超高层建筑大体积混凝土施工中裂缝的控制

郑 家 祥

(山西八建集团有限公司，山西 太原 030027)



超高层建筑大体积混凝土施工中裂缝的控制

郑 家 祥

(山西八建集团有限公司，山西 太原 030027)

结合超高层建筑大体积混凝土的施工特点，对大体积混凝土施工中裂缝产生的原因进行了分析，从原材料选择、温度控制、浇筑方法及养护等方面，提出了裂缝控制的主要措施，从而提高混凝土结构的抗渗性、抗冻性和耐久性。

超高层建筑，大体积混凝土，收缩裂缝，温度控制

0 引言

随着我国经济实力的持续提升，各类异性复杂结构类型的超高层建筑在全国各地如雨后春笋不断的涌现出来。随着这些建筑物的出现，施工中超大体积的混凝土也得到越来越多的应用。大体积混凝土浇筑量大、浇筑面积的长宽高尺寸大，要求施工连续和混凝土水化热小。在工程实例中发现，裂缝是大体积混凝土常见的质量通病，它直接影响到结构的强度、抗渗性、抗冻性和耐久性。因此，在施工过程中，要对大体积混凝土裂缝的产生进行严格的控制。

1 超高层建筑大体积混凝土裂缝产生机理

1.1 温度裂缝

引起大体积混凝土开裂的最主要原因是温度应力[2]。由于温度变化，混凝土结构产生膨胀或收缩，当膨胀或收缩受到约束时，结构内部就会产生温度应力。一般情况下，温度应力随着温差的增大而增大。

大体积混凝土浇筑后，混凝土内部水泥发生水化反应，产生大量热能，从而使得混凝土内部温度提高较快，且热量不容易散发；而混凝土外部温度和周边环境温度相同，容易形成结构内外温差较大，在内外温差超过25 ℃时，混凝土受外边界混凝土的约束，当温度超过其抗拉强度时，就会在混凝土外部产生裂缝。随着混凝土内部水化热反应基本完成，内部温度逐渐下降，内外温差又一次发生变化，混凝土内部结构产生拉应力。此时，整个混凝土截面就会产生贯穿性裂缝，会对混凝土使用性和耐久性造成严重影响，甚至发生质量事故。

此外，外界气温的变化也是大体积混凝土开裂的重要因素。混凝土结构的内部温度由浇筑温度、水泥水化热升温等多种温度累加而成。其中浇筑温度受外界气温的影响很大，它随着外界温度的升高而增大，反之减小。气温骤降时，在混凝土外表面与内部之间可产生较大的温度梯度，造成温度应力增大，使混凝土出现裂缝。

1.2 收缩裂缝

收缩裂缝的主要类型如下：

1)自身收缩裂缝。如果混凝土没有得到较好的养护，则水泥在水化作用下消耗大量水分，使得水泥凝胶孔液面下降，混凝土就会产生自干燥效应，造成混凝土结构体积减小，相对湿度降低，从而导致自身收缩。在水化过程中水分不断减小，当混凝土内部水分不足或养护不良时，就会导致结构细孔内产生负压，引起自身收缩裂缝[3]。

2)干缩裂缝。大体积混凝土在凝结硬化过程中，水分逐渐蒸发，表面水分散失较快，该处体积收缩就大，内部水分散失慢，体积收缩就小，由此造成混凝土结构内、外收缩变形不同步，当表面的收缩变形受到内部约束时，混凝土结构就会出现拉应力，从而导致干缩裂缝的产生。

3)碳化收缩裂缝。混凝土结构暴露在大气中，空气中的二氧化碳与混凝土中的氢氧化钙会发生中和反应，从而产生结合水。这些结合水蒸发使混凝土产生碳化收缩变形，从而在其表面产生细微的裂缝。

2 超高层大体积混凝土裂缝的控制措施

2.1 原材料控制措施

1)凝胶材料的选择。在进行水泥的原材料选择时，应优先选用水化热低和凝结时间长的水泥。例如：火山灰硅酸盐水泥，粉煤灰硅酸盐水泥。以减少混凝土内部的温度的升高，减少混凝土产生裂缝。此外，还应选用具有微膨胀性或收缩性小的水泥，这种水泥在水化作用时，可以使得混凝土内部产生一定的预压应力，在混凝土成型后期，预压应力能减少混凝土内部部分温度变化引起拉应力，从而达到减少混凝土裂缝的生成，提高混凝土的耐久性。

2)粉煤灰的应用。在混凝土按照一定比例加入一定量的粉煤灰，不仅能够减少水泥用量，降低水泥的水化热，而且还可以改善混凝土的和易性，极大提高混凝土的后期强度。此外，还可加入缓凝剂、减水剂、膨胀剂等外加剂，用来提升混凝土的性能指标，在添加外加剂时，要严格做好混凝土的适配工作，并在其拌合过程中，根据配合比要求做到用量的精确控制。

