高層建筑泵送混凝土樓板裂縫的控制

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[提  要]  本文主要從設(shè)計(jì)、材料、施工角度進(jìn)行分析，提出采取控制混凝土的收縮應(yīng)力及溫差應(yīng)力，控制混凝土坍落度，以達(dá)到控制混凝土的收縮,控制高層建筑泵送混凝土裂縫的目的。

[關(guān)鍵字]  混凝土  收縮  裂縫 

[ Abstract] From three corner,including designing,materials and construction,the writer expound to control contraction stress and thermal stress and concrete slump,which can control concrete contraction to control fissure of highrise building’s pumping concrete.

[key words] concrete   contraction  fissure

1 前言

目前大部分的高層建筑主要為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框剪結(jié)構(gòu)，并大量應(yīng)用泵送混凝土。但近幾年的工程實(shí)踐發(fā)現(xiàn)采用泵送混凝土的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)經(jīng)常引起樓屋面板裂縫，并且成為較難克服的質(zhì)量通病之一。本論文結(jié)合本人多年的工作實(shí)踐就高層建筑泵送混凝土樓板裂縫產(chǎn)生的原因及防治進(jìn)行探討。

2 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

產(chǎn)生混凝土裂縫的原因有很多,除了因地基不均勻沉降之外,高層建筑混凝土樓板受到剛度較大梁與剪力墻的約束,與溫度、混凝土收縮等因素所產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就被拉裂而產(chǎn)生裂縫。

導(dǎo)致混凝土的裂縫的主要原因是混凝土收縮引起的。引起混凝土收縮主要有以下幾個(gè)因素：

⑴水泥性能對混凝土收縮的影響

大量實(shí)驗(yàn)研究表明，水泥抗裂性能的降低導(dǎo)致混凝土收縮增大；由于追求高強(qiáng)度及早強(qiáng)，水泥的含堿量越來越高，水泥細(xì)度越來越細(xì)，C3S含量越來越高，這使水泥抗裂性能大幅度降低。

⑵外加劑對混凝土收縮的影響

混凝土高效減水劑是泵送混凝土不可缺少的組成材料，而高效減水劑的性能直接影響到混凝土的收縮性能。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑》（GB8076－1997）中規(guī)定：高效減水劑的收縮率應(yīng)小于等于135％，也就是混凝土在稠度相同的條件下，允許加高效減水劑的混凝土收縮可以比不加高效減水劑的混凝土收縮率大35％。一般高效減水劑的收縮率在115％～135％之間。這就是為什么泵送混凝土比非泵送混凝土、現(xiàn)場攪拌混凝土容易產(chǎn)生裂縫的原因，因?yàn)榍罢弑群笳呒痈嗟母咝p水劑。

使用早強(qiáng)劑使混凝土水灰比減少，導(dǎo)致混凝土自收縮增大。早強(qiáng)劑使混凝土早期收縮大大增加，而混凝土早期抗拉強(qiáng)度沒什么增加，而收縮與拉應(yīng)力成正比。收縮增大，拉應(yīng)力也增大，混凝土又是脆性材料，結(jié)果混凝土被拉裂。

⑶混凝土硬化前的收縮

根據(jù)試驗(yàn)研究硬化前收縮率比硬化的收縮率大10～30倍。

澆筑樓板混凝土?xí)r，表面溫度高，水蒸發(fā)量大很快變硬化，而內(nèi)部混凝土未硬化。在表面至內(nèi)部未硬化混凝土之間，存在硬化梯度層，這層制約了內(nèi)部混凝土繼續(xù)變形。由于未硬化混凝土變形快，在變形到一定程度，表層硬化就被拉裂。

3       裂縫控制技術(shù)措施

根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和機(jī)理，增加混凝土抗拉強(qiáng)度和減少混凝土的收縮是控制混凝土裂縫最有效的技術(shù)措施。同時(shí)降低混凝土內(nèi)外溫差，減小溫度應(yīng)力，控制混凝土表層與內(nèi)部變形差，也可有效控制混凝土的裂縫。在施工中提高混凝土的密實(shí)度，減少混凝土的收縮。

