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

(山西八建集團有限公司，山西 太原 030027)

結合超高層建筑大體積混凝土的施工特點，對大體積混凝土施工中裂縫產生的原因進行了分析，從原材料選擇、溫度控制、澆筑方法及養護等方面，提出了裂縫控制的主要措施，從而提高混凝土結構的抗滲性、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

隨著我國經濟實力的持續提升，各類異性復雜結構類型的超高層建筑在全國各地如雨后春筍不斷的涌現出來。隨著這些建筑物的出現，施工中超大體積的混凝土也得到越來越多的應用。大體積混凝土澆筑量大、澆筑面積的長寬高尺寸大，要求施工連續和混凝土水化熱小。在工程實例中發現，裂縫是大體積混凝土常見的質量通病，它直接影響到結構的強度、抗滲性、抗凍性和耐久性。因此，在施工過程中，要對大體積混凝土裂縫的產生進行嚴格的控制。

1 超高層建筑大體積混凝土裂縫產生機理

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力[2]。由于溫度變化，混凝土結構產生膨脹或收縮，當膨脹或收縮受到約束時，結構內部就會產生溫度應力。一般情況下，溫度應力隨著溫差的增大而增大。

大體積混凝土澆筑后，混凝土內部水泥發生水化反應，產生大量熱能，從而使得混凝土內部溫度提高較快，且熱量不容易散發；而混凝土外部溫度和周邊環境溫度相同，容易形成結構內外溫差較大，在內外溫差超過25 ℃時，混凝土受外邊界混凝土的約束，當溫度超過其抗拉強度時，就會在混凝土外部產生裂縫。隨著混凝土內部水化熱反應基本完成，內部溫度逐漸下降，內外溫差又一次發生變化，混凝土內部結構產生拉應力。此時，整個混凝土截面就會產生貫穿性裂縫，會對混凝土使用性和耐久性造成嚴重影響，甚至發生質量事故。

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構的內部溫度由澆筑溫度、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，在混凝土外表面與內部之間可產生較大的溫度梯度，造成溫度應力增大，使混凝土出現裂縫。

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護，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，混凝土就會產生自干燥效應，造成混凝土結構體積減小，相對濕度降低，從而導致自身收縮。在水化過程中水分不斷減小，當混凝土內部水分不足或養護不良時，就會導致結構細孔內產生負壓，引起自身收縮裂縫[3]。

2)干縮裂縫。大體積混凝土在凝結硬化過程中，水分逐漸蒸發，表面水分散失較快，該處體積收縮就大，內部水分散失慢，體積收縮就小，由此造成混凝土結構內、外收縮變形不同步，當表面的收縮變形受到內部約束時，混凝土結構就會出現拉應力，從而導致干縮裂縫的產生。

3)碳化收縮裂縫?；炷两Y構暴露在大氣中，空氣中的二氧化碳與混凝土中的氫氧化鈣會發生中和反應，從而產生結合水。這些結合水蒸發使混凝土產生碳化收縮變形，從而在其表面產生細微的裂縫。

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。在進行水泥的原材料選擇時，應優先選用水化熱低和凝結時間長的水泥。例如：火山灰硅酸鹽水泥，粉煤灰硅酸鹽水泥。以減少混凝土內部的溫度的升高，減少混凝土產生裂縫。此外，還應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，可以使得混凝土內部產生一定的預壓應力，在混凝土成型后期，預壓應力能減少混凝土內部部分溫度變化引起拉應力，從而達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，在添加外加劑時，要嚴格做好混凝土的適配工作，并在其拌合過程中，根據配合比要求做到用量的精確控制。

3)粗細骨料的選擇。骨料不僅要求顆粒級配而且應遵循以下原則：a.細骨料一般采用級配良好的中砂、粗砂為宜，細度模數在2.6～2.9之間，相比細砂而言，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影響混凝土質量，造成離析現象的產生，應選用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，還會降低其強度，對混凝土結構的抗裂性能危害很大，細骨料的含泥量應控制在1%～2%范圍內，粗骨料含泥量應控制在1%以內。

