超高層建筑大體積混凝土施工中裂縫的控制

鄭 家 祥

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027)

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超高層建筑大體積混凝土施工中裂縫的控制

鄭 家 祥

(山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027)

結(jié)合超高層建筑大體積混凝土的施工特點(diǎn)，對(duì)大體積混凝土施工中裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行了分析，從原材料選擇、溫度控制、澆筑方法及養(yǎng)護(hù)等方面，提出了裂縫控制的主要措施，從而提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性、抗凍性和耐久性。

超高層建筑，大體積混凝土，收縮裂縫，溫度控制

0 引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)實(shí)力的持續(xù)提升，各類異性復(fù)雜結(jié)構(gòu)類型的超高層建筑在全國各地如雨后春筍不斷的涌現(xiàn)出來。隨著這些建筑物的出現(xiàn)，施工中超大體積的混凝土也得到越來越多的應(yīng)用。大體積混凝土澆筑量大、澆筑面積的長寬高尺寸大，要求施工連續(xù)和混凝土水化熱小。在工程實(shí)例中發(fā)現(xiàn)，裂縫是大體積混凝土常見的質(zhì)量通病，它直接影響到結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性和耐久性。因此，在施工過程中，要對(duì)大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生進(jìn)行嚴(yán)格的控制。

1 超高層建筑大體積混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理

1.1 溫度裂縫

引起大體積混凝土開裂的最主要原因是溫度應(yīng)力[2]。由于溫度變化，混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生膨脹或收縮，當(dāng)膨脹或收縮受到約束時(shí)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力。一般情況下，溫度應(yīng)力隨著溫差的增大而增大。

大體積混凝土澆筑后，混凝土內(nèi)部水泥發(fā)生水化反應(yīng)，產(chǎn)生大量熱能，從而使得混凝土內(nèi)部溫度提高較快，且熱量不容易散發(fā)；而混凝土外部溫度和周邊環(huán)境溫度相同，容易形成結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差較大，在內(nèi)外溫差超過25 ℃時(shí)，混凝土受外邊界混凝土的約束，當(dāng)溫度超過其抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)在混凝土外部產(chǎn)生裂縫。隨著混凝土內(nèi)部水化熱反應(yīng)基本完成，內(nèi)部溫度逐漸下降，內(nèi)外溫差又一次發(fā)生變化，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生拉應(yīng)力。此時(shí)，整個(gè)混凝土截面就會(huì)產(chǎn)生貫穿性裂縫，會(huì)對(duì)混凝土使用性和耐久性造成嚴(yán)重影響，甚至發(fā)生質(zhì)量事故。

此外，外界氣溫的變化也是大體積混凝土開裂的重要因素?；炷两Y(jié)構(gòu)的內(nèi)部溫度由澆筑溫度、水泥水化熱升溫等多種溫度累加而成。其中澆筑溫度受外界氣溫的影響很大，它隨著外界溫度的升高而增大，反之減小。氣溫驟降時(shí)，在混凝土外表面與內(nèi)部之間可產(chǎn)生較大的溫度梯度，造成溫度應(yīng)力增大，使混凝土出現(xiàn)裂縫。

1.2 收縮裂縫

收縮裂縫的主要類型如下：

1)自身收縮裂縫。如果混凝土沒有得到較好的養(yǎng)護(hù)，則水泥在水化作用下消耗大量水分，使得水泥凝膠孔液面下降，混凝土就會(huì)產(chǎn)生自干燥效應(yīng)，造成混凝土結(jié)構(gòu)體積減小，相對(duì)濕度降低，從而導(dǎo)致自身收縮。在水化過程中水分不斷減小，當(dāng)混凝土內(nèi)部水分不足或養(yǎng)護(hù)不良時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)細(xì)孔內(nèi)產(chǎn)生負(fù)壓，引起自身收縮裂縫[3]。

2)干縮裂縫。大體積混凝土在凝結(jié)硬化過程中，水分逐漸蒸發(fā)，表面水分散失較快，該處體積收縮就大，內(nèi)部水分散失慢，體積收縮就小，由此造成混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)、外收縮變形不同步，當(dāng)表面的收縮變形受到內(nèi)部約束時(shí)，混凝土結(jié)構(gòu)就會(huì)出現(xiàn)拉應(yīng)力，從而導(dǎo)致干縮裂縫的產(chǎn)生。

