高层建筑泵送混凝土楼板裂缝的控制

高层建筑泵送混凝土楼板裂缝的控制
The fissure of highrise building’s pumping concrete control

秦祖平

(福建工程建设监理公司 福州市北大路240号 350001)

[提 要] 本文主要从设计、材料、施工角度进行分析，提出采取控制混凝土的收缩应力及温差应力，控制混凝土坍落度，以达到控制混凝土的收缩,控制高层建筑泵送混凝土裂缝的目的。
[关键字] 混凝土 收缩 裂缝
[ 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
目前大部分的高层建筑主要为现浇钢筋混凝土框剪结构，并大量应用泵送混凝土。但近几年的工程实践发现采用泵送混凝土的现浇钢筋混凝土框架结构经常引起楼屋面板裂缝，并且成为较难克服的质量通病之一。本论文结合本人多年的工作实践就高层建筑泵送混凝土楼板裂缝产生的原因及防治进行探讨。
2 混凝土裂缝产生的原因
产生混凝土裂缝的原因有很多,除了因地基不均匀沉降之外,高层建筑混凝土楼板受到刚度较大梁与剪力墙的约束,与温度、混凝土收缩等因素所产生的拉应力大于混凝土极限抗拉强度时，混凝土就被拉裂而产生裂缝。
导致混凝土的裂缝的主要原因是混凝土收缩引起的。引起混凝土收缩主要有以下几个因素：
⑴水泥性能对混凝土收缩的影响
大量实验研究表明，水泥抗裂性能的降低导致混凝土收缩增大；由于追求高强度及早强，水泥的含碱量越来越高，水泥细度越来越细，C3S含量越来越高，这使水泥抗裂性能大幅度降低。
⑵外加剂对混凝土收缩的影响
混凝土高效减水剂是泵送混凝土不可缺少的组成材料，而高效减水剂的性能直接影响到混凝土的收缩性能。根据国家标准《混凝土外加剂》（GB8076－1997）中规定：高效减水剂的收缩率应小于等于135％，也就是混凝土在稠度相同的条件下，允许加高效减水剂的混凝土收缩可以比不加高效减水剂的混凝土收缩率大35％。一般高效减水剂的收缩率在115％～135％之间。这就是为什么泵送混凝土比非泵送混凝土、现场搅拌混凝土容易产生裂缝的原因，因为前者比后者加更多的高效减水剂。
使用早强剂使混凝土水灰比减少，导致混凝土自收缩增大。早强剂使混凝土早期收缩大大增加，而混凝土早期抗拉强度没什么增加，而收缩与拉应力成正比。收缩增大，拉应力也增大，混凝土又是脆性材料，结果混凝土被拉裂。
⑶混凝土硬化前的收缩
根据试验研究硬化前收缩率比硬化的收缩率大10～30倍。
浇筑楼板混凝土时，表面温度高，水蒸发量大很快变硬化，而内部混凝土未硬化。在表面至内部未硬化混凝土之间，存在硬化梯度层，这层制约了内部混凝土继续变形。由于未硬化混凝土变形快，在变形到一定程度，表层硬化就被拉裂。
3 裂缝控制技术措施
根据混凝土裂缝产生的原因和机理，增加混凝土抗拉强度和减少混凝土的收缩是控制混凝土裂缝最有效的技术措施。同时降低混凝土内外温差，减小温度应力，控制混凝土表层与内部变形差，也可有效控制混凝土的裂缝。在施工中提高混凝土的密实度，减少混凝土的收缩。
3.1设计优化
从设计角度考虑，针对易产生裂缝的位置，采取技术措施提高混凝土的抗拉强度，减少裂缝的发生。
⑴ 从结构方面对高层建筑楼板裂缝发生的部位分析，最容易产生裂缝的部位是建筑四周的阳角处及框架柱外露边角，主要原因是由于该部位楼板受剪力墙或刚度较大梁约束，限制板面混凝土的自由变形，在温差作用及收缩力等多因素综合作用下产生裂缝。设计单位在设计时重点考虑强度，未充分考虑混凝土本身的收缩性能及施工过程中所产生的温差作用。
建议设计人员在设计时在楼板设计时充分考虑楼板刚度平衡及混凝土工作特性，对房屋的阳角及跨度较大的楼面板，保证h0可设置双层双向通长钢筋，阳角配筋应加大且增设放射筋；板筋应适当加大而且密，通常钢筋直径不宜小于φ8，间距不宜大于150mm。
⑵ 混凝土楼板管线预埋位置尤其是管线集散位置由于混凝土的有效截面受到削弱引起应力集中，降低混凝土的抗拉强度，易产生裂缝。通常，管线敷设走向垂直于混凝土的收缩和受拉方向时容易产生收缩裂缝。
在管线设计时，楼板内不应预埋水管。当预埋其他管线时，应布置在板上、下两层钢筋中的中和轴附近，并宜与钢筋成斜交布置。管线布置应避免立体交叉，严禁三层及三层以上管线交错叠放，必要时宜在管线集散处增设垂直于管线的钢丝网、增加双层双向抗裂构造配筋等加强措施，提高混凝土的抗拉强度。
3.2砼配合比设计及原材料的控制
⑴ 水泥品种的选用和水泥用量的控制
