凝土质量问题进行了综述，并提出其相应的处理措施，以避免更多的混凝土质量事故发生。
[关键词] 混凝土； 浇筑； 大体积混凝土； 水化热；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
钢筋混凝土材料以其坚固耐久、就地取材、可模性等优点而成为现代工程建设中应用最广泛的建筑材料之一。现代混凝土的历史应该从1824年波特兰水泥(硅酸盐水泥)出现，以其作为胶结材料的混凝土问世后开始，随后于1850年和1928年分别出现了钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土，混凝土得到了广泛的应用和飞速发展。
随着建筑技术的发展，大量新型建筑新材料出现。目前混凝土仍然是世界上使用量最大、应用最广泛的建筑材料。虽然混凝土材料的使用已经有如此长的时间，但在建筑工程混凝土质量中仍然存在许多的问题，其突出表现为混凝土浇注出现裂缝以及耐久性破坏等问题。本文将就建筑工程中比较常见的一些混凝土质量问题分析原因，并给出相应的预防措施。
1.混凝土的裂缝及产生原因
裂缝按宽度不同，可将混凝土裂缝分为“微观裂缝”和“宏观裂缝”两种。
1.1微观裂缝
20世纪60年代以来，通过混凝土的现代试验研究设备(如各种实体显微镜、X光照相设备等)的观察，可以证实在尚未承受荷载的混凝土结构中存在着肉眼看不见的微观裂缝，其宽度为0.05mm以下。微观裂缝主要有粘着裂缝、水泥石裂缝和集料裂缝三种
(1)粘着裂缝，即骨料与水泥石粘结面上的裂缝，沿骨料周围出现。
(2)水泥石裂缝，即水泥浆中的水泥石裂缝，出现在骨料之间。
(3)集料裂缝，即骨料本身的裂缝。
以上三种微观裂缝，以粘着裂缝和水泥石裂缝较多，而骨料裂缝较少。
微观裂缝在举凝土中的分布是不规则的，沿截面是不贯穿的。因此，有微观裂缝的混凝土可以承受拉力，但结构物的某些受拉较大的薄弱环节，微观裂缝在拉力作用下，很容易串连贯穿全截面，最终导致较早的断裂。
1.2．宏观裂缝
混凝土中宽度大于等于0.05mm的裂缝是肉眼可见裂缝，亦称为宏观裂缝。宏观裂缝是微观裂缝不断扩展的结果。在一般混凝土工程结构中，由于微观裂缝对使用(防水、防腐、承重)等都不会引起危害，所以具有微观裂缝结构则可假定为无裂缝结构。在结构设计中所谓不允许出现裂缝，也是指不出现宽度大于0.05mm的初始裂缝。由此可见，有裂缝的混凝土是绝对的，无裂缝的混凝土是相对的。
1.3裂缝产生原因
结构物在实际使用过程中承受两大类荷载，即各种外荷载和变形荷载。裂缝的主要成因不外乎以下三种：
（1）由外荷载（如静、动荷载）的直接应力，即按常规计算的主要应力引起的裂缝。
（2）由外荷载作用，结构次应力引起的裂缝。因为许多结构物的实际工作状态同计算模型有出入，故此产生了次应力，它们常常引起结构裂缝。
（3）由变形变化引起的裂缝。包括结构由温度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝。
一般而言，前两者引起裂缝的可能性较小，后者导致混凝土产生的宏观裂缝具不完全统计占结构物裂缝的80％以上。
2.大体积混凝土施工质量问题及防治
关于大体积混凝土的定义，目前国内外尚无一个统一的规定。美国混凝土学会(ACl)规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大的限度减少开裂。”日本建筑学会标准(JASS5)中规定：“结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称之为大体积混凝。”
由于大体积混凝土结构的截面尺寸较大,所以由外荷载引起裂缝的可能性很小。但水泥在水化反应过程中释放的水化热产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，将会产生较大的温度应力和收缩应力。这是大体积混凝土结构出现裂缝的主要因素。
2.1 混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度的裂缝。总结大体积混凝土产生裂缝的工程实例，产生裂缝的主要原因有以下几个方面。
2.1.1水泥水化热的影响