3)碳化收縮裂縫?；炷两Y(jié)構(gòu)暴露在大氣中，空氣中的二氧化碳與混凝土中的氫氧化鈣會(huì)發(fā)生中和反應(yīng)，從而產(chǎn)生結(jié)合水。這些結(jié)合水蒸發(fā)使混凝土產(chǎn)生碳化收縮變形，從而在其表面產(chǎn)生細(xì)微的裂縫。

2 超高層大體積混凝土裂縫的控制措施

2.1 原材料控制措施

1)凝膠材料的選擇。在進(jìn)行水泥的原材料選擇時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用水化熱低和凝結(jié)時(shí)間長的水泥。例如：火山灰硅酸鹽水泥，粉煤灰硅酸鹽水泥。以減少混凝土內(nèi)部的溫度的升高，減少混凝土產(chǎn)生裂縫。此外，還應(yīng)選用具有微膨脹性或收縮性小的水泥，這種水泥在水化作用時(shí)，可以使得混凝土內(nèi)部產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，在混凝土成型后期，預(yù)壓應(yīng)力能減少混凝土內(nèi)部部分溫度變化引起拉應(yīng)力，從而達(dá)到減少混凝土裂縫的生成，提高混凝土的耐久性。

2)粉煤灰的應(yīng)用。在混凝土按照一定比例加入一定量的粉煤灰，不僅能夠減少水泥用量，降低水泥的水化熱，而且還可以改善混凝土的和易性，極大提高混凝土的后期強(qiáng)度。此外，還可加入緩凝劑、減水劑、膨脹劑等外加劑，用來提升混凝土的性能指標(biāo)，在添加外加劑時(shí)，要嚴(yán)格做好混凝土的適配工作，并在其拌合過程中，根據(jù)配合比要求做到用量的精確控制。

3)粗細(xì)骨料的選擇。骨料不僅要求顆粒級(jí)配而且應(yīng)遵循以下原則：a.細(xì)骨料一般采用級(jí)配良好的中砂、粗砂為宜，細(xì)度模數(shù)在2.6～2.9之間，相比細(xì)砂而言，可降低水泥與水的用量，減小混凝土的收縮。粗骨料的粒徑過大會(huì)影響混凝土質(zhì)量，造成離析現(xiàn)象的產(chǎn)生，應(yīng)選用5 mm～40 mm的碎石或卵石。b.大體積混凝土骨料的含泥量過大，不僅能增大混凝土的收縮，還會(huì)降低其強(qiáng)度，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性能危害很大，細(xì)骨料的含泥量應(yīng)控制在1%～2%范圍內(nèi)，粗骨料含泥量應(yīng)控制在1%以內(nèi)。

2.2 溫度控制措施

1)控制澆筑溫度。研究表明，降低混凝土拌合料的澆筑溫度可使混凝土結(jié)構(gòu)的總溫度明顯降低，從而達(dá)到減小內(nèi)、外溫差的效果，而影響澆筑溫度最大的因素就是拌合料中水和石子的溫度。因此，在計(jì)算混凝土內(nèi)、外溫差不滿足結(jié)構(gòu)要求時(shí)，應(yīng)首先降低水和石子的溫度?？刹捎靡韵麓胧篴.搭設(shè)遮蔽裝置來防止太陽的直射；b.用深井中的水對(duì)石子進(jìn)行降溫；c.直接抽取深井水進(jìn)行混凝土拌合；d.在拌合過程中，加冰塊來進(jìn)行降溫。

根據(jù)外部環(huán)境條件以及大體積混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸，采用埋設(shè)冷卻水管的方式，通過流動(dòng)的冷卻水帶走大量的熱量，進(jìn)而降低澆筑溫度。還可采用保溫隔熱材料將混凝土結(jié)構(gòu)包裹起來，減少混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)、外溫差。通過大量的工程實(shí)踐，將混凝土的最高澆筑溫度控制在35 ℃以內(nèi)，對(duì)降低混凝土的內(nèi)、外溫差越有利。這就要求在施工過程中，合理選擇澆筑工藝，確定最佳的澆筑時(shí)間[4]。

2)混凝土溫度監(jiān)測。通過在大體積混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)、外部設(shè)置溫度測點(diǎn)，對(duì)現(xiàn)場溫度進(jìn)行監(jiān)控，利用溫度數(shù)據(jù)采集儀，記錄每一測點(diǎn)的溫度，并對(duì)其進(jìn)行整理?；炷帘韺訙囟葴y點(diǎn)與各測位中心點(diǎn)的溫差值，作為調(diào)整溫度控制措施的依據(jù)。為了能更好地反映溫度控制效果，可在混凝土結(jié)構(gòu)中預(yù)埋應(yīng)變計(jì)進(jìn)行溫度應(yīng)力檢測。

