大溫差干燥環境下超大屋面混凝土裂縫控制關鍵技術

孟召虎 胡志文 袁科明 柳滿慶 王永奇

中建三局集團有限公司 陜西 西安 710065

混凝土裂縫控制，一直以來都是土木工程行業研究的熱點，也是施工控制的重、難點。對于大溫差干燥環境下超大面積現澆混凝土，目前還沒有成熟的裂縫控制體系，同時，可借鑒的經驗也較少。背景工程地處蘭州新區，晝夜溫差大，環境干燥，綜合制劑車間一及綜合制劑車間二為超大面積現澆混凝土屋面[1-7]。本文從結構設計、材料選擇以及施工工藝等方面出發，采取相應措施，最大限度地減少了混凝土裂縫，保證了屋面以及屋面保護層混凝土的施工質量。

1 工程概況

蘭州新區佛慈制藥科技工業園一期項目工程包含2座大型工業廠房，分別為綜合制劑車間一以及綜合制劑車間二。綜合制劑車間一總建筑面積31 374.40 m2，地上2層，總高度13.75 m。綜合制劑車間二總建筑面積33 480.96 m2，地上2層，總高度21.55 m。

本工程綜合制劑車間一以及綜合制劑車間二屋面面積達到16 000 m2左右，采用結構找坡，屋面板厚度120 mm，坡度3%。工程采用倒置式卷材防水保溫屋面，保護層采用厚40 mm的C20細石混凝土。

2 氣候特征

本工程地處蘭州新區，屬于典型的溫帶半干旱大陸性氣候，降水稀少，夏季高溫少雨，冬季寒冷干燥，晝夜溫差大。年平均降雨量300～350 mm，年平均蒸發量1 880 mm。

3 施工重、難點

1）本工程屋面面積超大，因工藝要求不能設置伸縮縫，屋面混凝土裂縫控制難度大。

2）屋面保護層厚度小，面積大，裂縫控制難度高。同時，還要保證屋面成形后的整體效果，做到美觀大方。

3）蘭州新區氣候干燥，晝夜溫差大，混凝土容易開裂，對混凝土施工工藝以及后期養護要求高。

4 屋面裂縫控制關鍵技術

4.1 設置膨脹加強帶

本工程由于工藝要求導致建筑超長且不能設置伸縮縫，故采用設置膨脹加強帶的無縫設計施工技術。膨脹加強帶能夠減少或消除混凝土收縮裂縫、減少或取消伸縮縫以及延長構件連續澆筑長度，在本工程無法設置伸縮縫的前提下，有效保證了工程質量。

梁板每35 m左右間距設置1道膨脹加強帶，加強帶寬2 m，并增加φ8 mm@200 mm的附加鋼筋。同時，加強帶內混凝土等級提高一級。

4.2 加入抗裂型防水劑

防水劑具有濕潤、分散、潤滑以及塑化等作用，能在不改變混凝土配合比的前提下增加混凝土和易性，并使混凝土中水泥漿硬化后形成比較均勻密實的微晶結構。同時，防水劑的加入，能減少混凝土的用水量，可提高混凝土的抗凍性和耐久性。本工程在混凝土中加入WK-HEA抗裂型防水劑，有效地提高了混凝土的抗裂能力。

4.3 優化混凝土配合比

本工程原設計在梁板混凝土內均勻摻入WK-HEA抗裂型防水劑，膨脹加強帶外摻量為水泥用量的8%，膨脹加強帶內摻量為水泥用量的12%。外加劑摻量與水泥等量代換，同時，在混凝土中摻入25%～30%的不小于Ⅱ級的粉煤灰。

根據圖紙設計要求，施工前進行混凝土配合比試配并進行試塊強度檢測，檢測發現此配合比中水泥用量太少，導致混凝土強度上升緩慢且最終強度偏低，因此對混凝土配合比進行了優化設計，從而保證了混凝土的強度。

4.4 混凝土分區澆筑

本工程單層面積超大，因此必須分區分階段進行混凝土澆筑。混凝土施工時，以膨脹加強帶為交界帶，進行分區澆筑，待加強帶兩側的混凝土澆筑完畢后，再進行加強帶的施工（圖1）。