水泥在水化反应过程中会产生大量的热量。这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。试验证明每克普通硅酸盐水泥放出的热量可达500J。由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，所以会引起混凝土结构内部急骤升温。大体积混凝土测温试验研究表明，水泥水化热在1-3d内放出的热量最多，大约占总热量的50％左右；混凝土浇筑后的3-5d内，混凝土内部的温度最高。混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都很低，对水泥水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力自然也比较小，不会产生温度裂缝。随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应不断提高，对混凝土降温收缩变形的约束也愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗此温度应力时，便容易产生温度裂缝。
2.1.2内外约束条件的影响
各种混凝土结构在变形变化中，必然受到一定的约束，从而阻碍其自由变形。阻碍变形的因素称为约束条件。约束又分为内约束和外约束。结构产生变形变化时，不同结构之间产生的约束称为外约束，结构内部各质点之间产生的约束称为内约束。建筑工程中的大体积混凝土承受的温差和收缩主要是均匀温差和均匀收缩，故外约束应力占主要地位。
大体积混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时受到下部地基的限制，因而产生外部的约束应力。在全约束的条件下，混凝土结构的变形应是温差和混凝土线膨胀系数的乘积，即ε=ΔT·α。当ε超过混凝土的极限拉伸值εp。时，混凝土结构便出现裂缝。由此可见，降低混凝土的内外温差和改善其约束条件，是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。
2.1.3外界气温变化的影响
大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土开裂有着重大影响。混凝土的内部温度是浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度的叠加之和组成。
温度应力是由温差引起的变形所造成的，温差愈大，温度应力也愈大。因此，研究和采取合理的温度控制措施，控制混凝土表面温度与外界气温的温差，是防止混凝土裂缝产生的另一个重要措施。
2.1.4混凝土收缩变形的影响
混凝土收缩变形的影响，主要包括塑性变形和体积变形两个方面。
在混凝土硬化之前，混凝土处于塑性状态，如果上部混凝土的均匀沉降受到限制，如遇到钢筋或大的混凝土集料，或者平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，就容易形成一些不规则的混凝土塑性收缩性裂缝。这种裂缝通常是互相平行的，间距一般为0.2～1.Om，并且有一定的深度，它不仅可以发生在大体积混凝土中，而且可以发生在乎面尺寸较大、厚度较薄的结构构件中。
混凝土在水泥水化过程中要产生一定的体积变形，但多数是收缩变形，少数为膨胀变形。掺入混凝土中的拌合水，约有20％的水分是水泥水化所必需的，其余80％将要逐渐蒸发，最初失去的自由水几乎不引起混凝土的收缩变形，但随着混凝土的不断干燥而使吸附水逸出，就会出现干缩变形。
除上述干燥收缩外，混凝土还会产生碳化收缩变形即空气中的二氧化碳(CO2)与混凝土中的氢氧化钙[Ca(OH)2]反应生成碳酸钙和水，这些结合水会因蒸发而使混凝土产生收缩变形。
2.2控制大体积混凝土裂缝的技术措施
实践经验表明，现有大体积结构的裂缝，绝大多数是由温度裂缝原因而产生的。防止产生温度裂缝是大体积混凝土研究的重要课题，我国自20世纪60年代开始进行研究，目前已积累了很多成功的经验。工程上常用的防止混凝土裂缝的措施主要有：
(1)采用中、低热的水泥品种；
(2)对混凝土结构合理进行分缝分块；
(3)在满足强度和其它性能要求的前提下，尽量降低水泥用量；