2.3 混凝土澆筑及振搗措施

在澆筑大體積混凝土結(jié)構(gòu)前，應(yīng)合理布設(shè)分塊的位置、確定分層澆筑的順序，對(duì)澆筑的長度、寬度、厚度以及澆筑的搭接時(shí)間做好詳細(xì)的計(jì)算。此外，還應(yīng)充分組織好現(xiàn)場的人力、物力，調(diào)配充足的物資和人員。做好施工現(xiàn)場協(xié)調(diào)工作，保證混凝土的澆筑順序、澆筑時(shí)間、澆筑質(zhì)量?；炷翝仓螅瑸榉乐够炷恋募卸逊e，應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際需要，布置混凝土振搗器，保證混凝土結(jié)構(gòu)坡角、下部及上部振搗密實(shí)。大量的工程實(shí)踐證明，在澆筑后進(jìn)行振搗，可提高混凝土的密實(shí)度，消除混凝土因泌水在模板下部、粗骨料附近產(chǎn)生的空隙和水分，提高混凝土對(duì)鋼筋的握箍力，減少混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部裂縫，能使抗壓強(qiáng)度提高10%～20%，極大提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能[5]。此外，在澆筑結(jié)束后3 h～4 h內(nèi)，應(yīng)對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行處理，對(duì)較厚的水泥漿用木刮尺刮平，再用鐵滾筒碾壓2遍，最后用木抹子壓實(shí)，減少混凝土表面裂縫的產(chǎn)生。

2.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)措施

大體積混凝土澆筑完成后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。通過對(duì)其表面覆蓋塑料膜和棉被等材料進(jìn)行保濕、保溫等措施，防止混凝土表面脫水。同時(shí)，保持混凝土表面溫度，減緩混凝土表面溫度的冷卻時(shí)間，降低混凝土內(nèi)外溫差。在施工時(shí)，施工單位應(yīng)對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)做好充分的準(zhǔn)備，選擇好養(yǎng)護(hù)方法。避免因養(yǎng)護(hù)不到位而引起混凝土裂縫的產(chǎn)生。

實(shí)際施工中最常見的養(yǎng)護(hù)措施有：保溫養(yǎng)護(hù)、養(yǎng)護(hù)劑涂層養(yǎng)護(hù)、保溫保濕養(yǎng)護(hù)、蓄水法等。當(dāng)前在超高層建筑大體積混凝土施工過程中，經(jīng)常使用的是保溫保濕養(yǎng)護(hù)，該方法就是在混凝土結(jié)構(gòu)的表面用麻袋或草袋與塑料薄膜相互覆蓋，降低混凝土內(nèi)外溫差，保持混凝土水分不流失，利用混凝土的水化熱進(jìn)行“自養(yǎng)護(hù)”。

3 結(jié)語

在超高層建筑大體積混凝土的施工過程中，應(yīng)從原材料選取、施工和養(yǎng)護(hù)等方面，精心組織施工安排，采取合理的降溫措施，降低大體積混凝土澆筑時(shí)的內(nèi)、外溫差，有效地控制混凝土裂縫產(chǎn)生，保證混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)定功能的實(shí)現(xiàn)。

[1] 武衛(wèi)江.大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因與預(yù)防措施[J].山西建筑,2005,31(23):131-132.

[2] 朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：中國電力出版社,1990.

[3] 蔡煒凌,顏剛文,王念念.基于有害裂縫控制的大體積混凝土成套施工技術(shù)研究[J].施工技術(shù),2014,43(9)：60-62.

[4] 韓宇峰.大體積混凝土施工技術(shù)及水化熱引起裂縫的預(yù)防措施[J].雞西大學(xué)學(xué)報(bào),2002(3)：78-91.

[5] 王文娟,郝樹強(qiáng).混凝土質(zhì)量控制研究[J].河北水利,2011(8)：33-35.

On crack control in super-high-rise architectural large concrete construction

Zheng Jiaxiang

(ShanxiNo.8ConstructionGroupCo.,Ltd,Taiyuan030027,China)

Combining with the construction features of the super-high-rise large concrete, the paper analyzes some reasons for the cracks in the large concrete construction, and points out the main measures to control the cracks from the selection of raw materials, temperature control, grouting methods, and maintenance, so as to improve the concrete structures’ capacities of anti-leakage, frozen resistance, and durability.

super-high-rise building, large concrete, shrinkage crack, temperature control

1009-6825(2016)20-0083-03

2016-05-05

鄭家祥(1978- )，男，工程師

TU755

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