高層建筑泵送混凝土樓板裂縫的控制

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[提  要]  本文主要從設計、材料、施工角度進行分析，提出采取控制混凝土的收縮應力及溫差應力，控制混凝土坍落度，以達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構，并大量應用泵送混凝土。但近幾年的工程實踐發(fā)現(xiàn)采用泵送混凝土的現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結構經(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。本論文結合本人多年的工作實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)生的拉應力大于混凝土極限抗拉強度時，混凝土就被拉裂而產(chǎn)生裂縫。

導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因素：

⑴水泥性能對混凝土收縮的影響

大量實驗研究表明，水泥抗裂性能的降低導致混凝土收縮增大；由于追求高強度及早強，水泥的含堿量越來越高，水泥細度越來越細，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)國家標準《混凝土外加劑》（GB8076－1997）中規(guī)定：高效減水劑的收縮率應小于等于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，因為前者比后者加更多的高效減水劑。

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

⑶混凝土硬化前的收縮

根據(jù)試驗研究硬化前收縮率比硬化的收縮率大10～30倍。

澆筑樓板混凝土時，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       裂縫控制技術措施

根據(jù)混凝土裂縫產(chǎn)生的原因和機理，增加混凝土抗拉強度和減少混凝土的收縮是控制混凝土裂縫最有效的技術措施。同時降低混凝土內(nèi)外溫差，減小溫度應力，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度，減少混凝土的收縮。

3.1設計優(yōu)化

從設計角度考慮，針對易產(chǎn)生裂縫的位置，采取技術措施提高混凝土的抗拉強度，減少裂縫的發(fā)生。

⑴ 從結構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。設計單位在設計時重點考慮強度，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。

建議設計人員在設計時在樓板設計時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可設置雙層雙向通長鋼筋，陽角配筋應加大且增設放射筋；板筋應適當加大而且密，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力集中，降低混凝土的抗拉強度，易產(chǎn)生裂縫。通常，管線敷設走向垂直于混凝土的收縮和受拉方向時容易產(chǎn)生收縮裂縫。

在管線設計時，樓板內(nèi)不應預埋水管。當預埋其他管線時，應布置在板上、下兩層鋼筋中的中和軸附近，并宜與鋼筋成斜交布置。管線布置應避免立體交叉，嚴禁三層及三層以上管線交錯疊放，必要時宜在管線集散處增設垂直于管線的鋼絲網(wǎng)、增加雙層雙向抗裂構造配筋等加強措施，提高混凝土的抗拉強度。

3.2砼配合比設計及原材料的控制

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升高或降低1℃，根據(jù)施工經(jīng)驗水泥用量通常控制在350kg～450kg/m3之間。同時為減少溫差引起的溫度應力，可結合工程實際情況用60天強度代替28天抗壓強度，降低水泥用量。

⑵ 摻合料和外加劑

大量研究實踐表明在泵送混凝土中摻入適當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；而且因為粉煤灰含有60％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、流動性達到提高混凝土的密實性，減少混凝土的收縮；同時其成分中含有的SIO2、AL2O3能與水泥分解的石灰反應生成高強度水硬性水化物，提高混凝土的后期強度和抗?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一定要根據(jù)工程特點對所使用的外加劑進行試驗、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，增加骨料的密實度，可以減少膠結材料的數(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。實踐表明碎石骨料在攪拌混凝土前澆水濕潤，可減少預拌混凝土在運輸過程中因碎石吸水而使混凝土坍落度損失。

    砂的粗細程度對于混凝土的強度有明顯影響，研究表明當混凝土膠結材料總量、水灰比和摻合料品種數(shù)量一致時，砂細度模數(shù)越大，混凝土強度就越高,約可提高10％。在泵送混凝土宜采用級配良好的中砂，根據(jù)混凝土強度選擇合理的砂率，在保證混凝土流動性基礎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輸、泵送，在相同水泥用量同時增大用水量，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。在混凝土配合比設計中，在水泥用量相同時盡量降低用水量，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?？刂圃?.4～0.6之間，同時單方用水量控制在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)有工程進行實踐。

3.3施工過程工藝控制

    施工中應提高混凝土的密實性、均勻性，減少混凝土的收縮。

⑴ 保證預拌混凝土的質(zhì)量

    目前高層建筑基本上采用商品混凝土泵送施工，在施工時首先應嚴格保證商品混凝土的質(zhì)量，要求生產(chǎn)廠家結合工程實際認真、合理做好混凝土配合比的設計工作，并嚴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、摻合料計量準確，混凝土攪拌均勻從而保證商品混凝土質(zhì)量。其中重點做好摻合料、外加劑保存、計量工作，保證混凝土的均勻性。

⑵ 坍落度和溫度的控制

    商品混凝土要嚴格控制混凝土坍落度，到施工現(xiàn)場后應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決退場，以保證砼半成品的質(zhì)量。同時應控制混凝土車運輸、停留時間，避免因運輸、停留時間過長，減少坍落度損失。例如，某高層住宅在施工時要求混凝土坍落度嚴格控制在150±20mm范圍，并加強通信聯(lián)絡保持混凝土運輸車在施工現(xiàn)場等待時間控制在1輛混凝土運輸車，以減少混凝土停留時間，減少坍落度損失。

對于坍落度偏小而泵送有困難的，混凝土應改用塔吊輔助運輸混凝土的辦法。嚴禁采用摻水攪拌混凝土施工的方法，避免混凝土拌合物干稀不均。

根據(jù)高層建筑施工手冊相關資料及現(xiàn)場實踐經(jīng)驗，施工時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、時間對坍落度損失的實測值（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，在控制坍落度時應根據(jù)施工室外氣溫、施工高度計算坍落度的損失，控制混凝土澆注時坍落度。

     

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施工時應布料均勻、振搗密實

    對高層建筑板面混凝土施工時，混凝土泵送出料口宜采用布料機施工作業(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，而離卸料管口遠的地方因振動運輸使細骨料、砂漿過多，混凝土級配不均勻現(xiàn)象產(chǎn)生。

    施工時應加強對混凝土澆筑施工管理力度，要求做到振搗密實，嚴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，增加混凝土的密實度，提高混凝土的抗裂性能。

⑷ 注意對鋼筋的保護

    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)象嚴重，樓板上層鋼筋未能受到有效保護。

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

3.4后期養(yǎng)護、保護

⑴早期養(yǎng)護

加強對混凝土澆筑后的養(yǎng)護工作；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。因此加強混凝土表面養(yǎng)護，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環(huán)節(jié)。

⑵成品保護

   加強澆筑后混凝土成品保護工作。混凝土澆筑后必須要有一定的保護時間，混凝土澆筑完后，待混凝土強度達到1.2N/mm2以后（一般不宜≤24小時）方可允許在混凝土表面進行放樣作業(yè)；這也同時要求主體結構施工速度不能強求過快，必須有合理的施工時間。

   在進行鋼筋、模板工程施工作業(yè)時，調(diào)運的材料應輕卸、輕放，控制和減小沖擊振動力；吊放的施工材料嚴禁集中堆放，以防樓板混凝土在初期混凝土強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。

   嚴格控制拆模時間，必須嚴格按規(guī)范要求待混凝土強度達到要求后方可拆模，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普遍問題。在施工中應根據(jù)工程特點加以認真分析研究，采用合理的技術措施加以控制，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

⑴     福建省建設廳，《住宅工程鋼筋混凝土現(xiàn)澆樓（屋）面板裂縫控制技術導則》，2004年

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