3.1設(shè)計(jì)優(yōu)化

從設(shè)計(jì)角度考慮，針對易產(chǎn)生裂縫的位置，采取技術(shù)措施提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，減少裂縫的發(fā)生。

⑴ 從結(jié)構(gòu)方面對高層建筑樓板裂縫發(fā)生的部位分析，最容易產(chǎn)生裂縫的部位是建筑四周的陽角處及框架柱外露邊角，主要原因是由于該部位樓板受剪力墻或剛度較大梁約束，限制板面混凝土的自由變形，在溫差作用及收縮力等多因素綜合作用下產(chǎn)生裂縫。設(shè)計(jì)單位在設(shè)計(jì)時(shí)重點(diǎn)考慮強(qiáng)度，未充分考慮混凝土本身的收縮性能及施工過程中所產(chǎn)生的溫差作用。

建議設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)時(shí)在樓板設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮樓板剛度平衡及混凝土工作特性，對房屋的陽角及跨度較大的樓面板，保證h0可設(shè)置雙層雙向通長鋼筋，陽角配筋應(yīng)加大且增設(shè)放射筋；板筋應(yīng)適當(dāng)加大而且密，通常鋼筋直徑不宜小于φ8，間距不宜大于150mm。

⑵ 混凝土樓板管線預(yù)埋位置尤其是管線集散位置由于混凝土的有效截面受到削弱引起應(yīng)力集中，降低混凝土的抗拉強(qiáng)度，易產(chǎn)生裂縫。通常，管線敷設(shè)走向垂直于混凝土的收縮和受拉方向時(shí)容易產(chǎn)生收縮裂縫。

在管線設(shè)計(jì)時(shí)，樓板內(nèi)不應(yīng)預(yù)埋水管。當(dāng)預(yù)埋其他管線時(shí)，應(yīng)布置在板上、下兩層鋼筋中的中和軸附近，并宜與鋼筋成斜交布置。管線布置應(yīng)避免立體交叉，嚴(yán)禁三層及三層以上管線交錯(cuò)疊放，必要時(shí)宜在管線集散處增設(shè)垂直于管線的鋼絲網(wǎng)、增加雙層雙向抗裂構(gòu)造配筋等加強(qiáng)措施，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。

3.2砼配合比設(shè)計(jì)及原材料的控制

⑴ 水泥品種的選用和水泥用量的控制

    選擇水泥要考慮水泥的抗裂性能，控制含堿量降低水化熱。引起混凝土樓板裂縫的主要原因是水泥水化熱的積聚使混凝土產(chǎn)生內(nèi)部和表面的溫差。因此，選用低水化熱的水泥品種能有效降低水化熱、減少內(nèi)外溫差，建議可選用礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥。同時(shí)盡量選用質(zhì)量穩(wěn)定的旋窯廠生產(chǎn)的硅酸鹽水泥。

    在保證混凝土強(qiáng)度的前提下盡量減少水泥用量也是降低水化熱、減少內(nèi)外溫差的有效途徑之一。研究表明，每M3混凝土水泥用量增減10kg,其水化熱使混凝土的溫度相應(yīng)升高或降低1℃，根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)水泥用量通常控制在350kg～450kg/m3之間。同時(shí)為減少溫差引起的溫度應(yīng)力，可結(jié)合工程實(shí)際情況用60天強(qiáng)度代替28天抗壓強(qiáng)度，降低水泥用量。

⑵ 摻合料和外加劑

大量研究實(shí)踐表明在泵送混凝土中摻入適當(dāng)采用高等級的粉煤灰（等級高于Ⅱ級)能替代部分水泥，減少水泥用量降低水化熱；而且因?yàn)榉勖夯液?0％以上的玻璃微珠，具有減水、潤滑作用，改善混凝土的粘聚性和保水性、流動性達(dá)到提高混凝土的密實(shí)性，減少混凝土的收縮；同時(shí)其成分中含有的SIO2、AL2O3能與水泥分解的石灰反應(yīng)生成高強(qiáng)度水硬性水化物，提高混凝土的后期強(qiáng)度和抗?jié)B性。但因其會降低混凝土早期抗裂性能故其摻量不得大于水泥用量的15%.

