沙漠高温超长预应力后张楼板混凝土抗裂施工技术

张 伟

（中铁十八局集团有限公司天津国际工程分公司，天津300222）

0 引言

混凝土取材广泛、价格低廉、强度高、耐火性好、养护成本低，是目前全球建筑领域应用最多的施工材料。从结构上而言，混凝土是一种多相、非均质的脆性人工材料。但也具有明显的缺点，比如：抗拉能力比较差、脆性大、容易开裂等，在施工中受到的影响因素比较多，任何一个环节控制不当都会引发裂缝。常见的裂缝有荷载裂缝、温度裂缝、结构裂缝等。需要结合实际工程的具体概况，并有针对性地采取防控措施，才能把裂缝控制在允许范围内。在沙漠高温环境下超长预应力后张楼板施工中，裂缝的防控具有很强的综合性，需要从控制施工环境温度、混凝土振捣抹面养护、拌和水温度、水泥掺和料配比、预应力施工及预应力施加时间控制等方面同时入手，才能避免裂缝问题的发生。

1 工程概况

1.1 工程概述

卡塔尔绿洲酒店施工区域总建筑面积93 105m2，地下结构三层，地上结构十层，最大建筑高度39.8m,地下停车场区域最大单块楼板施工面积超过3 000m2。单块楼板结构施工长度单边长度超过60m（具体见图1）。项目位于卡塔尔首都中心区域，属热带沙漠气候，常年炎热干燥。每年4-10月为夏季，是一年中最长的季节。7-9月气温最高，可达50℃以上，地表温度可达55℃以上。由于中东地区的高温环境，如何控制大面积超长混凝土结构的裂缝，成为这类工程施工过程中首要解决的问题。

1.2 现存挑战和工程现状

卡塔尔地区房建工程中超大超长楼板结构的应用近年来越来越多，当地气候炎热，夏季时间长，温度在50℃以上时间居多。实际施工过程中，由于各个设计及施工环节与环境的关系处理不好，对混凝土质量造成的影响极大，该问题也是在卡塔尔及中东地区国家该类型混凝土结构施工中普遍存在的质量问题，如何对该类问题进行有效控制一直是在该地区施工领域的难题，其中混凝土裂缝控制更是当地难题中的难题[1]。

本工程地下室顶板结构最大块楼板施工面积超过3 000m2,其他楼板单边最大长度超过60m,该类楼板结构数量大，按施工总体计划大量结构施工区段处于夏季高温气候时段。为应对混凝土结构裂缝等质量问题，我们在混凝土配合比上选用低水化热水泥，掺入粒化高炉矿渣粉替换水泥材料，结构设计上采用预应力后张技术减小楼板厚度加强抗裂能力，在施工方法上优化施工流程采用规范的施工控制措施以此应对质量问题。

2 预应力后张楼板混凝土抗裂特性

在沙漠高温环境下超长预应力后张楼板混凝土施工过程中，必须考虑温度和收缩形成的应力，从结构上而言，混凝土的收缩会随着时间的推移而发生不同程度的变化，特别在结硬初期发展速度比较快，大约到2年后基本趋于稳定。当外界环境温度发生变化时，也会形成温度应力。就案例工程而言，地处沙漠高温环境下，楼板规模比较大，如果混凝土中的热量得不到及时释放，就会形成温度裂缝[2]。

图1 后张楼板施工分区图

该地区常年处于高温环境，温度应力对结构变形造成的楼板裂缝影响较大。裂缝形成主要在混凝土施工过程中及结构养护过程中，该过程受高温天气影响极易形成较大温差造成混凝土结构开裂，并造成混凝土质量问题及缺陷。

3 裂缝形成的原因

混凝土裂缝形成的原因有很多，比如：混凝土配比不合理、原材料质量不达标、混凝土结构内外温差过大、结构设计不合理等，都会引发不同程度的混凝土裂缝。当混凝土浇筑完成后，水泥在水化过程中会发生物理收缩或者化学收缩，当收缩力大于混凝土的实际抗拉强度时，就会发生裂缝。此外，当外界的温度、湿度等发生变化，在热胀冷缩效应的影响下，也会发生不同程度的裂缝。一般混凝土构件裂缝的类型如下：

第一，收缩裂缝：混凝土在凝结硬化过程中，主要受混凝土的水灰比、水泥用量、骨料含泥量、骨料用量、外加剂掺量、凝结时间及环境温度等的影响[3]。

第二，温差裂缝：水泥在水化过程中，会释放出大量的热，如果这些热量得不到及时释放，就会聚集在混凝土内，提升混凝土内部温度，但混凝土表面温度比较低，就会形成温度差，并在混凝土表面形成一定的拉应力，此种压力一旦超过混凝土的极限抗拉强度，就会形成裂缝。或者由于施工环境温度发生急剧的变化，一般在1～2年后出现[4]。