(4)掺加适宜的外加剂；
(5)选择适宜的集料；
(6)控制混凝土的出机温度和浇筑温度；
(7)预埋水管、通水冷却，降低混凝土的内部温升；
(8)采取表面保护、保温隔热措施，降低内外温差；
(9)采取防止大体积混凝土裂缝的结构措施等。
2.2.1水泥品种选择和用量控制
1)选用中热或低热的水泥品种
混凝土升温的热源主要是水泥在水化反应中产生的水化热，因此选用中热或低热水泥品种，是控制混凝土温升的最根本方法。如强度等级为42．5MPa的矿渣硅酸盐水泥，其3d的水化热为180kJ／kg；而强度等级为42．5MPa的普通硅酸盐水泥，其3d的水化热却高达250kJ／kg。根据对某大型基础对比试验表明：选用强度等级为42．5MPa的普通硅酸盐水泥，比选用强度等级为42．5MPa的矿渣硅酸盐水泥，3d内水化热平均升温高5℃～8℃。
2)充分利用混凝土的后期强度
根据大量的试验资料表明，每立方米混凝土中的水泥用量，每增减lOkg其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。因此，为控制混凝土温升，降低温度应力，避免温度裂缝，在满足混凝土强度和耐久性的前提下，尽量减少水泥的用量。同时可根据结构实际承受荷载的情况，对结构的强度和刚度进行复核，并取得设计单位、监理单位和质量检查部门的认可后，采用f45、f60或f90替代f28作为混凝土的设计强度。这样可使每立方米混凝土的水泥用量减少40～70kg左右，混凝土水化热温升也相应降低4℃～7℃。
2.2.2掺加外加料
大体积混凝土的浇筑，由于工程量较大、施工要求高、施工工期紧，所以很多工程采用泵送混凝土。泵送混凝土一般塌落度较大，水灰比较大，水分较高易导致后期混凝土干缩大。在进行混凝土配合比设计中，不能用单纯增加水泥浆的方法。这样不仅会增加水泥用量，增大混凝土的收缩，而且还会使水化热升高，容易引起裂缝。工程实践证明，在施工中优化混凝土级配，掺加适量的外加料，以改善混凝土的特性，是大体积混凝土施工中的一项重要技术措施。混凝土中常用的外加料主要是外加剂和外掺料。大体积混凝土中掺加的外加剂主要是木质素磺酸钙 (简称木钙)。木钙属阴离子表面活性剂。它对水泥颗粒有明显的分散效应，并能使水的表面张力降低。因此，在泵送混凝土中掺入水泥质量的0.2％—0.3％的木钙，不仅能使混凝土的和易性有明显的改善，而且可减少10％左右的拌合水，混凝土28d的强度可提高10％-20％；若保持强度不变，可节省水泥10％，从而可降低水化热。
2.2.3集料的选择
大体积混凝土所需的强度并不是很高的，所以组成混凝土的砂石料比高强混凝土要高，约占混凝土总质量的85％左右，正确选用砂石料对保证混凝土质量、节约水泥用量、降低水化热量、降低工程成本是非常重要的。
结构工程的大体积混凝土，宜优先选择以自然连续级配的粗集料配制。这种连续级配粗集料配制的混凝土，具有较好的和易性、较少的用水量、节约水泥用量、较高的抗压强度等优点。根据有关试验结果证明，采用5～40mm石子比采用5～0mm石子，每立方米混凝土可减少用水量15kg左右，在相同水灰比的情况下，水泥用量可节约20kg左右，混凝土温升可降低2℃。
大体积混凝土中的细集料，以采用优质的中、粗砂为宜，细度模数宜在2.6～.9范围内。根据有关试验资料证明，当采用细度模数为2.79、平均粒径为0.381mm的中粗砂时，比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336mm的细砂，每立方米混凝土可减少水泥用量28～35kg，减少用水量20～25kg。这样就降低了混凝土的温升和减小了混凝土的收缩。
2.2.4 控制混凝土出机温度和浇筑温度
为了降低大体积混凝土的总温升，减小结构物的内外温差，控制混凝土的出机温度与浇筑温度同样非常重要。
在混凝土原材料中，砂石的比热比较小，但占混凝土总质量的85％左右；水的比热较大，但它占混凝土总质量的6％左右。因此，对混凝土出机温度影响最大的是石子的温度，砂的温度次之，水泥的温度影响最小。为了降低混凝土的出机温度，其最有效的办法就是降低砂、石的温度如大型水电工程葛洲坝工程，在拌合前用冷水冲洗粗集料，在储料仓中通冷风预冷，再加上冰屑拌合，使混凝土的出机温度达到7℃的要求。
