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摘要: 文章以某工程为例，考虑裂缝产生的原因，从混凝土结构设计、施工方案、施工工艺、成品养护以及后浇带封闭等多个方面对超长混凝土结构施工中裂缝控制的关键技术进行了详细分析,并指出了施工中应注意的事项，可为超长混凝土结构工程提供参考。
关键词:超长混凝土结构；结构裂缝；抗衡残余应力；沉降收缩；施工工艺
1 引言
近年来，建筑行业得到了迅猛发展，建筑工程不断朝着大型化和多功能化方向发展，超长、超大和大柱网建筑结构不断涌现。然而，通常情况下，结构越长，温度及收缩变形就越大，越容易引起结构开裂。当裂缝宽度比较大时，不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且还会锈蚀钢筋，碳化混凝土，缩短结构的寿命，故结构裂缝的控制成为非常重要的问题。事实上，超长混凝土结构裂缝控制的设计与施工是一个整体性的系统工程，无论是在结构设计方案的筛选、施工方案的敲定论证、施工材料的选用、施工工艺的控制还是成品养护等方面，均有很高的要求。
2 裂缝产生原因分析
超长混凝土结构裂缝是多种因素综合作用而产生的结果，主要原因分析如下。
2.1 塑性收缩
塑性收缩产生的裂缝多表现为新浇筑的混凝土在凝结过程中，由于混凝土表面失水较快而产生的收缩开裂。塑性收缩一般在天气炎热、大风或欠保湿养护的环境下出现，裂缝多呈长短不一、互不连贯状态。
2.2 温度裂缝
温度裂缝多发生在混凝土内外温差变化较大的结构中。混凝土浇筑后在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，由于混凝土体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升；而混凝土表面散热较快，造成内外较大温差，形成热胀冷缩，使混凝土表面产生一定的拉应力，当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，表面就会产生裂缝。
2.3 沉降裂缝
沉降裂缝产生原因主要由于结构地基土松软不匀，或在施工过程中因模板刚度不足、支撑间距过大、支撑不均匀沉降、底模拆除过早等各种因素作用造成混凝土结构不均匀沉降，导致裂缝的产生。
3 超长混凝土结构设计要点
超长混凝土结构设计采用“抗放兼备，以抗为主”原则，将大部分的约束应力在施工期间进行释放，然后再用膨胀混凝土填缝以抗衡残余应力。具体设计要点如下。
(1)超长混凝土结构设计强度等级为C40，掺入纤维增韧抗裂剂，保证纤维含量不小于0.7kg/m3，纤维断裂强度大于270MPa，抗拉强度保持率大于90%，弹性模量为3000MPa。
(2)结构间隔约40m设置一道后浇带，设置在梁跨1/3受力较小部位。后浇带封闭时间不早于二侧混凝土浇筑后90d。
(3)后浇带应尽量安排在冬季进行封闭施工，封闭时温度不高于20℃。
(4)混凝土材料的选用、配合比设计、生产、运输、泵送、浇筑、养护等应编制合理的施工方案，并组织专家对方案的针对性、可行性进行论证。
(5)整体施工顺序:混凝土结构分层施工→混凝土结构封顶→安装钢结构→张拉索→安装膜→幕墙施工，同时进行建筑装修、设备安装。
(6)大平台以上幕墙安装好后再安装看台侧面与钢结构的连杆，连杆安装前需封闭后浇带，使混凝土结构形成整体受力。
4 施工方案的确定
