南粤台城宏华工程转换梁裂缝控制

南粤台城宏华工程转换梁裂缝控制
陈中坚
摘要：结合台城宏华工程概况，针对宏华高层的转换梁施工过程，介绍了转换梁的施工工艺，并对温度裂缝、塑性收缩裂缝、干缩裂缝、界面裂缝等裂缝的产生原因进行了分析，提出了裂缝控制措施，以保证工程转换梁的使用质量。
关键词：高层结构，转换梁，裂缝控制，干缩裂缝
宏华现代高层商住楼，按照功能要求下部为大开间结构商业用房，上部为小开间结构住宅，从而形成了下部设置大柱距大跨度的框架结构，上部住宅设置小开间隔墙（剪力墙）的框支剪力墙结构特点。两者在结构跨度和布局上有很大区别，形成上下结构各轴线不一定在同一条垂线上。在结构设计上通过转换层大梁支承上部住宅隔墙（剪力墙）巨大荷载并传递至下部框架柱的转换措施来解决受力传递的问题。因此，转换层梁截面大、楼板厚、钢筋多、混凝土强度等级高、结构受力复杂、施工非常困难。
1、工程概况
1.1工程特点
宏华工程总建筑面积约36000㎡,地下2层为连体结构，地上15层，分为5a,5b,5c三栋塔楼，框支剪力墙结构，建筑高度为50.8m。转换层设在首层，为梁式转换，层高5.0m。由于此结构转换梁尺寸较大（大部分粱高2m以上）、数量较多。混凝土等级为C50（采用泵送商品混凝土），属高强大体积混凝土施工。
1.2施工方案
施工前，认真做了“一次性整体浇筑和二次浇筑”两个施工方案的比较（见表1）。转换梁的浇筑方案是本工程转换层施工的关键，它直接关系到梁底支撑体系的设计，对转换梁的裂缝控制也有很大的影响。由于此转换层的施工时间正值盛夏，气温较高，裂缝控制便成了重中之重。决定了本转换层分两次浇筑，第一次浇筑到楼面以下500mm处，待已浇筑混凝土达到75%后（约4d）再进行二次浇筑。

2、裂缝原因分析
从工程实践及国内外的调查资料显示：结构物的裂缝原因，属于温度、收缩、不均匀沉陷等变形引起的裂缝约占80%以上，属于由荷载引起的裂缝约占20%左右。只要保证支撑体系的安全和稳定，就可防止该工程由荷载引起的裂缝。下面分析该工程变形裂缝的原因。
2.1温度裂缝
结构断面最小尺寸在800mm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土为大体积混凝土。显然，本工程转换梁为大体积混凝土结构，温度变化容易引起结构整体开裂，影响结构的承载能力和耐久性，造成安全隐患。大体积混凝土的温度裂缝一般有两种情况：
1）在硬化的初期，内外温差形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，产生表面裂缝，表面裂缝走向无一定的规律性，一般随着温度的升高或降低而变化；
2）在硬化的中后期，混凝土逐渐降温和多余水分蒸发引起体积收缩，受到边界约束引起的拉应力，使结构产生贯穿裂缝，贯穿裂缝一般与结构或构件短边方向平行或接近平行，裂缝沿全长分段出现。表面裂缝对结构的影响不大，一般可以忽略，而贯穿裂缝影响结构的防渗漏性能和耐久性，施工时必须采取预防措施，严格控制大体积混凝土的开裂。
2.2塑性收缩裂缝
采用泵送混凝土现浇的各种钢筋混凝土结构中，经常出现一种早期裂缝。混凝土浇筑后4h~15h左右，水化热反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发现象，引起失水收缩，是在初凝过程中发生的收缩，也称为凝缩，引时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形，都发生在混凝土终凝之前，即塑性阶段，故称为塑性收缩。塑性收缩的量级很大，可达1%左右，所以在浇筑大体积混凝土后4h~15内，在混凝土表面上，特别在养护不良的部位出现龟裂，裂缝无规则，既宽（1mm~2mm）又密（间距5cm~10cm），属表面裂缝。由于沉缩的作用，这些裂缝往往沿钢筋分布。另外，水灰比过大、水泥用量大、外掺剂保水性差、粗骨料少、用水量大、振捣不良、环境气温高、表面失水大都能导致混凝土塑性收缩表面开裂。
2.3干缩裂缝
水泥石在干燥和水湿的环境中会产生干缩和膨胀现象，最大收缩是发生在第一次干燥后。干燥收缩的主要原因是水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的，由于集料的干燥收缩很小，因此，水泥石干燥收缩是造成混凝土干燥收缩的直接原因。影响水泥石收缩的因素很多，诸如水泥的标号、水泥用量、标准磨细度、骨料种类、水灰比、水泥含量、混凝土振动捣实状况、构件截面暴露条件及养护方法、配筋数量、经历时间等（这些因素对混凝土的徐变变形也产生类似影响）。混凝土的水分蒸发、干燥过程是由外向内、由表及里逐渐发展的。由于混凝土蒸发干燥非常缓慢，而且裂缝发生在表层很浅的位置，裂缝细微，有时呈平行线状或网状，常常不被人们重视。但是应当特别注意，由于碳化和钢筋锈蚀的作用，干缩裂缝也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成为更加严重的裂缝，影响结构的耐久性和承载能力。