3)粗细骨料的选择。骨料不仅要求颗粒级配而且应遵循以下原则：a.细骨料一般采用级配良好的中砂、粗砂为宜，细度模数在2.6～2.9之间，相比细砂而言，可降低水泥与水的用量，减小混凝土的收缩。粗骨料的粒径过大会影响混凝土质量，造成离析现象的产生，应选用5 mm～40 mm的碎石或卵石。b.大体积混凝土骨料的含泥量过大，不仅能增大混凝土的收缩，还会降低其强度，对混凝土结构的抗裂性能危害很大，细骨料的含泥量应控制在1%～2%范围内，粗骨料含泥量应控制在1%以内。

2.2 温度控制措施

1)控制浇筑温度。研究表明，降低混凝土拌合料的浇筑温度可使混凝土结构的总温度明显降低，从而达到减小内、外温差的效果，而影响浇筑温度最大的因素就是拌合料中水和石子的温度。因此，在计算混凝土内、外温差不满足结构要求时，应首先降低水和石子的温度。可采用以下措施：a.搭设遮蔽装置来防止太阳的直射；b.用深井中的水对石子进行降温；c.直接抽取深井水进行混凝土拌合；d.在拌合过程中，加冰块来进行降温。

根据外部环境条件以及大体积混凝土的结构尺寸，采用埋设冷却水管的方式，通过流动的冷却水带走大量的热量，进而降低浇筑温度。还可采用保温隔热材料将混凝土结构包裹起来，减少混凝土结构的内、外温差。通过大量的工程实践，将混凝土的最高浇筑温度控制在35 ℃以内，对降低混凝土的内、外温差越有利。这就要求在施工过程中，合理选择浇筑工艺，确定最佳的浇筑时间[4]。

2)混凝土温度监测。通过在大体积混凝土结构的内、外部设置温度测点，对现场温度进行监控，利用温度数据采集仪，记录每一测点的温度，并对其进行整理。混凝土表层温度测点与各测位中心点的温差值，作为调整温度控制措施的依据。为了能更好地反映温度控制效果，可在混凝土结构中预埋应变计进行温度应力检测。

2.3 混凝土浇筑及振捣措施

在浇筑大体积混凝土结构前，应合理布设分块的位置、确定分层浇筑的顺序，对浇筑的长度、宽度、厚度以及浇筑的搭接时间做好详细的计算。此外，还应充分组织好现场的人力、物力，调配充足的物资和人员。做好施工现场协调工作，保证混凝土的浇筑顺序、浇筑时间、浇筑质量。混凝土浇筑后，为防止混凝土的集中堆积，应根据现场实际需要，布置混凝土振捣器，保证混凝土结构坡角、下部及上部振捣密实。大量的工程实践证明，在浇筑后进行振捣，可提高混凝土的密实度，消除混凝土因泌水在模板下部、粗骨料附近产生的空隙和水分，提高混凝土对钢筋的握箍力，减少混凝土结构内部裂缝，能使抗压强度提高10%～20%，极大提高结构的抗裂性能[5]。此外，在浇筑结束后3 h～4 h内，应对大体积混凝土结构的表面进行处理，对较厚的水泥浆用木刮尺刮平，再用铁滚筒碾压2遍，最后用木抹子压实，减少混凝土表面裂缝的产生。

2.4 混凝土的养护措施

大体积混凝土浇筑完成后，应及时进行养护。通过对其表面覆盖塑料膜和棉被等材料进行保湿、保温等措施，防止混凝土表面脱水。同时，保持混凝土表面温度，减缓混凝土表面温度的冷却时间，降低混凝土内外温差。在施工时，施工单位应对混凝土养护做好充分的准备，选择好养护方法。避免因养护不到位而引起混凝土裂缝的产生。

实际施工中最常见的养护措施有：保温养护、养护剂涂层养护、保温保湿养护、蓄水法等。当前在超高层建筑大体积混凝土施工过程中，经常使用的是保温保湿养护，该方法就是在混凝土结构的表面用麻袋或草袋与塑料薄膜相互覆盖，降低混凝土内外温差，保持混凝土水分不流失，利用混凝土的水化热进行“自养护”。

3 结语

在超高层建筑大体积混凝土的施工过程中，应从原材料选取、施工和养护等方面，精心组织施工安排，采取合理的降温措施，降低大体积混凝土浇筑时的内、外温差，有效地控制混凝土裂缝产生，保证混凝土结构预定功能的实现。

[1] 武卫江.大体积混凝土裂缝产生原因与预防措施[J].山西建筑,2005,31(23):131-132.

[2] 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社,1990.

[3] 蔡炜凌,颜刚文,王念念.基于有害裂缝控制的大体积混凝土成套施工技术研究[J].施工技术,2014,43(9)：60-62.

[4] 韩宇峰.大体积混凝土施工技术及水化热引起裂缝的预防措施[J].鸡西大学学报,2002(3)：78-91.

[5] 王文娟,郝树强.混凝土质量控制研究[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

郑家祥(1978- )，男，工程师

TU755

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