混凝土从搅拌机出料后，经搅拌车或其他工具运输、卸料、浇筑、平仓、振捣等工序后的混凝土温度称为混凝土浇筑温度。在有条件的情况下，混凝土的浇筑温度越低，对于降低混凝土内外温差越有利。
2.2.5延缓混凝土的降温速率
大体积混凝土浇筑后，加强表面的保湿、保温养护，对防止混凝土产生裂缝具有重大作用。保湿、保温养护的目的有三个：第一，减小混凝土的内外温差，防止出现表面裂缝；第二，防止混凝土骤然受冷，避免产生贯穿裂缝；第三，延缓混凝土的冷却速度，以减小新老混凝土的上下层约束。总之，在混凝土浇筑之后，以适当的材料加以覆盖，采取保湿和保温措施，不仅可以减少升温阶段的内外温差，防止产生表面裂缝，而且可以使水泥顺利水化，提高混凝土的极限拉伸值，防止产生过大的温度应力和温度裂缝。
大体积表面保湿、保温材料的厚度，可根据热交换原理按下式计算：
α=0.5HλK(T2-Tg)/λc(Tmax-T2)
α——覆盖物厚度，m；
H——混凝土结构厚度，m；
λ——保温材料的导温系数，W/（m·K）可查阅相关书籍；
λc——混凝土的导热系数，可取2.3 W/（m·K）；
T2——混凝土的表面温度；
Tmax——混凝土的最高温度；
Tg——施工时平均温度；
K——传热修正系数,可查阅相关书籍；
2.2.6提高混凝土的极限拉伸值
混凝土的收缩值和极限拉伸值，除与水泥用量、集料品种和级配、水灰比、集料含泥量等因素有关外，还与施工工艺和施工质量密切相关。因此，通过改善混凝土的配合比和施工工艺，可以在一定程度上减少混凝土的收缩和提高混凝土的极限拉伸值εp，这对防止产生温度裂缝也可起到一定的作用。
大量施工现场试验证明，对浇筑后未初凝的混凝土进行二次振捣，能排除混凝土因泌水在粗集料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋之间的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，减小混凝土内部微裂，增加混凝土的密实度，使混凝土的抗压强度提高10％～20％，从而可提高混凝土的抗裂性。
混凝土二次振捣有严格的时间标准，二次振捣的恰当时间是指混凝土振捣后尚能恢复到塑性状态的时间，这是二次振捣的关键，又称为振动界限。掌握二次振捣恰当时间的方法，一般有以下两种：
1)将运转着的振捣棒以其自身的重力逐渐插入混凝土中进行振捣，混凝土在振捣棒慢慢拔出时能自行闭合，不会在混凝土中留下孔穴，则可以认为此时施加二次振捣是适宜的。
2)为了准确地判定二次振捣的适宜时间，国外一般采用测定贯入阻力值的方法进行判定。当标准贯入阻力值在未达到350N／cm2以前，再进行二次振捣是有效的，不会损伤已成型的混凝土，对应的立方体试块强度约为25 N／cm2，对应的压痕仪强度值约为27 N／cm2。
2.2.7改善边界约束和构造设计
防止大体积混凝土产生温度裂缝，除可以采取以上施工技术措施外，在改善边界约束和构造设计方面也可采取一些技术措施。如合理分段浇筑、设置滑动层、避免应力集中、设置缓冲层、合理配筋、设应力缓和沟等。
1）合理分段浇筑
当大体积混凝土结构的尺寸过大，通过计算证明整体一次浇筑会产生较大温度应力，有可能产生温度裂缝时，则可与设计单位协商，采用合理分段浇筑，即增设“后浇带”的方法进行浇筑。
用“后浇带”分段施工时，其计算是将降低温差和收缩应力分为两部分。在第一部分内结构被分成若干浇筑段，使之能有效地减小温度应力和收缩应力；在施工后期再将这若干段浇筑成整体，继续承受第二部分降温温差和收缩的影响。“后浇带”的间距，在正常情况下一般为20-30m，保留时间一般不宜小于40d，带宽以70～100cm为宜，其混凝土强度等级比原结构提高5～10N／mm2，湿养护不得少于15d。“后浇带”的构造和型式，如图1所示。
图1 “后浇带”构造图
（a）平接式 （b）T字式 （C）企口式
2）合理配置钢筋
在一般常温和允许应力状态下，钢的性能是比较稳定的，其与混凝土的热膨胀系数相差不大，因而在温度变化时，钢与混凝土之间的内应力很小，而钢的弹性模量比混凝土的弹性模量大6～16倍。当混凝土的强度达到极限强度、变形达到极限拉伸值时，应力开始转移到钢筋上，从而可以避免裂缝的开展。