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構的總溫度明顯降低，從而達到減小內、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，在計算混凝土內、外溫差不滿足結構要求時，應首先降低水和石子的溫度?？刹捎靡韵麓胧篴.搭設遮蔽裝置來防止太陽的直射；b.用深井中的水對石子進行降溫；c.直接抽取深井水進行混凝土拌合；d.在拌合過程中，加冰塊來進行降溫。

根據外部環境條件以及大體積混凝土的結構尺寸，采用埋設冷卻水管的方式，通過流動的冷卻水帶走大量的熱量，進而降低澆筑溫度。還可采用保溫隔熱材料將混凝土結構包裹起來，減少混凝土結構的內、外溫差。通過大量的工程實踐，將混凝土的最高澆筑溫度控制在35 ℃以內，對降低混凝土的內、外溫差越有利。這就要求在施工過程中，合理選擇澆筑工藝，確定最佳的澆筑時間[4]。

2)混凝土溫度監測。通過在大體積混凝土結構的內、外部設置溫度測點，對現場溫度進行監控，利用溫度數據采集儀，記錄每一測點的溫度，并對其進行整理?；炷帘韺訙囟葴y點與各測位中心點的溫差值，作為調整溫度控制措施的依據。為了能更好地反映溫度控制效果，可在混凝土結構中預埋應變計進行溫度應力檢測。

2.3 混凝土澆筑及振搗措施

在澆筑大體積混凝土結構前，應合理布設分塊的位置、確定分層澆筑的順序，對澆筑的長度、寬度、厚度以及澆筑的搭接時間做好詳細的計算。此外，還應充分組織好現場的人力、物力，調配充足的物資和人員。做好施工現場協調工作，保證混凝土的澆筑順序、澆筑時間、澆筑質量。混凝土澆筑后，為防止混凝土的集中堆積，應根據現場實際需要，布置混凝土振搗器，保證混凝土結構坡角、下部及上部振搗密實。大量的工程實踐證明，在澆筑后進行振搗，可提高混凝土的密實度，消除混凝土因泌水在模板下部、粗骨料附近產生的空隙和水分，提高混凝土對鋼筋的握箍力，減少混凝土結構內部裂縫，能使抗壓強度提高10%～20%，極大提高結構的抗裂性能[5]。此外，在澆筑結束后3 h～4 h內，應對大體積混凝土結構的表面進行處理，對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，減少混凝土表面裂縫的產生。

2.4 混凝土的養護措施

大體積混凝土澆筑完成后，應及時進行養護。通過對其表面覆蓋塑料膜和棉被等材料進行保濕、保溫等措施，防止混凝土表面脫水。同時，保持混凝土表面溫度，減緩混凝土表面溫度的冷卻時間，降低混凝土內外溫差。在施工時，施工單位應對混凝土養護做好充分的準備，選擇好養護方法。避免因養護不到位而引起混凝土裂縫的產生。

實際施工中最常見的養護措施有：保溫養護、養護劑涂層養護、保溫保濕養護、蓄水法等。當前在超高層建筑大體積混凝土施工過程中，經常使用的是保溫保濕養護，該方法就是在混凝土結構的表面用麻袋或草袋與塑料薄膜相互覆蓋，降低混凝土內外溫差，保持混凝土水分不流失，利用混凝土的水化熱進行“自養護”。

3 結語

在超高層建筑大體積混凝土的施工過程中，應從原材料選取、施工和養護等方面，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的內、外溫差，有效地控制混凝土裂縫產生，保證混凝土結構預定功能的實現。

[1] 武衛江.大體積混凝土裂縫產生原因與預防措施[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研究[J].施工技術,2014,43(9)：60-62.

[4] 韓宇峰.大體積混凝土施工技術及水化熱引起裂縫的預防措施[J].雞西大學學報,2002(3)：78-91.

[5] 王文娟,郝樹強.混凝土質量控制研究[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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