第三，结构裂缝：也是混凝土施工中常见的裂缝，虽然现浇楼板的承载力可大幅度满足实际需求，但受到工程结构体系的影响，整体刚度也在不断提升，会在某些比较薄弱的位置形成不规则的结构裂缝，比如墙体应力集中裂缝，板面拉裂缝等。

第四，构造裂缝：电线管通常情况下都按装在楼板内部，在混凝土浇筑过程中，在管线附近也会形成不同程度的薄弱层，在具体使用过程中，受外界因素的影响，会形成构造裂缝，此种裂缝属于典型的中期裂缝，一般出现在6个月以后[5]。

4 超长预应力后张楼板的混凝土抗裂施工技术

4.1 严格控制施工环境温度

施工环境温度对混凝土温差影响极大，尤其在混凝土浇筑期间及养护过程中表现更加明显。施工过程中注意以下方面：施工时段尽量安排在夜间浇筑混凝土，争取在次日8点前浇筑完成，如果混凝土体量过大应考虑分区浇筑，保证浇筑时间尽可能处于夜间相对低温环境下，保证混凝土内外温差控制在25℃以内，加强混凝土测温控制，实时监控混凝土出机温度，避免大温差的产生形成裂缝[6]。具体施工见图2。

图2 夜间浇筑混凝土及温度测控现场图

4.2 科学开展混凝土振捣抹面养护

混凝土入模后处于松散状态，不仅不能很好填满模具，而且其强度和对钢筋的握裹力都不能达到设计和使用要求。浇筑混凝土采用高频振捣器。分层与布点合理，避免漏振与过振。使用插入式振动器进行捣实。振动频率和时间以能使拌合物中所含空气成分逸出为准，达到表面平整，从而使强度等各种性能符合设计要求。振动器震动间距控制在30～40cm，插入深度约50mm，板面使用二次振捣工艺，20～30min后进行复振[7]。

抹面工作大量引入机械设备施工加快抹面效率压缩初凝后与终凝前的抹面时间，保证了抹面工作的时效性。浇筑完毕后终凝前及时做好相应的养护工作。保证混凝土表面处于湿润状态，保证早期强度增加，避免失水造成干缩开裂，使用麻袋片加薄膜覆盖，保证混凝土14天内处于饱水养护状态。具体见图3。

4.3 严格控制拌和水温度

加强混凝土出机温度测温控制，拌和水掺入冰屑控制拌和水温度，使混凝土出机温度控制在25℃内。实践证明10公斤冰屑替代10公斤水可使混凝土出机温度降低1℃。

图3 饱水养护作业图

4.4 提升水泥掺和料配比的合理性

选用低水化热水泥掺入粒化高炉矿渣粉，以此降低混凝土前期水化温升速度避免裂缝的产生，对比几家混凝土供应商的不同粒化高炉矿渣粉掺入比例发现，该成分的含量高低对裂缝开展影响极大，对比选用裂缝开展影响最小的混凝土供应商，以此水泥掺和料配比为依据调整其他供应商配比，同时加强混凝土坍落度检测控制，避免裂缝产生因素[8]。

4.5 合理控制预应力施工及预应力施加时间

根据混凝土温降曲线，预应力的施加时间对裂缝的产生影响极大，以此依据制定两阶段张拉方案。根据混凝土实测强度，混凝土浇筑完成后24小时进行第一阶段张拉，控制温降裂缝产生，混凝土强度达到75%及时进行第二阶段张拉及注浆工作，使楼板结构与预应力体系形成一体共同抵抗裂缝的产生[9]。预应力施工控制措施中加强结构受力薄弱部位分布筋布置（具体见图4），预应力管道加强定位的准确性控制，及张拉端头防开裂措施控制可防止出现结构裂缝的发生概率（具体见图5）。

5 效果分析

对温度应力裂缝的控制由于预应力施加时间的恰当掌握，使前期及养护过程中的温度应力裂缝基本避免。同时混凝土早期干缩裂缝及离析裂缝的产生和发展得到有效控制。使裂缝发生率极大降低；取得了明显的效果，现场一次浇筑成活率极大提高。通过本项目施工中超长预应力后张楼板的混凝土抗裂施工技术的应用分析，对混凝土施工质量控制有了新的认识，对工艺原理有了全面的掌握，为提高工程质量目标奠定了坚实的基础，并为企业开拓卡塔尔建筑市场方面做出了一定的贡献。

图4 加强结构薄弱部位分布筋配置图

图5 精准定位预应力管道施加效果图

6 结束语

综上所述，本文结合工程实例，分析了沙漠高温环境下超长预应力后张楼板的混凝土抗裂施工技术，分析结果表明，裂缝是混凝土工程中常见的质量问题，对工程施工质量和结构的稳定性等方面皆有非常严重的影响。因此，为最大限度降低裂缝对超长预应力后张楼板的影响，在具体施工中可以从控制施工环境温度、混凝土振捣抹面养护、拌和水温度、水泥掺和料配比、预应力施工及预应力施加时间控制五个方面入手。