高層建筑轉(zhuǎn)換層混凝土裂縫成因及控制探討

【摘要】高層建筑轉(zhuǎn)換層是建筑結(jié)構(gòu)中的重要部位，轉(zhuǎn)換層施工質(zhì)量會(huì)直接影響到整個(gè)工程質(zhì)量。本文將對(duì)高層建筑轉(zhuǎn)換層混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的原因以及控制措施進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】轉(zhuǎn)換層；混凝土裂縫；控制措施

1.高層建筑轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)形式及功能

轉(zhuǎn)換層按柱網(wǎng)的布置形式可以分為底部結(jié)構(gòu)形式為大空間的轉(zhuǎn)換層和外部形成大柱網(wǎng)的轉(zhuǎn)換層。底部數(shù)層結(jié)構(gòu)形式可以在轉(zhuǎn)換層結(jié)構(gòu)跨越底層建筑平面的兩端，把荷載傳到底層結(jié)構(gòu)的幾個(gè)支撐點(diǎn)上。或者把轉(zhuǎn)換層中部支撐在一個(gè)強(qiáng)勁的筒體上，四周向外懸挑，從而建造出底部數(shù)層的大空間。而對(duì)于外部形成大柱網(wǎng)的轉(zhuǎn)換層，其內(nèi)筒結(jié)構(gòu)布置對(duì)于筒中筒結(jié)構(gòu)的建筑不需要變化，外筒則需要進(jìn)行結(jié)構(gòu)布置轉(zhuǎn)換。

從結(jié)構(gòu)功能的角度看，轉(zhuǎn)換層所實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)形式的轉(zhuǎn)換、柱網(wǎng)軸線的轉(zhuǎn)換以及結(jié)構(gòu)形式和軸線布置同時(shí)轉(zhuǎn)換這三種。結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層把上部剪力墻轉(zhuǎn)換成下部框架，給下部樓層創(chuàng)造大的內(nèi)部空間；柱網(wǎng)軸線轉(zhuǎn)換的上下部結(jié)構(gòu)形式不需改變，但通過(guò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層，形成下層形成大柱網(wǎng)，使得外框筒的下層形成較大的出口和較大空間；結(jié)構(gòu)形式和軸線布置同時(shí)轉(zhuǎn)換：將上部樓層剪力墻通過(guò)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層改變成框架，上下部樓層柱網(wǎng)的軸線錯(cuò)開(kāi)，從而形成上下部結(jié)構(gòu)不對(duì)齊的布置。

2.高層建筑轉(zhuǎn)換層混凝土構(gòu)件溫差裂縫的成因

2.1水泥的水化熱

混凝土中的熱量一般是來(lái)源于原材料和水泥的水化熱。水化熱是指水泥在水化的過(guò)程中，水泥熟料中不同的礦物在水化反應(yīng)中會(huì)產(chǎn)生一定的熱量。對(duì)于大體積混凝土，混凝土澆筑所產(chǎn)生的水化熱由于本身的結(jié)構(gòu)斷面尺寸較大很難散發(fā)出來(lái)，使得混凝土內(nèi)部溫度急劇上升，從而到達(dá)一個(gè)較高的溫度。一般情況下，水泥細(xì)度越細(xì)，則水化熱放出越早；水泥用量越多，水化熱就越高。水泥水化熱會(huì)引起混凝土溫度的升降變化，在溫度的升降過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的溫差，會(huì)導(dǎo)致較大的溫度應(yīng)力，容易引起轉(zhuǎn)換層混凝土變形，使得混凝士出現(xiàn)裂縫的情況。

2.2混凝土的收縮

混凝土的收縮是指在普通的混凝土在空氣中結(jié)硬的過(guò)程中，體積會(huì)不斷的減小。（1）收縮裂縫的產(chǎn)生與養(yǎng)護(hù)有關(guān)。混凝土成型后，因?yàn)樗质怯杀砑袄镏鸩秸舭l(fā)的，這使得內(nèi)外干縮量的不同，從而形成了構(gòu)件截面上的濕度梯度。混凝土表面的收縮變形會(huì)因受到混凝土內(nèi)部的約束力或其他約束力，而產(chǎn)生比較大的拉應(yīng)力。如果混凝土養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，使得水分蒸發(fā)過(guò)快時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)上述的情況，很容易出現(xiàn)裂縫開(kāi)裂的現(xiàn)象。（2）收縮裂縫的產(chǎn)生與混凝土的振搗、原材料的收縮量等因素有關(guān)。當(dāng)振搗過(guò)度的混凝土表面形成水泥漿較多時(shí)，會(huì)增加收縮量，混凝土容易出現(xiàn)裂縫；當(dāng)混凝土采用含泥量較大的粉砂配制時(shí)，收縮量增加更大，更加容易產(chǎn)生裂縫。（3）收縮裂縫的產(chǎn)生與冷縮受限制有關(guān)。混凝土的冷縮是由于熱量散失所引起的，在冷縮受到限制的情況下，極有可能會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂的情況。當(dāng)混凝土在降溫階段時(shí)，混凝土?xí)l(fā)生冷縮變形，由于這時(shí)候的混凝土可塑性很低，所以冷縮變形受到限制時(shí)，在混凝土中很容易產(chǎn)生裂縫。