在构造方面进行合理配置钢筋，对提高混凝土结构的抗裂性有很大作用。工程实践证明，当混凝土墙板的厚度为400～600mm时，采取增加配置构造钢筋的方法，可使构造筋起到温度筋的作用，能有效地提高混凝土的抗裂性能。
配置的构造钢筋应尽可能采用小直径、小间距，例如配置直径6～14mm，间距控制在100～150mm。按全截面对称配筋是最合理的，这样可大大提高抵抗贯穿性开裂的能力。若进行全截面对称配筋，配筋率应控制在0.3％-0.5％之间。
对于大体积混凝土，构造筋对控制贯穿性裂缝作用不太明显，但沿混凝土表面配置钢筋，可提高面层抗表面降温的影响和干缩。
3）设置滑动层
混凝土由于边界存在约束才会产生温度应力，如果在与外约束的接触面上全部设置滑动层，则结构的计算长度可折减约一半。为此，若遇到约束强的岩石类地基、较厚的混凝土垫层时，可在接触面上设置滑动层，对减小温度应力将起到显著作用。滑动层的作法有：涂刷两道热沥青加铺一层沥青油毡，或铺设10～20mm厚的沥青砂，或铺设50mm厚的砂或石屑层等。
4）避免应力集中
在结构的孔洞周围、变断面转角部位、转角处等，由于温度变化和混凝土收缩，会产生应力集中而导致混凝土裂缝。为此，可在孔洞四周增配斜向钢筋、钢筋网片；在变断面处避免断面突变，可作局部处理使断面逐渐过渡，同时增配一定量的抗裂钢筋，这对防止裂缝产生是有很大作用的。
5）设置缓冲层
设置缓冲层，即在高低底板交接处、底板地梁处等，用30～50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔离，以缓冲基础收缩时的侧向压力。缓冲层构造如图2所示。
图2 缓冲层示意图
（a）高低板交接处； （b）底版地梁处； 1—聚苯乙烯泡沫塑料
6）设置应力缓和沟
设置应力缓和沟，这是日本清水建筑工程公司研究成功的一种防止大体积混凝土开裂的新方法，即在混凝土结构的表面，每隔一定距离(结构厚度的1／5)设置一条沟。设置应力缓和沟后，可将结构表面的拉应力减少20％-50％，能有效地防止表面裂缝。我国已用于直径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。应力缓和沟的形式，如图3所示。
图3 应力缓和沟形式
1—应力缓和沟
2.2.8 加强施工监测工作
在大体积混凝土的凝结硬化过程中，及时摸清大体积混凝土不同深度温度场升降的变化规律，随时监测混凝土内部的温度情况，对于有的放矢地采取相应的技术措施，确保混凝土不产生过大的温度应力，避免温度裂缝的发生，具有非常重要的作用。
3.地下室混凝土工程常见质量问题及防治
随着国民经济的发展，城市化进程的加快，高层建筑的建造规模越来越大。在高层建筑的地下室施工过程中，一个相当普遍的质量问题就是结构产生裂缝，有的已影响了建筑物的安全和使用功能，应当引起高度重视。当然，要使混凝土结构不产生任何裂缝是非常困难的，但应当采取有效措施减少裂缝的发生，特别应防止有害裂缝的产生和发展。
3.1施工阶段混凝土产生裂缝的原因
混凝土裂缝的出现大部分是由于温度变形、收缩变形和地基不均匀产生的变形引起的。但是，在高层建筑地下室施工时，由于上部的荷载不大，地基下沉的可能性较小，所以，其裂缝主要还是由温度变形和收缩变形引起的。根据地下室设计和施工部分的不同，一般主要分为底板和混凝土外墙。底板是属于
大体积混凝土施工范畴，这类结构所受的主要是均匀温差和均匀收缩，因而外约束力是主要的。
温度应力与温差T、线膨胀系数α成正比。当混凝土结构降温与收缩同时进行时，产生的拉应力会更大，所以夏季施工比冬季施工更容易开裂。拉应力也随阻力系数Cx(即底板的受约束程度)的增大而增大。底板的尺寸与拉应力的变化呈非线性的，当超过一定程度后，影响就逐渐减少，所以留设伸缩缝有一定的距离要求。
当最大拉应力的数值超过当时混凝土的抗拉强度时，就会在混凝土中部出现第一条裂缝，将底板一分为二，每块板又有自己的应力分布，直至板中部的最大拉应力小于或等于混凝土的极限抗拉强度为止。因此，降低结构计算温差和提高混凝土的极限抗拉伸变形对延长最大整浇长度是十分重要的。
根据我国城市建设的实践，高层建筑地下室混凝土出现施工裂缝的主要原因有：
(1)由于泵送商品混凝土的广泛应用，导致混凝土的收缩和水化热增加。