2.4二次浇筑引起的界面裂缝
在浇筑上层混凝土时，下层混凝土的早期变形趋于稳定，限制了上层混凝土的塑性变形。由于两层混凝土的变形差异较大，在施工过程中，若不采取措施，将直接导致早期界面裂缝的产生，影响结构的整体性。
3、裂缝控制措施
3.1 温度裂缝控制措施
1）选择优质的骨料，控制骨料的含泥量，减少混凝土的收缩。本工程严格控制石子（采用碎石，直径约5mm~20mm）及砂，含泥量不超过1%和2%，并不得含有其他杂质。
2）本工程选用水化热低和安定性好的普通硅酸盐42.5水泥，并掺入20%的粉煤灰替代部分水泥用量，利用粉煤灰的“滚珠效应”，改善混凝土性能；增加灰浆，改善混凝土的后期强度，以进一步减少水泥用量，降低水化热。
3）掺入10%水泥用量的高效低碱的UEA微膨胀剂，使混凝土得到补偿收缩，以抵消或部分抵消由温度引起的约束应力，从而防止或减小温度裂缝的出现。
4）掺入缓凝型的高效减水剂，推迟水化热峰值期。
5）对转换梁上表面进行蓄水养护，对混凝土进行保温、保湿，减少温度应力和体积收缩，并延长侧模的拆模时间，减小转换梁内外温差。
3.2 塑性收缩裂缝控制措施
1）严格控制混凝土单方用水量及水灰比，在满足泵送和浇筑要求时，尽可能减小坍落度。
2）掺加适量质量良好的泵送剂和掺合料，可改善泵送工作性能、减少沉陷。
3）混凝土搅拌时间要适当，时间过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷。
4）混凝土浇筑时，下料不宜太快，防止堆积或振捣不充分。
5）混凝土应分层浇筑、振捣密实，振捣时间以15S/次~30S/次为宜，在混凝土浇筑1h~1.5h后，混凝土尚未凝结之前，对混凝土进行二次振捣，表面要压实抹光。
6）为防止水分急剧蒸发，形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝，本工程采用了缓凝型的减水剂。
3.3 干缩裂缝控制措施
1）水泥品种：一般来说，水泥的需水量越大，混凝土的干燥收缩越大，不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为：矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。结合体积安定性等因素综合考虑，本工程采用普通硅酸盐水泥。
2）水泥用量：混凝土干燥收缩随着水泥用量的增加而增大，在保证混凝土强度等级的情况下，尽可能降低水泥用量，防止混凝土干燥收缩裂缝。
3）用水量：混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大，在同一水泥用量条件下，混凝土的干燥收缩和用水量成正比；在水泥用量较高的条件下，混凝土的干燥收缩随着用水量的增加而急剧增大。综合水泥用量和用水量来说，水灰比越大，干燥收缩越大。本工程采用高效减水剂，既保证泵送的要求，又有效减少了用水量。
4）砂率：混凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大，但增加的数值不大。泵送混凝土宜加大砂率，但不是笼统的和无限的。可以通过理论计算和工程实践确定，将其控制在最佳砂率范围内。
5）掺合料：可掺加适量质量良好、含有大量球形颗粒状的一级粉煤灰，由于比表面积小、需水量少，能降低混凝土干燥收缩值。
6）化学外加剂：为了降低用水量，掺加适当数量减水率高、分散性能好的外加剂是非常必要的。
7）养护时间和方法：混凝土浇筑表面干燥过快，亦可产生较大的收缩，受到内部混凝土的约束，在表面产生拉应力而开裂。在混凝土终凝之前进行早期保温养护，对减少干燥收缩有一定作用。该工程在混凝土浇筑后及时进行覆盖浇水养护，减少热量的散失，养护时间不少于14d。
3.4 二次浇筑界面裂缝控制
为了保证转换梁混凝土二次浇时新旧混凝土上下层交接结合完好，不出现水平裂缝，保证结构良好的整体性，浇筑混凝土时注意振捣不过振，减少浮浆。在下层混凝土浇筑完0.5h后，由专人按Φ12钢筋双向@200进行插筋处理，插筋长600mm，上下层混凝土内各留300mm。下层混凝土浇筑完后，及时撒上与预拌混凝土同材质的20mm~40mm碎石，用灰铲轻轻将石子拍入混凝土浆内，使其外露高度占粒径的1/2，形成石笋界面。并在施工缝处铺设一层Φ8@150钢筋网片，以承受混凝土的温差应力，避免混凝土开裂。
4、结语
转换层是高层建筑结构的关键部位，施工难度较大，稍有不慎，就会产生大体积混凝土裂缝，轻则返工处理，拖延工期进度；重则使结构产生较大裂缝，势必使结构受力产生影响，同时也会造成一定的经济损失。该工程转换层于2007年8月初开始施工，到2009年9月中旬结束。施工期间正值南粤高温季节，平均作业气温在32℃以上。由于技术措施有力，经长时间观测，转换梁未发现裂缝，保证了转换层的施工质量及结构安全。