浅析高层建筑结构转换层大体积混凝土的施工技术

　　摘要：转换层混凝土的施工主要是为了防止混凝土裂缝的出现，而为了防止裂缝的产生，在施工过程中主要是要控制好混凝土的温度。本文主要结合工程实例，对转换层结构施工的有关问题进行简要的分析。

　　关键词：建筑工程;大体积混凝土;裂缝;温度控制

　　1工程概述

　　某建筑工程总面积为47200m2，由主楼和裙房两部分组成，主楼地下二层，地上3O层，裙房地下二层，地上4层。该工程结构形式为底层大空间剪力墙结构，5层以下为框支结构，第5层设置厚板转换层，5层以上为短肢剪力墙结构。转换层板厚为1650mm，框支梁高分别为185Omm、190Omm，板顶标高为+20.000m。梁的受力钢筋为Φ32，Φ36，Φ40不等，箍筋为Φ14，厚板的受力钢筋为双层双向Φ25@12O钢筋。厚板及混凝土强度等级为C50配合比如表1，混凝土一次浇筑成型。

　　表1高层商住楼的混凝土配合比

　　注：①本配合比所使用材料为干材料，使用单位应根据材料实际含水量情况随时进行调整

　　②原材料及所加外加剂或掺和料发生变化时，本配合比无效。

　　2转换层混凝土的配合比设计

　　(1)水泥的选用：优先选用水化热低的矿渣硅酸盐水泥或火山灰硅酸盐水泥：掺入粉煤灰或沸石粉，降低水泥的用量，使用水化热相应降低;掺入减水剂，减少水的用量，使混凝土缓凝推迟水化热峰值的出现，使升温延长，降低水化热峰值，使混凝土表面温度峰值梯度减小。

　　(2)粉煤灰：为了减少水泥的用量，可掺入水泥用量10%的粉煤灰取代水泥，粉煤灰不得超过《矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰质硅酸盐水泥》(GB1344—85)所规定的最高限量。

　　(3)减水剂：为了满足和易性和减缓水泥早期水化热发热量的要求，宜在混凝土中掺入适量的缓凝型减水剂。常用的有木质素减水剂、蔡系减水剂、树脂系减水剂等。在转换层大体积混凝土加入的主要是木质素磺酸钙(又称M型减水剂)，在保持混凝土配合比不变情况下，掺与水泥质量0.2～0.3%的M型减水剂可使坍落度提高10mm左右保持混凝土的抗压强度和坍落度不变，一般可节约水泥8～1O%保持混凝土坍落度和水泥用量不变，其减水率为1O%左右，抗压强度提高1O～15%。

　　(4)其它外加剂：除了加入减水剂外，对于有些转换层混凝土还要根据需要加入其它外加剂如引气剂、膨胀剂(JEA膨胀剂)、泵送剂、杜拉纤维、钢纤维、聚丙烯纤维等。

　　3转换层混凝土的浇筑

　　混凝土浇筑前应事先根据工程的特点确定浇筑方案，科学的浇筑方案既能保证工程质量，又能做到省时省工。根据转换层结构的特点，应按下列步骤确定浇筑方案：

　　(1)转换层的竖向结构和水平结构分开浇筑，先竖向的柱墙结构，后水平结构(梁、等板)。

　　(2)混凝土的浇筑方向应先中间、后周边，向两个方向推进，转换梁、板混凝土采用“一个坡度，薄层浇筑，一坡到顶，循序渐进”的原则。一方面，这样浇筑加大了混凝土部分工作面的面积，有利于混凝上部分水化热排出，另一方面，也有利于降低混凝土浇筑时模板的侧压力。

　　(3)节点部位的保证措施。转换层中梁、柱、墙节点部位钢筋过于密集，为确保此部位的混凝土浇筑密实，须采取以下措施：①采用同标号的细石混凝土浇筑上述部位;②对局部钢筋过于密集处要作适当调整，确保插入式振动器有足够的工作界面;③浇筑过程中安排专人检查墙、柱等竖向结构的侧模，如发现墙、柱混凝土浇筑到位后模板经敲击发出空响声，则应立即通知混凝土浇筑人员，对此部位加强振捣，并补浇混凝土，确保混凝土浇筑密实;④墙、柱混凝土浇筑完后，应加强对混凝土的养护，并建立备忘录。

　　(4)大体积混凝土的测温极其重要，转换层混凝土浇筑可以通过测温来了解混凝土的内部变化情况。测温的方法是通过在混凝土的内部埋设热电阻传感器，用测温仪进行量测。根据混凝土水化热温升规律确定测温时间大约为1O～14d，测温分为两个阶段。第一个阶段为升温阶段，自混凝土的终凝后开始测温至混凝土的最高温度;第二个阶段为降温阶段，自混凝土最高温度到混凝土中心温度为4O℃左右。各测点温度测量前72h每3h测一次，72h后每6h测一次，并做好测温记录，及时分析测温结果，以便调整混凝土的养护措施。

