高層建筑轉換層混凝土裂縫成因及控制探討

【摘要】高層建筑轉換層是建筑結構中的重要部位，轉換層施工質量會直接影響到整個工程質量。本文將對高層建筑轉換層混凝土結構裂縫的原因以及控制措施進行了闡述。

【關鍵詞】轉換層；混凝土裂縫；控制措施

1.高層建筑轉換層結構形式及功能

轉換層按柱網的布置形式可以分為底部結構形式為大空間的轉換層和外部形成大柱網的轉換層。底部數層結構形式可以在轉換層結構跨越底層建筑平面的兩端，把荷載傳到底層結構的幾個支撐點上。或者把轉換層中部支撐在一個強勁的筒體上，四周向外懸挑，從而建造出底部數層的大空間。而對于外部形成大柱網的轉換層，其內筒結構布置對于筒中筒結構的建筑不需要變化，外筒則需要進行結構布置轉換。

從結構功能的角度看，轉換層所實現的結構轉換為結構形式的轉換、柱網軸線的轉換以及結構形式和軸線布置同時轉換這三種。結構轉換層把上部剪力墻轉換成下部框架，給下部樓層創造大的內部空間；柱網軸線轉換的上下部結構形式不需改變，但通過結構轉換層，形成下層形成大柱網，使得外框筒的下層形成較大的出口和較大空間；結構形式和軸線布置同時轉換：將上部樓層剪力墻通過結構轉換層改變成框架，上下部樓層柱網的軸線錯開，從而形成上下部結構不對齊的布置。

2.高層建筑轉換層混凝土構件溫差裂縫的成因

2.1水泥的水化熱

混凝土中的熱量一般是來源于原材料和水泥的水化熱。水化熱是指水泥在水化的過程中，水泥熟料中不同的礦物在水化反應中會產生一定的熱量。對于大體積混凝土，混凝土澆筑所產生的水化熱由于本身的結構斷面尺寸較大很難散發出來，使得混凝土內部溫度急劇上升，從而到達一個較高的溫度。一般情況下，水泥細度越細，則水化熱放出越早；水泥用量越多，水化熱就越高。水泥水化熱會引起混凝土溫度的升降變化，在溫度的升降過程中會產生較大的溫差，會導致較大的溫度應力，容易引起轉換層混凝土變形，使得混凝士出現裂縫的情況。

2.2混凝土的收縮

混凝土的收縮是指在普通的混凝土在空氣中結硬的過程中，體積會不斷的減小。（1）收縮裂縫的產生與養護有關。混凝土成型后，因為水分是由表及里逐步蒸發的，這使得內外干縮量的不同，從而形成了構件截面上的濕度梯度。混凝土表面的收縮變形會因受到混凝土內部的約束力或其他約束力，而產生比較大的拉應力。如果混凝土養護不當，使得水分蒸發過快時，就會出現上述的情況，很容易出現裂縫開裂的現象。（2）收縮裂縫的產生與混凝土的振搗、原材料的收縮量等因素有關。當振搗過度的混凝土表面形成水泥漿較多時，會增加收縮量，混凝土容易出現裂縫；當混凝土采用含泥量較大的粉砂配制時，收縮量增加更大，更加容易產生裂縫。（3）收縮裂縫的產生與冷縮受限制有關。混凝土的冷縮是由于熱量散失所引起的，在冷縮受到限制的情況下，極有可能會導致混凝土出現開裂的情況。當混凝土在降溫階段時，混凝土會發生冷縮變形，由于這時候的混凝土可塑性很低，所以冷縮變形受到限制時，在混凝土中很容易產生裂縫。

3.高層建筑轉換層混凝土結構裂縫的控制措施

3.1施工的準備與控制

施工前，根據一般混凝土施工前必須進行的物質準備、機具準備、技術準備和現場準備外，還應做好附屬材料和輔助設備的準備工作。做好施工方案的編制工作：a.通過熱工計算來確定混凝土入模的溫度和對材料加熱或降溫的措施。b.做出合理混凝土攪拌、運輸和澆筑以及制定混凝土保溫的方案。大體積混凝土的施工，一般適合在低溫條件下進行。當氣溫大于300℃時，就應及時采取措施來降低溫差的減少溫度應力。c.要掌握各種原材料的配合比。混凝土的攪拌時間應從全部拌合料裝入攪拌筒內起到卸料止，時間通常要大于1.5-5min。d.攪拌后的混凝土，要及時運到澆筑地點入模澆筑。