(2)由于高层建筑的迅速发展，建筑高度越来越高，建筑荷载随之增加，混凝土的强度等级也日趋提高。
(3)由于地下室底板较厚及大量采用超静定结构，使结构的约束应力不断增大。
(4)采用的施工方法、混凝土配合比、施工组织等不当。
3.2 防治高层建筑地下室混凝土裂缝开展的措施
3.2.1在设计方面的措施
(1)设置伸缩缝
伸缩缝是为了防止混凝土结构因温度变化而必须设置的一种构造缝。我国现行的《钢筋混凝土结构设计规莅》(GBJl0—89)中规定：现浇钢筋混凝土连续式结构处于室内或土中条件下的伸缩缝间距为55m。根据混凝土结构的特点合理设置伸缩缝，对大体积混凝土防止温度裂缝是非常有效的。
(2)设置后浇带
后浇带是施工期间保留的临时性温度收缩变形缝，是一种专门留设的特殊施工缝。此外，设置后浇带的另一个目的是取消结构中永久性的伸缩缝。在留设后浇带的期间，混凝土的早期温差降低以及混凝土至少30％的收缩完成。
(3)合理布置钢筋
钢筋的弹性模量比混凝土的弹性模量大7～15倍，单纯利用钢筋来防止混凝土的裂缝出现，是不现实的，也不可能完全达到目的。但在混凝土结构中合理布置钢筋，可以起到减轻混凝土的收缩程度，限制混凝土裂缝开展的作用。工程实践证明，在相同的配筋率下，选择较细的钢筋，防止混凝土开裂的效果更好。
3.2.2在施工方面的措施
在施工方面，地下室混凝土也是属于大体积混凝土，故其施工预防措施与大体积混凝土的预防措施相似。
（1）对原材料进行有针对性的选择
对混凝土原材料的选择，主要是对水泥、粗集料、细集料、外掺料、外加剂等品种、用量和质量的选择，这是防止混凝土结构出现裂缝的重要基础。
(2)在混凝土中加入适量纤维，提高混凝土的抗裂、抗滲性。常用的纤维有：钢纤维、高聚合物纤维等。其作用机理如下：
①阻止了混凝土的离析现象，提高了浇注体的整体均匀性，不致发生各层的不均匀收缩，减少浇注体的内部裂缝。
②即使基材在限制收缩情况下因失水干缩而引发裂缝，由于存在纤维的阻裂作用，亦可显著减少裂缝的数量、长度和宽度，降低生成贯通裂缝的可能性。试验表明，在很低的纤维掺率下，例如每1m3混凝土掺加300～500g聚丙烯纤维，混凝土表面的粗大裂缝即开始变得细碎。
③由于混凝土体内大量均匀散布的短纤维呈三维乱向分布，事实上可以起到阻断混凝土内毛细作用的效果，这也是纤维混凝土具有较高抗渗性能的一个原因。
④由于掺入合成纤维的作用，混凝土的抗渗性能得到明显改善，透水性降低，因此降低了混凝土内水分、氯离子、空气等的转移速率，从而起到延缓钢筋锈蚀的作用。
(3)注意对拉螺栓对混凝土抗渗的影响
在±0．00以下混凝土墙板施工时，为了固定模板需要用带有止水片的对拉螺栓固定，如果对这些部位处理不当，墙板上会发生点状渗水，大多数是由于对拉螺栓质量所引起的。在混凝土浇筑振捣过程中，对拉螺栓下方会形成水膜，混凝土硬化后就形成了贯通的毛细孔，在外部水压力的作用下，水就会通过对拉螺栓外渗透到结构物内。因此，钢板止水片必须满焊；另一方面，虽然规范规定侧面模板应在混凝土达到一定强度，并能保证其表面及棱角不因拆除模板而受损坏时，方可拆模。但在实际工程中，此时混凝土强度较低，容易在拆模过程中对固定螺杆造成扰动，从而使螺杆与混凝土之间产生缝隙，致使发生渗漏。因此，在允许的条件下，应尽可能延长脱模时间。
(3)加强混凝土浇筑过程中的质量控制
①控制混凝土浇筑温度
②注意混凝土施工的操作程序
(4)加强对混凝土的养护
加强对混凝土的养护是高层建筑地下室底板防止产生裂缝的一个重要环节，混凝土初凝后立即采用塑料薄膜或浇水草袋进行养护，一方面可以降低混凝土的表面散热，降低降温速度，防止产生表面裂缝，可以充分发挥混凝土早期强度和混凝土的松弛特性，使温度产生的应力σmax<抗拉强度Rf，防止产生贯穿裂缝。另一方面，潮湿的环境可防止混凝土表面因脱水而产生的干缩裂缝，在常温下浇水养护不少于14d。
(5)做好混凝土测温工作
底板混凝土的测温工作是为了掌握大体积混凝土水化热的大小。通过调节措施来控制混凝土中心最高温度和表面温度之差，使其不超过会产生裂缝的临界温度。
总之，高层建筑地下室混凝土裂缝控制，要通过设计、施工、材料供应等方面的综合技术措施来进行。通过上述方法，对底板大体积混凝土裂缝控制有较大把握，但墙面混凝土仍有开裂现象，有待于继续研究和探索。
4.混凝土耐久性破坏及其防治