　　(5)混凝土的养护。转换层混凝土初凝后、上表面立即覆盖塑料薄膜和草袋子并浇水养护，不宜浇水过多，保持混凝土的湿润即可。厚板侧面及底面采用保留模板的方法养护，部分钢模板的部位要采用外包塑料薄膜和干草袋的方法保温，养护时间不少于14d。

　　4大体积混凝土产生裂缝的原因

　　引起混凝土裂缝的原因很多，尤其在转换层大体积混凝上裂缝控制方面如果不采取有力的措施，后果不堪设想，由于转换层大体积混凝土多是高标号混凝土，加有多种外加剂(早强剂、防冻剂、减水剂等)，材料来源广泛，成分多样，施工工序繁多，硬化又需要较长的时间，其中的某一个环节出现问题均可能引起混凝土开裂。目前常见转换层混凝土开裂原因来看主要有以下几种：①荷载;②施工不当;③材料不良;④温差;⑤混凝土的收缩。

　　在国内外混凝土规范只对荷载引起的裂缝建议了计算公式，对其他原因产生的裂缝，主要规定构造措施。由于转换层大体积混凝土温度是影响转换构件的主要因素，本文将重点对由于温度引起的裂缝问题进行探讨。

　　5大体积混凝土的温度控制

　　混凝土采取保温养护，有两种做法。一种是在冬季寒冷气温下，为使混凝土不被冻坏，而保持正常硬化，或在寒潮作用下，不出现温度陡降，使混凝土急剧冷却 (或受冻)，因此对混凝土表面要采取措施。另一种是在春秋气温情况下，为了减少混凝土内外温差，延缓收缩和散热时间(即使后期缓慢地降温)，使混凝土在缓慢的散热过程中获得必要的强度来抵抗温度应力，同时降低变形变化的速度，充分发挥材料的徐变松驰特性，有效的消减约束应力，使之小于该龄期抗拉强度，防止内外温差过大并超过允许的界限(一般为20～25℃)，导致出现温度裂缝，而采取在混凝土裸露表面适当覆盖保温材料。保温法温控计算包括选定保温材料、计算保温材料需要的厚度。其计算根据热交换原理，假定混凝土的中心向混凝土表面散失热量，等于混凝土表面保温材料应补充的发热量，因而，混凝土表面保温材料所需厚度可按下式计算：[!--empirenews.page--]

　　式中:

　　δi——保温材料所需厚度(mm);

　　h——结构厚度(mm);

　　λ——保温材料的导热系数(W/m•K)可按表查取;

　　λi——混凝土的导热系数，取2.3W/m•K;

　　Tmax——混凝土中心最高温度(℃);

　　Tb——混凝上表面温度(℃);

　　Ta——混凝土浇筑后3～5d空气平均温度(℃);

　　O.5——指中心温度向边界散热的距离，为结构厚度的一半;

　　K——传热系数的修正值，即通风系数。对易于透风的保温材料组成取2.6或3.0(指一般包括风或大风情况);对不易透风的保温材料取1.3或1.5：对混凝土表面用一层不易透风材料，上面再用容易透风的保温材料组成，取2.0或2.3。

　　这种保温方法大多采用在表面护盖1～2层草袋(或草垫、下同)，或一层塑料薄膜加一层草袋。可使混凝土外表与外界气温差缩小到1O℃以内，同时可减少混凝土表面热扩散，充分发挥混凝土强度的潜力和松驰作用，使应力小于抗拉强度：另一方面能保持适度的湿养护(或浇少量的水湿润)，有利于水泥的水化作用顺利进行和弹性模量的增长：前者可提高混凝土早期的抗拉强度，防止表面脱水;后者可增强抵抗变形能力。大量的工程实践证明，保温养护对防止大体积混凝土结构出现有害深进裂缝或贯穿性温度收缩裂缝是有效的。根据以上方法验算该工程的保温措施：该工程板厚为1650mm，在3d时混凝土的内部中心温度T=72℃ 实际混凝土表面的温度为51℃，大气的温度为16℃，混凝土的导热系数为2.3W/m•K，塑料布的导热系数取O.O5W/m•K，试验算混凝土表面所需保温材料的厚度。

　　故需要约5.6cm的材料覆盖，一层草袋和一层塑料布基本上可以满足保温要求。

　　6结束语

　　转换层结构拆模后经严格检查，未发现有害裂缝，工程质量验收评定为优良。通过优化混凝土配合比设计，选择合理的浇捣方法，设置冷却管降低混凝土核心温度，加强保温、保湿养护等方法，可以降低混凝土温度应力和提高混凝土自身抗拉性能，控制大体积混凝土温度裂缝的产生和发展。

《浅析高层建筑结构转换层大体积混凝土的施工技术》

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