    選用具有減水、增強(qiáng)和緩凝的外加劑，可提高混凝土的流動性、粘聚性及泵送性能，提高抗?jié)B性能。通常泵送混凝土中主要采用減水劑和膨脹劑。實(shí)踐表明在泵送混凝土中采用具有減水、分散功能的高效減水劑能提高混凝土的泵送性能，降低用水量和水泥用量，降低水化熱，減少溫度裂縫。對于有抗?jié)B要求的混凝土如屋面混凝土，可在混凝土中摻入適量膨脹劑起到補(bǔ)償收縮作用，防止裂縫的產(chǎn)生。

    由于目前市場上外加劑品種繁多，質(zhì)量參差不齊，所以在選用外加劑時(shí)一定要根據(jù)工程特點(diǎn)對所使用的外加劑進(jìn)行試驗(yàn)、見證，看其是否真正有效。

⑶骨料的選擇

增大粗骨料的比例并保證粗骨料有良好的級配，減少骨料的孔隙率，增加骨料的密實(shí)度，可以減少膠結(jié)材料的數(shù)量、減少用水量，能降低水化熱和減少收縮，提高混凝土的泵送性能，保證板面混凝土的整體性。實(shí)踐表明碎石骨料在攪拌混凝土前澆水濕潤，可減少預(yù)拌混凝土在運(yùn)輸過程中因碎石吸水而使混凝土坍落度損失。

    砂的粗細(xì)程度對于混凝土的強(qiáng)度有明顯影響，研究表明當(dāng)混凝土膠結(jié)材料總量、水灰比和摻合料品種數(shù)量一致時(shí)，砂細(xì)度模數(shù)越大，混凝土強(qiáng)度就越高,約可提高10％。在泵送混凝土宜采用級配良好的中砂，根據(jù)混凝土強(qiáng)度選擇合理的砂率，在保證混凝土流動性基礎(chǔ)上可減少用水量和水泥用量，降低水化熱提高混凝土的抗裂性能。

⑷ 水灰比的控制

    由于商品混凝土生產(chǎn)廠家為便于混凝土的運(yùn)輸、泵送，在相同水泥用量同時(shí)增大用水量，造成混凝土水灰比過大、坍落度過大，引起混凝土表面浮漿過厚，使水分過多、表面蒸發(fā)過快，產(chǎn)生干縮裂縫和沉陷裂縫，因此嚴(yán)格控制混凝土的水灰比是解決混凝土裂縫最有效途徑之一。在混凝土配合比設(shè)計(jì)中，在水泥用量相同時(shí)盡量降低用水量，減小水灰比，減小混凝土的干縮。但為保證混凝土的泵送性能，水灰比不宜過小，通常控制在0.4～0.6之間，同時(shí)單方用水量控制在170kg/m3以內(nèi)。

⑸對抗裂要求較高的樓板，可采用在混凝土中加入纖維如鋼纖維、杜拉纖維等提高混凝土抗裂性能。目前已經(jīng)有工程進(jìn)行實(shí)踐。

3.3施工過程工藝控制

    施工中應(yīng)提高混凝土的密實(shí)性、均勻性，減少混凝土的收縮。

⑴ 保證預(yù)拌混凝土的質(zhì)量

    目前高層建筑基本上采用商品混凝土泵送施工，在施工時(shí)首先應(yīng)嚴(yán)格保證商品混凝土的質(zhì)量，要求生產(chǎn)廠家結(jié)合工程實(shí)際認(rèn)真、合理做好混凝土配合比的設(shè)計(jì)工作，并嚴(yán)格按要求把好原材料質(zhì)量，選用高效優(yōu)質(zhì)外加劑，做到原材料、摻合料計(jì)量準(zhǔn)確，混凝土攪拌均勻從而保證商品混凝土質(zhì)量。其中重點(diǎn)做好摻合料、外加劑保存、計(jì)量工作，保證混凝土的均勻性。