组织编写《超长混凝土结构施工专项方案》，经技术负责人审核后确定初步方案，聘请行业专家对方案的可行性进行论证，提出如下具体合理化建议。
设计方面在满足结构受力的前提下宜减小钢筋直径、间距加密，达到细而密的效果。其次在选材方面骨料粒径宜粗不宜细，应选择与胶凝材料相匹配的外加剂，以减少混凝土的收缩。在满足强度的前提下应减少水泥用量，以降低混凝土收缩。在满足泵送条件下应降低水灰比，减少用水量以降低混凝土的收缩。同时建议在混凝土浇筑时采用二次振捣工艺，即在混凝土初凝前进行二次振捣，以避免混凝土因沉降收缩而引起的裂缝。
4.1 水泥
水泥原材料的选择是影响超长混凝土结构强度非常重要一项因素。首先应考虑质量稳定性、货源充足、与外加剂相适应性等有关因素，同时还应保证是同一厂家、同一品种的生产厂家作为供应商，工程选用水泥主要性能如表1所列。
4.2 粉煤灰
粉煤灰可改善混凝土和易性及泵送性能，利用粉煤灰降低混凝土的水化热,并且使水化热均匀缓慢释放,减少早期收缩,增强混凝土后期强度，降低混凝土自身体积收缩。工程选用的粉煤灰主要性能如表2所列。
4.3 骨料
骨料表面越粗糙与水泥的胶结越好，收缩变形越小，使裂缝减少。在满足施工泵送的前提下，采用大粒径连续级配的骨料，能降低水泥用量，减少水化热，更有效地满足混凝土的抗裂设计要求。工程选用骨料的主要指标如表3和表4所列。
4.4 减水剂
减水剂主要考虑减水率高、与水泥相适应的原则，加入混凝土拌合物后对水泥颗粒有分散作用，改善混凝土拌合物的流动性，减少单位水泥使用量，抑制结构裂缝的产生，满足混凝土工作性能要求。工程的减水剂主要指标如表5所列。
4.5 膨胀纤维抗裂剂
应选用具有多个膨胀源的膨胀剂，对混凝土早、中及后期的收缩进行有效补偿，在结构中产生少量预压应力来补偿混凝土硬化时产生的收缩拉应力，把裂缝控制在无害范围内。工程选用的膨胀纤维抗裂剂主要指标如表6所列。
4.6 混凝土配合比设计
(1)水泥选用42.5普通硅酸盐水泥，砂粒细度模数μf控制在2.3～3.0，含泥量小于3%，粗骨料含泥量小于1%，砂率控制在35%～45%。
(1)粉煤灰掺量不大于水泥用量的15%，矿粉掺量不大于水泥用量的20%。
(3)水胶比控制在0.35～0.50。
(4)夏季高温应掺入一些缓凝剂，保证现场浇捣时坍落度小于150mm。
(5)掺入膨胀剂，补偿收缩混凝土每立方米的胶凝材料用量应≥300kg，当掺入掺合料时，其水泥用量应≥280kg。
(6)为减少超长混凝土的干缩、徐变，降低水化热，控制结构裂缝的产生，根据工程特点以及设计要点进行如下施工配合比的设计。
5 施工工艺的控制
为了有效地控制超长混凝土塑性收缩而引起的结构裂缝，在混凝土浇筑过程中采取以下工艺控制措施。
(1)在混凝土浇筑前必须用空压机将模板内的杂物吹扫干净，核查钢筋的品种、规格、数量以及验收模板支架体系的稳定性，合格后方可同意浇筑。
(2)浇筑竖向混凝土结构前，底部先填以3cm～5cm厚的同配比去石子砂浆。
(3)混凝土浇筑以阶梯式推进，浇筑间隔时间不得超过混凝土的初凝时间，浇筑过程应连续供应、连续浇筑，不得出现施工冷缝。
(4)混凝土浇筑时应减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热，采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序渐进，一次到顶”的施工方法，保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。