选择水泥要考虑水泥的抗裂性能，控制含碱量降低水化热。引起混凝土楼板裂缝的主要原因是水泥水化热的积聚使混凝土产生内部和表面的温差。因此，选用低水化热的水泥品种能有效降低水化热、减少内外温差，建议可选用矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。同时尽量选用质量稳定的旋窑厂生产的硅酸盐水泥。
在保证混凝土强度的前提下尽量减少水泥用量也是降低水化热、减少内外温差的有效途径之一。研究表明，每M3混凝土水泥用量增减10kg,其水化热使混凝土的温度相应升高或降低1℃，根据施工经验水泥用量通常控制在350kg～450kg/m3之间。同时为减少温差引起的温度应力，可结合工程实际情况用60天强度代替28天抗压强度，降低水泥用量。
⑵ 掺合料和外加剂
大量研究实践表明在泵送混凝土中掺入适当采用高等级的粉煤灰（等级高于Ⅱ级)能替代部分水泥，减少水泥用量降低水化热；而且因为粉煤灰含有60％以上的玻璃微珠，具有减水、润滑作用，改善混凝土的粘聚性和保水性、流动性达到提高混凝土的密实性，减少混凝土的收缩；同时其成分中含有的SIO2、AL2O3能与水泥分解的石灰反应生成高强度水硬性水化物，提高混凝土的后期强度和抗渗性。但因其会降低混凝土早期抗裂性能故其掺量不得大于水泥用量的15%.
选用具有减水、增强和缓凝的外加剂，可提高混凝土的流动性、粘聚性及泵送性能，提高抗渗性能。通常泵送混凝土中主要采用减水剂和膨胀剂。实践表明在泵送混凝土中采用具有减水、分散功能的高效减水剂能提高混凝土的泵送性能，降低用水量和水泥用量，降低水化热，减少温度裂缝。对于有抗渗要求的混凝土如屋面混凝土，可在混凝土中掺入适量膨胀剂起到补偿收缩作用，防止裂缝的产生。
由于目前市场上外加剂品种繁多，质量参差不齐，所以在选用外加剂时一定要根据工程特点对所使用的外加剂进行试验、见证，看其是否真正有效。
⑶骨料的选择
增大粗骨料的比例并保证粗骨料有良好的级配，减少骨料的孔隙率，增加骨料的密实度，可以减少胶结材料的数量、减少用水量，能降低水化热和减少收缩，提高混凝土的泵送性能，保证板面混凝土的整体性。实践表明碎石骨料在搅拌混凝土前浇水湿润，可减少预拌混凝土在运输过程中因碎石吸水而使混凝土坍落度损失。
砂的粗细程度对于混凝土的强度有明显影响，研究表明当混凝土胶结材料总量、水灰比和掺合料品种数量一致时，砂细度模数越大，混凝土强度就越高,约可提高10％。在泵送混凝土宜采用级配良好的中砂，根据混凝土强度选择合理的砂率，在保证混凝土流动性基础上可减少用水量和水泥用量，降低水化热提高混凝土的抗裂性能。
⑷ 水灰比的控制
由于商品混凝土生产厂家为便于混凝土的运输、泵送，在相同水泥用量同时增大用水量，造成混凝土水灰比过大、坍落度过大，引起混凝土表面浮浆过厚，使水分过多、表面蒸发过快，产生干缩裂缝和沉陷裂缝，因此严格控制混凝土的水灰比是解决混凝土裂缝最有效途径之一。在混凝土配合比设计中，在水泥用量相同时尽量降低用水量，减小水灰比，减小混凝土的干缩。但为保证混凝土的泵送性能，水灰比不宜过小，通常控制在0.4～0.6之间，同时单方用水量控制在170kg/m3以内。
⑸对抗裂要求较高的楼板，可采用在混凝土中加入纤维如钢纤维、杜拉纤维等提高混凝土抗裂性能。目前已经有工程进行实践。
3.3施工过程工艺控制
施工中应提高混凝土的密实性、均匀性，减少混凝土的收缩。
⑴ 保证预拌混凝土的质量
目前高层建筑基本上采用商品混凝土泵送施工，在施工时首先应严格保证商品混凝土的质量，要求生产厂家结合工程实际认真、合理做好混凝土配合比的设计工作，并严格按要求把好原材料质量，选用高效优质外加剂，做到原材料、掺合料计量准确，混凝土搅拌均匀从而保证商品混凝土质量。其中重点做好掺合料、外加剂保存、计量工作，保证混凝土的均匀性。
⑵ 坍落度和温度的控制
商品混凝土要严格控制混凝土坍落度，到施工现场后应逐车检查泵车泄料口混凝土坍落度，对坍落度大的混凝土车坚决退场，以保证砼半成品的质量。同时应控制混凝土车运输、停留时间，避免因运输、停留时间过长，减少坍落度损失。例如，某高层住宅在施工时要求混凝土坍落度严格控制在150±20mm范围，并加强通信联络保持混凝土运输车在施工现场等待时间控制在1辆混凝土运输车，以减少混凝土停留时间，减少坍落度损失。
对于坍落度偏小而泵送有困难的，混凝土应改用塔吊辅助运输混凝土的办法。严禁采用掺水搅拌混凝土施工的方法，避免混凝土拌合物干稀不均。
根据高层建筑施工手册相关资料及现场实践经验，施工时外界气温的变化对混凝土坍落度的影响很大，如对某高层建筑泵送混凝土施工温度、时间对坍落度损失的实测值（见表1）分析可以看出外界气温的变化对混凝土坍落度损失值的影响力。因此，在控制坍落度时应根据施工室外气温、施工高度计算坍落度的损失，控制混凝土浇注时坍落度。