⑵ 坍落度和溫度的控制

    商品混凝土要嚴(yán)格控制混凝土坍落度，到施工現(xiàn)場后應(yīng)逐車檢查泵車泄料口混凝土坍落度，對坍落度大的混凝土車堅(jiān)決退場，以保證砼半成品的質(zhì)量。同時(shí)應(yīng)控制混凝土車運(yùn)輸、停留時(shí)間，避免因運(yùn)輸、停留時(shí)間過長，減少坍落度損失。例如，某高層住宅在施工時(shí)要求混凝土坍落度嚴(yán)格控制在150±20mm范圍，并加強(qiáng)通信聯(lián)絡(luò)保持混凝土運(yùn)輸車在施工現(xiàn)場等待時(shí)間控制在1輛混凝土運(yùn)輸車，以減少混凝土停留時(shí)間，減少坍落度損失。

對于坍落度偏小而泵送有困難的，混凝土應(yīng)改用塔吊輔助運(yùn)輸混凝土的辦法。嚴(yán)禁采用摻水?dāng)嚢杌炷潦┕さ姆椒?，避免混凝土拌合物干稀不均?/p>

根據(jù)高層建筑施工手冊相關(guān)資料及現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，施工時(shí)外界氣溫的變化對混凝土坍落度的影響很大，如對某高層建筑泵送混凝土施工溫度、時(shí)間對坍落度損失的實(shí)測值（見表1）分析可以看出外界氣溫的變化對混凝土坍落度損失值的影響力。因此，在控制坍落度時(shí)應(yīng)根據(jù)施工室外氣溫、施工高度計(jì)算坍落度的損失，控制混凝土澆注時(shí)坍落度。

     

表1某高層建筑施工溫度對混凝土坍落度影響

施工部位

氣溫

（℃）

施工高度

（m）

混凝土量

（m³）

泵送延續(xù)時(shí)間（h）

混凝土坍落度

泵送前

泵送后

損失值

37層

32

121.92

133

12

19.0

13.0

6.0

43層

24

143.62

120

5

18.5

17.0

1.5

⑶施工時(shí)應(yīng)布料均勻、振搗密實(shí)

    對高層建筑板面混凝土施工時(shí)，混凝土泵送出料口宜采用布料機(jī)施工作業(yè)，使混凝土在施工作業(yè)面布料均勻，避免混凝土泵送管卸料口粗骨料沉積過多，而離卸料管口遠(yuǎn)的地方因振動運(yùn)輸使細(xì)骨料、砂漿過多，混凝土級配不均勻現(xiàn)象產(chǎn)生。

    施工時(shí)應(yīng)加強(qiáng)對混凝土澆筑施工管理力度，要求做到振搗密實(shí)，嚴(yán)格防止混凝土漏振現(xiàn)象的發(fā)生。對面積大的板面，對澆筑后混凝土在振動界限前用平板振動器給予二次振搗，不但能防止采用振動棒振搗局部密實(shí)不均勻，而且能排除混凝土在粗骨料、水平鋼筋下部生成的水分和空隙，增加混凝土的密實(shí)度，提高混凝土的抗裂性能。

⑷ 注意對鋼筋的保護(hù)