3.高層建筑轉(zhuǎn)換層混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的控制措施

3.1施工的準(zhǔn)備與控制

施工前，根據(jù)一般混凝土施工前必須進(jìn)行的物質(zhì)準(zhǔn)備、機(jī)具準(zhǔn)備、技術(shù)準(zhǔn)備和現(xiàn)場(chǎng)準(zhǔn)備外，還應(yīng)做好附屬材料和輔助設(shè)備的準(zhǔn)備工作。做好施工方案的編制工作：a.通過(guò)熱工計(jì)算來(lái)確定混凝土入模的溫度和對(duì)材料加熱或降溫的措施。b.做出合理混凝土攪拌、運(yùn)輸和澆筑以及制定混凝土保溫的方案。大體積混凝土的施工，一般適合在低溫條件下進(jìn)行。當(dāng)氣溫大于300℃時(shí)，就應(yīng)及時(shí)采取措施來(lái)降低溫差的減少溫度應(yīng)力。c.要掌握各種原材料的配合比。混凝土的攪拌時(shí)間應(yīng)從全部拌合料裝入攪拌筒內(nèi)起到卸料止，時(shí)間通常要大于1.5-5min。d.攪拌后的混凝土，要及時(shí)運(yùn)到澆筑地點(diǎn)入模澆筑。

3.2轉(zhuǎn)換層混凝土結(jié)構(gòu)組成材料的裂縫控制措施

原材料的要求：（1）拌合水。由于水的比熱容是水泥或骨料比熱容的5倍，拌合水在混凝土組成材料中，極大程度上影響了混凝土溫度。因此在大型工地的攪拌站和大型商品混凝土攪拌站，可通過(guò)制冰機(jī)或制冷機(jī)組來(lái)降低水溫。（2）水泥：水泥雖然只是占混凝土拌合物重量的10%到15%，可是每當(dāng)水泥溫度高10℃，混凝土溫度就會(huì)升高1℃多。因此，一般除了選用水化熱較低的水泥之外，在混凝土攪拌時(shí)可摻入沸石粉代替部分水泥，以達(dá)到降低水泥用量、使水化熱降低的目的。（3）骨料。骨料在混凝土各組成材料中大約占75%，所以骨料的溫度對(duì)混凝土溫度又很大的影響，經(jīng)過(guò)實(shí)踐計(jì)算證明， 骨料每升高2℃，混凝土溫度便會(huì)升高1.3℃。因此骨料應(yīng)該堆放在有篷蓋的堆場(chǎng)，盡量保持溫度在比較低的狀態(tài)。（4）外加劑。化學(xué)外加劑在混凝土中占有很小的比例，但外加劑有減少拌合水和水泥用量的作用，能調(diào)節(jié)拌合水和水泥對(duì)混凝土溫度的影響和延遲混凝土溫度升到峰值的時(shí)間。礦物外加劑不僅可以改善混凝土的和易性和可泵性，還可以降低水灰比，進(jìn)而間接地降低了混凝土溫度。

高層建筑轉(zhuǎn)換層所用高強(qiáng)混凝土的配置應(yīng)注意以下的問(wèn)題：高強(qiáng)混凝土的配合比必須通過(guò)試配確定。試配除了要滿足強(qiáng)度、耐久性和易性和凝結(jié)時(shí)間等要求外，還要注意拌制、運(yùn)輸過(guò)程和氣溫環(huán)境情況以及施工條件的變化。拌合料的和易性可以通過(guò)摻加高效減水劑和混合材料來(lái)調(diào)整，在滿足拌合料和易性的前提下，盡可能減少用水量，這樣不僅可以降低水化熱，而且可避免結(jié)構(gòu)裂縫的生成。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)可得到，當(dāng)高強(qiáng)混凝土中的砂率為0.33時(shí)，混凝土強(qiáng)度一般比砂率為0.4和0.5時(shí)高一點(diǎn)。高強(qiáng)混凝土原材料稱量一般不能超過(guò)以下數(shù)值：水泥：±2%；混合料：±1%；粗細(xì)骨料：±3%；水及外加劑：±1%。配制高強(qiáng)混凝土，要嚴(yán)格控制用水量，并認(rèn)真測(cè)定砂、石中的含水量。高強(qiáng)混凝土的配合比，要把實(shí)際施工時(shí)的坍落度損失加以考慮，事先規(guī)定拌料在出料時(shí)以及運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)澆筑時(shí)的坍落度。