表1某高层建筑施工温度对混凝土坍落度影响

施工部位 气温
（℃） 施工高度
（m） 混凝土量
（m3） 泵送延续时间（h） 混凝土坍落度
泵送前 泵送后 损失值
37层 32 121.92 133 12 19.0 13.0 6.0
43层 24 143.62 120 5 18.5 17.0 1.5

⑶施工时应布料均匀、振捣密实
对高层建筑板面混凝土施工时，混凝土泵送出料口宜采用布料机施工作业，使混凝土在施工作业面布料均匀，避免混凝土泵送管卸料口粗骨料沉积过多，而离卸料管口远的地方因振动运输使细骨料、砂浆过多，混凝土级配不均匀现象产生。
施工时应加强对混凝土浇筑施工管理力度，要求做到振捣密实，严格防止混凝土漏振现象的发生。对面积大的板面，对浇筑后混凝土在振动界限前用平板振动器给予二次振捣，不但能防止采用振动棒振捣局部密实不均匀，而且能排除混凝土在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，增加混凝土的密实度，提高混凝土的抗裂性能。
⑷ 注意对钢筋的保护
钢筋在楼板混凝土中抗拉受力，起着抵抗外荷载产生的弯矩、防止混凝土收缩和抵抗温差应力防止发生温差裂缝的作用，这一作用必须在钢筋上下有合理的保护层，h0有保证才能有效。施工过程中各工种交叉作业、施工人员众多，踩筋现象严重，楼板上层钢筋未能受到有效保护。
为解决这一问题，首先应对全体施工人员进行教育，施工过程中注意对钢筋的保护；其次在施工时（包括混凝土施工）各根据施工线路搭设临时施工通道，供施工人员行走，减少踩筋现象的发生；对于双层配筋、板面负筋位置增设用直径大于φ8的钢筋马凳保护上下层位置；第三，在楼板混凝土施工时安排钢筋工在混凝土浇筑时跟班作业，对施工过程中所破坏的钢筋进行整修，特别注意支座等容易产生裂缝位置钢筋的保护。
3.4后期养护、保护
⑴早期养护
加强对混凝土浇筑后的养护工作；刚浇筑后的混凝土尚处于凝固硬化阶段，水化速度较快，可采用覆盖保湿的办法创造适宜的潮湿条件防止混凝土表明脱水而产生干缩裂缝。因此加强混凝土表面养护，尤其在7天内使混凝土始终保持湿润状态是防止混凝土裂缝很重要的一个环节。
⑵成品保护
加强浇筑后混凝土成品保护工作。混凝土浇筑后必须要有一定的保护时间，混凝土浇筑完后，待混凝土强度达到1.2N/mm2以后（一般不宜≤24小时）方可允许在混凝土表面进行放样作业；这也同时要求主体结构施工速度不能强求过快，必须有合理的施工时间。
在进行钢筋、模板工程施工作业时，调运的材料应轻卸、轻放，控制和减小冲击振动力；吊放的施工材料严禁集中堆放，以防楼板混凝土在初期混凝土强度不高情况下受冲击荷载或荷载过大形成受力裂缝，形成永久性裂缝。
严格控制拆模时间，必须严格按规范要求待混凝土强度达到要求后方可拆模，避免因混凝土下沉变形而产生裂缝；严禁先拆后顶，顶的不到位混凝土容易继续下沉，反之顶力过大混凝土向上位移也会产生裂缝；如工程需要也可采用早拆模板体系。
4 结束语
泵送商品混凝土在高层建筑施工中由于流动性大、水灰比大，用水量大，混凝土收缩变形较大，容易产生楼板裂缝，这成为建筑工程施工的一个普遍问题。在施工中应根据工程特点加以认真分析研究，采用合理的技术措施加以控制，减少混凝土的收缩变形，提高易发生裂缝位置混凝土抗拉性能，减少裂缝的产生，保证工程质量，向用户提供合格的产品。










参考文献
⑴ 福建省建设厅，《住宅工程钢筋混凝土现浇楼（屋）面板裂缝控制技术导则》，2004年
⑵ 《建筑施工手册》（第三版）中国建筑工业出版社，1999年