混凝土的耐久性是指混凝土结构在自然环境、使用环境及材料因素的作用下，保持其自身工作能力的性能。其设计的目标是使混凝土结构在规定的使用年限，在正常使用条件下，混凝土不出现劣化、钢筋腐蚀等影响结构正常使用和影响外观的损坏。混凝土的耐久性主要包括抗滲性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性、碱集料反应及混凝土中的钢筋锈蚀等性能。
4.1混凝土结构耐久性损伤的原因
混凝土结构耐久性损伤的原因可归纳为以下5种：
（1）电化学等作用引起的钢筋锈蚀；
（2）酸、碱、盐化学侵蚀及碱集料反应等内部化学作用；
（3）冻融循环、霜冻及干缩、徐变、风化等物理作用；
（4）磨损、冲蚀及机械作用；
（5）高温及火灾作用；
实际上，混凝土结构的破坏很少是由于单一原因引起的，破坏的几种物理与化学海港城通常紧密交叉、同时作用，体现了混凝土结构耐久性问题的复杂。
4.2混凝土耐久性的防治措施
（1）设计时应提高混凝土结构的钢筋保护层厚度。我国的设计规范中规定的混凝土构件保护层厚度与国外相比整体较低，导致我国混凝土建筑物的无论从使用年限还是抵御意外荷载的能力都不足。
（2）增强混凝土上表面的防水性、酸、碱、盐等有害液化滲透能力。如可采用浸透性混凝土保护液，涂刷在混凝土表面不形成涂膜，而在混凝土内部形成反应层，具有长期防水效果。
（3）对已损坏构件采用加固补强等方法进行治理。例如：对于混凝土表面出现的不规则受力裂缝，可以采用环氧树脂压力灌浆等方法。对混凝土钢筋已经锈蚀的部位采用粘包高性能纤维布等方法。
5.工程应用实例
5.1工程概况
广东某大剧院地下室一层外墙长达420m（如图4所示），高分别为6.8m和5m。它由弧形墙、斜形墙、斜柱和异形柱组成的外墙。弧形墙在（D11~D1轴和C11~C1轴）墙厚为600mm，斜形墙和斜柱在（A1~A11轴和B1~ B11轴）墙厚为600mm，斜墙和斜柱均向内倾斜620，向上收缩，斜柱截面尺寸为600*800和1200*800，共有24根斜柱。整个地下室外墙以后浇带分为四个施工段，最长施工段曲面墙体长达198余米，如何避免因各种原因引起的肉眼可见裂缝，是本工程的一个难点。
图4 地下室曲面墙体施工段划分
5.2裂缝控制方法
5.2.1 原材料的选择
本工程采用商品混凝土，为保证大体积混凝土的施工质量，原材料的选择极为重要，故对商品混凝土搅拌站使用的原材料质量应予以严格要求，并定期抽检。
水泥：选用华润POⅡ42.5水泥并掺粉煤灰外掺料，降低并延迟水化热高峰期的到来，有利于混凝土的后期强度增长，避免温度应力过大而产生裂缝。
碎石：选用级配较好且压碎指标小于12%的碎石，粒径为25～40mm，其含泥量不得大于0.6%，且不得含有机杂质。
砂：选用级配较好的中粗砂，含泥量不得超过3%，通过0.315mm筛孔的砂不得少于15%。
砂、石等原材料都堆放在料棚中，含水率稳定，且降低了砂石的温度，可有效降低混凝土浇筑后的内外温差，避免温度裂缝的产生。
外加剂：外加剂应掺加缓凝剂、膨胀剂，掺量必须严格按照配合比来进行，进场必须有出厂合格证或质量保证书，确保其性能和质量的可靠性。
5.3.2 利用聚丙烯纤维提高混凝土的综合性能
本工程超长曲面墙体工程施工时，在外墙抗渗混凝土中掺入杜克裂单丝纤维（每立方米混凝土中掺入纤维0.9kg/m3），且纤维分散良好，如图5所示。杜克裂单丝纤维是采用表面处理剂对聚丙烯纤维单丝进行表面改性处理，改善纤维在混凝土基体中的分散性，提高纤维与基体的粘接强度。该纤维外形呈挠曲状半透明，直径为42μm的超细单丝纤维，其主要技术性能指标如表1所示。
表6.1 杜克裂单丝纤维主要技术性能指标
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>相对密度
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>纤维长度(mm)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>抗拉强度(Mpa)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>断裂伸长率(%)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>弹性模量(Mpa)