(5)使用50插入式振捣棒进行振捣，振捣的间距为振捣棒作用半径的1.5倍，振捣上一层时插入下一层混凝土5cm以消除两层之间的接缝。
(6)混凝土振捣时间以表面出现浮浆及不出现气泡、不下沉为宜，不得出现漏振、欠振和过振现象，也不得有蜂窝、孔洞、露筋等质量缺陷。
(7)加强混凝土的振捣和抹压，采取二次振捣工艺，即在混凝土初凝前进行二次振捣，二次抹压，加强对加密钢筋位置的振捣。
(8)表面作收光拉毛处理，混凝土浇筑到设计标高后，振动棒振捣密实，用长刮尺刮平，在混凝土浇筑2h～3h后，用铁滚筒反复碾压数遍压实，用木抹打磨，待混凝土收水后终凝前，再次用木抹反复抹平压实，以防止出现塑性收缩裂缝。
(9)保持混凝土拌合物的均匀性，不得产生分层、离析现象，混凝土运输时间控制在2h内。当坍落度损失太大时应掺入高效减水剂进行二次流化，严禁直接加水。
(10)混凝土浇筑时设专人看模，观察模板、支架、钢筋、预埋件、预留孔洞情况，当发生变形移位时立即停止浇筑，并在浇筑混凝土初凝前完成修复。
6 成品养护
为控制超长混凝土结构裂缝的产生，混凝土浇筑后的成品养护工作成为很重要的控制环节。本工程采用保温保湿法进行养护，即在混凝土表面抹压成型后用塑料薄膜及时覆盖，待混凝土硬化后，再用湿麻袋覆盖保温保湿养护。对于墙、柱不易保水的结构，应从顶部设置水管喷淋，拆模时间不小于3d，拆模后用塑料薄膜包裹，再用麻袋贴紧覆盖并喷淋湿润养护，保持混凝土内部温度与表面温度的差值应≤25℃，混凝土外表面和环境温度差值也应≤25℃，养护时间不少于14d，现场安排专人24h跟踪分班养护。
7 后浇带封闭
根据设计规定，后浇带封闭时间应安排在低温冬季施工，施工时温度不高于20℃，采用C45掺膨胀剂混凝土浇筑。浇筑前应清理后浇带内的浮渣、浮浆、杂物，用清水冲洗干净后对变形移位的钢筋进行调整复位。后浇带混凝土一定要振捣密实，表面采取收光处理，确保与原两侧混凝土衔接紧密，表面覆盖保湿养护且不小于14d。
8 超长混凝土施工应注意事项
(1)混凝土浇筑前应做好施工机械设备的检查，对操作工人进行技术交底，特别是重难点部位必须交底到位，确保施工前工人做到心中有数。
(2)进场的商品混凝土要检查出厂配合比单，混凝土所用的水泥、骨料、外加剂等必须符合验收规范规定，使用前检查出厂合格证及有关复试检测报告。
(3)逐车检查商品混凝土的坍落度，对坍落度值不符合设计要求的要坚决予以退场，同时做好坍落度检查记录。
(4)施工过程中必须安排质检员对施工现场进行跟班监督，保证现场的各道工序按已审核的施工方案落实实施。
(5)混凝土浇筑前由生产部门密切关注天气变化情况，如遇大雨则暂停开盘并及时通知混凝土搅拌站停止搅拌。
(6)混凝土的底模拆除必须要有混凝土拆模强度检测报告，报经审批准后方可进行模板的拆除。
9 结语
大体积混凝土的结构裂缝能够得到有效的控制,达到了工程施工的预期效果,确保了整体工程的施工质量。因此，本案施工经验具有一定的工程价值，可为类似的超长混凝土结构的设计、施工提供有益的参考与借鉴。
参考文献
[1]李洪波.超长混凝土结构裂缝控制[J].城市建设理论研究:电子版,2015(4).
[2]徐志军.超长混凝土结构裂缝控制设计[J].上海建设科技,2013(6).
论文作者:李伟光
论文发表刊物:《基层建设》2016年35期
论文发表时间:2017/3/23
标签：混凝土论文; 裂缝论文; 混凝土结构论文; 结构论文; 水泥论文; 水化论文; 骨料论文; 《基层建设》2016年35期论文;