圖1 綜合制劑車間一A區分區施工示意

4.5 做好后期養護工作

傳統的混凝土養護方式為塑料薄膜養護、覆蓋棉氈或者澆水養護等，養護方式往往比較單一。本工程根據氣候特點，制訂了嚴格的養護措施，根據混凝土不同施工階段，采取塑料薄膜覆蓋、棉氈覆蓋加灑水的分階段復合養護方式（圖2）。

圖2 混凝土的復合養護方式流程

混凝土澆筑完畢后，一邊進行收光，一邊用塑料薄膜進行覆蓋，防止表面水分的流失。待混凝土初凝后，取掉塑料薄膜，采用收光機進行打磨收光。打磨收光后采用棉氈進行覆蓋養護，棉氈能有效減小大溫差對混凝土的影響。同時，每天按時進行澆水養護，以便維持混凝土水分，保證混凝土強度的增長以及避免裂縫的產生，棉氈加澆水養護至少7 d，膨脹加強帶混凝土養護時間至少14 d。

5 保護層裂縫控制關鍵技術

5.1 混凝土施工

由于屋面面積大，故混凝土需分塊進行澆筑。本工程澆筑時按照6 m的間距進行分塊澆筑。為了避免前后2塊區域混凝土之間形成冷縫，施工時調用2臺泵車進行澆筑，在上一塊區域混凝土終凝前，及時澆筑下一塊區域混凝土，整個屋面保護層混凝土一次性澆筑完成，然后按照上文所述屋面梁板澆筑時的復合養護方式進行混凝土養護工作。

混凝土澆筑完畢且初凝后，要及時采用收光機對混凝土進行打磨收光。混凝土打磨收光時機及收光時長對混凝土裂縫影響很大。混凝土澆筑完畢且初凝后，需立刻進行收光作業，若時機太晚，則收光后容易產生小裂縫。同時，收光時間要適當延長，最少為普通樓板收光時長的1.2倍。收光時長不足時，混凝土表面易起皮、形成麻面；收光時長足夠的混凝土，表面光亮，成形效果好（圖3）。

5.2 分格縫設置及施工

通常分格縫間距為4～6 m，考慮到本地區氣候特點以及成形后的效果，本工程按照1 m間距進行分格縫設置。其中，大縫2 m一道，寬10 mm，切透保護層；大縫中間切小縫，小縫寬8 mm，縫深15 mm（圖4）。

施工之前，根據分格縫間距，繪制分格縫布置圖，現場按照布置圖進行切縫施工。切縫時要把握好時機（圖5），待混凝土終凝后，要試驗性地進行割縫。若切縫太早，切口兩邊容易形成毛邊；若切縫太遲，則混凝土容易開裂。根據現場實際情況，待切縫毛邊不是很明顯的時候，就要進行大面積切割，先切大縫，大縫切割完畢之后再切小縫。

圖3 收光時長對混凝土保護層的影響

圖4 屋面分格縫完成后的現場

圖5 切縫時機對混凝土保護層的影響

待混凝土強度達到強度設計值時，清除縫內垃圾，用熱瀝青進行灌縫。通過合理地設置分格縫，屋面保護層被分割成1 m×1 m的小塊，在最大限度減少混凝土裂縫的同時，還能呈現出瓷磚拼貼的效果，既美觀又實用。

5.3 保護層內增加鋼筋網片

本工程屋面保護層原設計為厚40 mm的C20細石混凝土，混凝土厚度太小，在大溫差干燥環境下極易開裂。因此，在混凝土內增加φ6.5 mm@200 mm鋼筋網片，增強混凝土的抗開裂能力。因屋面保護層間隔2 m切割一道大縫，大縫處需將保護層切透，故鋼筋網片在大縫處需斷開。因此，鋼筋網片按照1 900 mm×1 900 mm的尺寸進行綁扎制作，網片之間預留200 mm間距，以方便割縫（圖6）。

圖6 鋼筋網片設計

6 結語

工程施工完畢后，對屋面進行了專項檢查及統計。根據檢查統計結果，整個屋面及屋面保護層混凝土無貫通裂縫，無寬度大于0.5 mm的大裂縫，只有極個別部位存在一些微裂縫，說明本工程施工所采取的一系列措施切實可行，達到了預期的效果。同時，對于相同環境下超大面積混凝土施工微裂縫的控制，還需進一步深入的研究。