normal style="MARGIN: 0cm 0cm 0pt; TEXT-ALIGN: center; mso-pagination: widow-orphan" align=center>熔 点
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>耐酸耐碱腐蚀
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
图5 掺加了聚丙烯纤维的混凝土试件
5.3.3 混凝土配合比的设计
由于本工程采用商品混凝土，根据施工部位的不同及时向混凝土生产厂家提出不同的配合比技术要求，并进行试配，以利于混凝土配合比的优化设计，确保商品混凝土满足以下的技术参数要求：
（1）水灰比控制在0.45～0.5，坍落度控制在140～160mm。
（2）初凝时间不少于8小时。
（3）砂率控制在40%～45%。
（4）强度满足设计要求。
（5）掺加外加剂，外加剂能起到降低水化热峰值及推迟峰值热出现的时间，延缓混凝土凝结时间，减少混凝土水泥用量，降低水化热。减少混凝土的干缩，提高混凝土强度，改善混凝土和易性。
（6）掺入0.9kg/m3混凝土体积率的聚丙烯单丝纤维，直径及长度为48μm/19mm，以提高混凝土的抗拉能力，有利于混凝土的裂缝控制。
（7）掺加适量粉煤灰，以降低水化热。
（8）抗渗等级:S6——S8
在拌制混凝土时，利用各种优质材料，如优质水泥、性能稳定的粉煤灰、建筑外加剂等，确保混凝土在搅拌后一小时内坍落度没有损失。
5.3.4 混凝土浇筑
在混凝土浇筑前，先将与下层混凝土结合处凿毛，并注意在混凝土斜向浇筑前应在底面先均匀浇筑50mm厚与混凝土配合比相同的水泥砂浆，砂浆下料时间应根据混凝土浇筑速度掌握，浇筑时分层推进，分层振捣，每次推进控制在1000mm左右。
（1）剪力墙浇筑顺序
地下室曲面墙体总体浇筑顺序为Ⅰ段→Ⅲ段→Ⅱ段→Ⅳ段，采用混凝土泵车辅以串筒直接卸料，每段浇筑时，自中部向两端浇筑，采用斜坡推进法，靠混凝土自流形成斜坡，每次推进1000mm左右。
（2）分段、分层混凝土施工
由于地下二层墙体厚、高，如果一次浇筑，模板支撑加固比较困难，而且混凝土方量较大，墙体四周闭合，一次浇筑难以保证不出现施工冷缝。因此，在外墙高度方向留设3道施工缝，浇筑底板混凝土时在外墙50cm高处留设施工缝，第二次浇筑至7.3m夹层框架梁底，第三次浇至地下一层底板地梁底，剩余部分与地下一层底板一次浇筑完成。施工缝处均安装钢板止水带或遇水膨胀止水条处理防水问题。
以后浇带为界，将地下一层外墙分为四段，各段独立浇筑混凝土。同样地，浇筑底板混凝土时在外墙50cm高处留设施工缝，第二次浇至首层梁底。
（3）两台混凝土输送泵同时配合浇筑，防止施工冷缝出现
由于外墙为四周闭合墙或分段墙太长，地下二层、地下一层外墙混凝土浇筑均配备2台混凝土输送泵，两台泵从墙长中部各覆盖一半范围，分别向两个方向往返浇筑，每次在中部汇合，形成V字形结合面，有利于中间浮浆的抽出。同时，采用两台混凝土输送泵缩短了混凝土下料与凝结之间的时间差，避免了产生施工冷缝。
（4）后浇带施工
外墙后浇带处均设钢板网模板，其间安装止水钢板。由于宽度小且高度大，后浇带处模板加固较困难，施工时用短钢筋网片与钢板网和墙主筋焊接加固，效果良好。
后浇带混凝土在主体完成后采用C35•S8补偿收缩混凝土封闭，并加厚200mm作为附加层。
5.3.5 混凝土的养护
混凝土浇筑完毕后，常温下在12个小时之内浇水（小水）养护。遇高温时6小时之内浇水养护。墙体采用涂刷养生液养护，保证这些关键构件始终处于湿润状态，养护时间为浇筑后不少于15天，并加强施工中养护的监督，保证混凝土在早期时不产生收缩裂缝和温度裂缝。
6.3.5 混凝土浇筑质量检测
东莞玉兰大剧院超长曲面墙体工程，通过应用本课题的裂缝综合控制技术，并经过精心组织、精心施工，未发现肉眼可见裂缝。
张希黔：男，1939年8月，湖南新化人，中建三局顾问总工，教授级高工，博士生导师。
周敬：男，1977年10月，四川阆中人，重庆大学土木工程学院博士研究生。