3.2轉換層混凝土結構組成材料的裂縫控制措施

原材料的要求：（1）拌合水。由于水的比熱容是水泥或骨料比熱容的5倍，拌合水在混凝土組成材料中，極大程度上影響了混凝土溫度。因此在大型工地的攪拌站和大型商品混凝土攪拌站，可通過制冰機或制冷機組來降低水溫。（2）水泥：水泥雖然只是占混凝土拌合物重量的10%到15%，可是每當水泥溫度高10℃，混凝土溫度就會升高1℃多。因此，一般除了選用水化熱較低的水泥之外，在混凝土攪拌時可摻入沸石粉代替部分水泥，以達到降低水泥用量、使水化熱降低的目的。（3）骨料。骨料在混凝土各組成材料中大約占75%，所以骨料的溫度對混凝土溫度又很大的影響，經過實踐計算證明， 骨料每升高2℃，混凝土溫度便會升高1.3℃。因此骨料應該堆放在有篷蓋的堆場，盡量保持溫度在比較低的狀態。（4）外加劑。化學外加劑在混凝土中占有很小的比例，但外加劑有減少拌合水和水泥用量的作用，能調節拌合水和水泥對混凝土溫度的影響和延遲混凝土溫度升到峰值的時間。礦物外加劑不僅可以改善混凝土的和易性和可泵性，還可以降低水灰比，進而間接地降低了混凝土溫度。

高層建筑轉換層所用高強混凝土的配置應注意以下的問題：高強混凝土的配合比必須通過試配確定。試配除了要滿足強度、耐久性和易性和凝結時間等要求外，還要注意拌制、運輸過程和氣溫環境情況以及施工條件的變化。拌合料的和易性可以通過摻加高效減水劑和混合材料來調整，在滿足拌合料和易性的前提下，盡可能減少用水量，這樣不僅可以降低水化熱，而且可避免結構裂縫的生成。根據大量實驗可得到，當高強混凝土中的砂率為0.33時，混凝土強度一般比砂率為0.4和0.5時高一點。高強混凝土原材料稱量一般不能超過以下數值：水泥：±2%；混合料：±1%；粗細骨料：±3%；水及外加劑：±1%。配制高強混凝土，要嚴格控制用水量，并認真測定砂、石中的含水量。高強混凝土的配合比，要把實際施工時的坍落度損失加以考慮，事先規定拌料在出料時以及運輸到施工現場澆筑時的坍落度。

3.3轉換層混凝土結構澆筑方案裂縫控制措施

澆筑大體積的混凝土，要按照整體連續澆筑的要求，根據結構尺寸的大小、鋼筋疏密、混凝土供應條件等情況，有以下三種方法可供選用：a.全面分層。把整個結構澆筑層分成幾個層澆筑，應在已澆筑的下層混凝土還沒有初凝時，就開始澆筑第二層，然后逐層這樣進行，直到完成澆筑。這比較適合適用于結構物的平面尺寸不太大的工程，施工時應從短邊先開始，再沿著長邊推進。b.分段（塊）分層。這種方法適用于厚度較薄而且面積或長度較大的工程。施工時從底層一端開始澆筑混凝土，等到進行到一定距離后再澆筑第二層，如此依次逐層澆筑。c.斜面分層。這種方法適用于結構的長度超過厚度三倍的工程，振搗工作應從澆筑層底層開始，逐漸上移，澆筑混凝土攤鋪坡度應小于1：3，以確保分層混凝土之間的施工質量。

此外，還可以通過以下兩個措施來對混凝土裂縫進行控制：

（1）預冷卻拌合水。大體積混凝土的澆注溫度越高，水泥水化越快。一般情況下，澆注溫度每提高10℃，混凝土內部溫度大概會提高3～5℃。可采用冰來預冷拌合水，然后用冰水拌合或在混凝土攪拌時摻冰屑，不過要注意冰在攪拌過程中要完全融化，不能殘留冰屑。預埋水管道通冷卻水。在混凝土內部預埋水管中，通入冷卻水能降低混凝土內部溫度。這種方法能控制整個結構內部溫度，比較靈活和實用，因此在國內外應用廣泛。一般是在混凝土剛澆筑完或者正在澆筑時，就開始通冷卻水，以降低初期由于水泥水化熱所形成的最高溫度。

（2）嚴格保溫。大體積混凝土產生溫度裂縫的重要原因之一就是混凝土中出現了溫度梯度，因為當表面混凝土快要冷卻時，表面和內部就會產生溫度梯度的溫差，從而產生超過混凝土抗拉強度的拉應力，導致混凝土出現開裂的問題。采用混凝土表面保溫，可降低大體積混凝土的內外溫差，從而避免混凝土出現裂縫。

3.4混凝土的養護

混凝土拌和物澆筑成型后必須進行及時的養護。混凝土養護可以為混凝土正常硬化創造溫度和濕度的條件，避免出現收縮開裂的情況，從而確保混凝土達到設計要求的強度。完成混凝土澆筑后，要在12h內對混凝土進行覆蓋和澆水的養護，即在混凝土澆筑成型后，用蓄水、撒水養護或者使用保溫材料覆蓋養護及薄膜養生液養護。

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