3.3轉(zhuǎn)換層混凝土結(jié)構(gòu)澆筑方案裂縫控制措施

澆筑大體積的混凝土，要按照整體連續(xù)澆筑的要求，根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸的大小、鋼筋疏密、混凝土供應(yīng)條件等情況，有以下三種方法可供選用：a.全面分層。把整個(gè)結(jié)構(gòu)澆筑層分成幾個(gè)層澆筑，應(yīng)在已澆筑的下層混凝土還沒(méi)有初凝時(shí)，就開(kāi)始澆筑第二層，然后逐層這樣進(jìn)行，直到完成澆筑。這比較適合適用于結(jié)構(gòu)物的平面尺寸不太大的工程，施工時(shí)應(yīng)從短邊先開(kāi)始，再沿著長(zhǎng)邊推進(jìn)。b.分段（塊）分層。這種方法適用于厚度較薄而且面積或長(zhǎng)度較大的工程。施工時(shí)從底層一端開(kāi)始澆筑混凝土，等到進(jìn)行到一定距離后再澆筑第二層，如此依次逐層澆筑。c.斜面分層。這種方法適用于結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度超過(guò)厚度三倍的工程，振搗工作應(yīng)從澆筑層底層開(kāi)始，逐漸上移，澆筑混凝土攤鋪坡度應(yīng)小于1：3，以確保分層混凝土之間的施工質(zhì)量。

此外，還可以通過(guò)以下兩個(gè)措施來(lái)對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行控制：

（1）預(yù)冷卻拌合水。大體積混凝土的澆注溫度越高，水泥水化越快。一般情況下，澆注溫度每提高10℃，混凝土內(nèi)部溫度大概會(huì)提高3～5℃。可采用冰來(lái)預(yù)冷拌合水，然后用冰水拌合或在混凝土攪拌時(shí)摻冰屑，不過(guò)要注意冰在攪拌過(guò)程中要完全融化，不能殘留冰屑。預(yù)埋水管道通冷卻水。在混凝土內(nèi)部預(yù)埋水管中，通入冷卻水能降低混凝土內(nèi)部溫度。這種方法能控制整個(gè)結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度，比較靈活和實(shí)用，因此在國(guó)內(nèi)外應(yīng)用廣泛。一般是在混凝土剛澆筑完或者正在澆筑時(shí)，就開(kāi)始通冷卻水，以降低初期由于水泥水化熱所形成的最高溫度。

（2）嚴(yán)格保溫。大體積混凝土產(chǎn)生溫度裂縫的重要原因之一就是混凝土中出現(xiàn)了溫度梯度，因?yàn)楫?dāng)表面混凝土快要冷卻時(shí)，表面和內(nèi)部就會(huì)產(chǎn)生溫度梯度的溫差，從而產(chǎn)生超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度的拉應(yīng)力，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)開(kāi)裂的問(wèn)題。采用混凝土表面保溫，可降低大體積混凝土的內(nèi)外溫差，從而避免混凝土出現(xiàn)裂縫。

3.4混凝土的養(yǎng)護(hù)

混凝土拌和物澆筑成型后必須進(jìn)行及時(shí)的養(yǎng)護(hù)。混凝土養(yǎng)護(hù)可以為混凝土正常硬化創(chuàng)造溫度和濕度的條件，避免出現(xiàn)收縮開(kāi)裂的情況，從而確保混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)要求的強(qiáng)度。完成混凝土澆筑后，要在12h內(nèi)對(duì)混凝土進(jìn)行覆蓋和澆水的養(yǎng)護(hù)，即在混凝土澆筑成型后，用蓄水、撒水養(yǎng)護(hù)或者使用保溫材料覆蓋養(yǎng)護(hù)及薄膜養(yǎng)生液養(yǎng)護(hù)。

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