    鋼筋在樓板混凝土中抗拉受力，起著抵抗外荷載產(chǎn)生的彎矩、防止混凝土收縮和抵抗溫差應(yīng)力防止發(fā)生溫差裂縫的作用，這一作用必須在鋼筋上下有合理的保護(hù)層，h0有保證才能有效。施工過程中各工種交叉作業(yè)、施工人員眾多，踩筋現(xiàn)象嚴(yán)重，樓板上層鋼筋未能受到有效保護(hù)。

    為解決這一問題，首先應(yīng)對全體施工人員進(jìn)行教育，施工過程中注意對鋼筋的保護(hù)；其次在施工時(shí)（包括混凝土施工）各根據(jù)施工線路搭設(shè)臨時(shí)施工通道，供施工人員行走，減少踩筋現(xiàn)象的發(fā)生；對于雙層配筋、板面負(fù)筋位置增設(shè)用直徑大于φ8的鋼筋馬凳保護(hù)上下層位置；第三，在樓板混凝土施工時(shí)安排鋼筋工在混凝土澆筑時(shí)跟班作業(yè)，對施工過程中所破壞的鋼筋進(jìn)行整修，特別注意支座等容易產(chǎn)生裂縫位置鋼筋的保護(hù)。

3.4后期養(yǎng)護(hù)、保護(hù)

⑴早期養(yǎng)護(hù)

加強(qiáng)對混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)工作；剛澆筑后的混凝土尚處于凝固硬化階段，水化速度較快，可采用覆蓋保濕的辦法創(chuàng)造適宜的潮濕條件防止混凝土表明脫水而產(chǎn)生干縮裂縫。因此加強(qiáng)混凝土表面養(yǎng)護(hù)，尤其在7天內(nèi)使混凝土始終保持濕潤狀態(tài)是防止混凝土裂縫很重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

⑵成品保護(hù)

   加強(qiáng)澆筑后混凝土成品保護(hù)工作。混凝土澆筑后必須要有一定的保護(hù)時(shí)間，混凝土澆筑完后，待混凝土強(qiáng)度達(dá)到1.2N/mm2以后（一般不宜≤24小時(shí)）方可允許在混凝土表面進(jìn)行放樣作業(yè)；這也同時(shí)要求主體結(jié)構(gòu)施工速度不能強(qiáng)求過快，必須有合理的施工時(shí)間。

   在進(jìn)行鋼筋、模板工程施工作業(yè)時(shí)，調(diào)運(yùn)的材料應(yīng)輕卸、輕放，控制和減小沖擊振動力；吊放的施工材料嚴(yán)禁集中堆放，以防樓板混凝土在初期混凝土強(qiáng)度不高情況下受沖擊荷載或荷載過大形成受力裂縫，形成永久性裂縫。

   嚴(yán)格控制拆模時(shí)間，必須嚴(yán)格按規(guī)范要求待混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求后方可拆模，避免因混凝土下沉變形而產(chǎn)生裂縫；嚴(yán)禁先拆后頂，頂?shù)牟坏轿换炷寥菀桌^續(xù)下沉，反之頂力過大混凝土向上位移也會產(chǎn)生裂縫；如工程需要也可采用早拆模板體系。

4 結(jié)束語

   泵送商品混凝土在高層建筑施工中由于流動性大、水灰比大，用水量大，混凝土收縮變形較大，容易產(chǎn)生樓板裂縫，這成為建筑工程施工的一個(gè)普遍問題。在施工中應(yīng)根據(jù)工程特點(diǎn)加以認(rèn)真分析研究，采用合理的技術(shù)措施加以控制，減少混凝土的收縮變形，提高易發(fā)生裂縫位置混凝土抗拉性能，減少裂縫的產(chǎn)生，保證工程質(zhì)量，向用戶提供合格的產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

⑴     福建省建設(shè)廳，《住宅工程鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓（屋）面板裂縫控制技術(shù)導(dǎo)則》，2004年

⑵     《建筑施工手冊》（第三版）中國建筑工業(yè)出版社，1999年