大溫差干燥環(huán)境下超大屋面混凝土裂縫控制關(guān)鍵技術(shù)

孟召虎 胡志文 袁科明 柳滿慶 王永奇

中建三局集團(tuán)有限公司 陜西 西安 710065

混凝土裂縫控制，一直以來(lái)都是土木工程行業(yè)研究的熱點(diǎn)，也是施工控制的重、難點(diǎn)。對(duì)于大溫差干燥環(huán)境下超大面積現(xiàn)澆混凝土，目前還沒(méi)有成熟的裂縫控制體系，同時(shí)，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)也較少。背景工程地處蘭州新區(qū)，晝夜溫差大，環(huán)境干燥，綜合制劑車(chē)間一及綜合制劑車(chē)間二為超大面積現(xiàn)澆混凝土屋面[1-7]。本文從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇以及施工工藝等方面出發(fā)，采取相應(yīng)措施，最大限度地減少了混凝土裂縫，保證了屋面以及屋面保護(hù)層混凝土的施工質(zhì)量。

1 工程概況

蘭州新區(qū)佛慈制藥科技工業(yè)園一期項(xiàng)目工程包含2座大型工業(yè)廠房，分別為綜合制劑車(chē)間一以及綜合制劑車(chē)間二。綜合制劑車(chē)間一總建筑面積31 374.40 m2，地上2層，總高度13.75 m。綜合制劑車(chē)間二總建筑面積33 480.96 m2，地上2層，總高度21.55 m。

本工程綜合制劑車(chē)間一以及綜合制劑車(chē)間二屋面面積達(dá)到16 000 m2左右，采用結(jié)構(gòu)找坡，屋面板厚度120 mm，坡度3%。工程采用倒置式卷材防水保溫屋面，保護(hù)層采用厚40 mm的C20細(xì)石混凝土。

2 氣候特征

本工程地處蘭州新區(qū)，屬于典型的溫帶半干旱大陸性氣候，降水稀少，夏季高溫少雨，冬季寒冷干燥，晝夜溫差大。年平均降雨量300～350 mm，年平均蒸發(fā)量1 880 mm。

3 施工重、難點(diǎn)

1）本工程屋面面積超大，因工藝要求不能設(shè)置伸縮縫，屋面混凝土裂縫控制難度大。

2）屋面保護(hù)層厚度小，面積大，裂縫控制難度高。同時(shí)，還要保證屋面成形后的整體效果，做到美觀大方。

3）蘭州新區(qū)氣候干燥，晝夜溫差大，混凝土容易開(kāi)裂，對(duì)混凝土施工工藝以及后期養(yǎng)護(hù)要求高。

4 屋面裂縫控制關(guān)鍵技術(shù)

4.1 設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶

本工程由于工藝要求導(dǎo)致建筑超長(zhǎng)且不能設(shè)置伸縮縫，故采用設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶的無(wú)縫設(shè)計(jì)施工技術(shù)。膨脹加強(qiáng)帶能夠減少或消除混凝土收縮裂縫、減少或取消伸縮縫以及延長(zhǎng)構(gòu)件連續(xù)澆筑長(zhǎng)度，在本工程無(wú)法設(shè)置伸縮縫的前提下，有效保證了工程質(zhì)量。

梁板每35 m左右間距設(shè)置1道膨脹加強(qiáng)帶，加強(qiáng)帶寬2 m，并增加φ8 mm@200 mm的附加鋼筋。同時(shí)，加強(qiáng)帶內(nèi)混凝土等級(jí)提高一級(jí)。

4.2 加入抗裂型防水劑

防水劑具有濕潤(rùn)、分散、潤(rùn)滑以及塑化等作用，能在不改變混凝土配合比的前提下增加混凝土和易性，并使混凝土中水泥漿硬化后形成比較均勻密實(shí)的微晶結(jié)構(gòu)。同時(shí)，防水劑的加入，能減少混凝土的用水量，可提高混凝土的抗凍性和耐久性。本工程在混凝土中加入WK-HEA抗裂型防水劑，有效地提高了混凝土的抗裂能力。

4.3 優(yōu)化混凝土配合比

本工程原設(shè)計(jì)在梁板混凝土內(nèi)均勻摻入WK-HEA抗裂型防水劑，膨脹加強(qiáng)帶外摻量為水泥用量的8%，膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)摻量為水泥用量的12%。外加劑摻量與水泥等量代換，同時(shí)，在混凝土中摻入25%～30%的不小于Ⅱ級(jí)的粉煤灰。

根據(jù)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)要求，施工前進(jìn)行混凝土配合比試配并進(jìn)行試塊強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)發(fā)現(xiàn)此配合比中水泥用量太少，導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度上升緩慢且最終強(qiáng)度偏低，因此對(duì)混凝土配合比進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而保證了混凝土的強(qiáng)度。

4.4 混凝土分區(qū)澆筑

本工程單層面積超大，因此必須分區(qū)分階段進(jìn)行混凝土澆筑?；炷潦┕r(shí)，以膨脹加強(qiáng)帶為交界帶，進(jìn)行分區(qū)澆筑，待加強(qiáng)帶兩側(cè)的混凝土澆筑完畢后，再進(jìn)行加強(qiáng)帶的施工（圖1）。

圖1 綜合制劑車(chē)間一A區(qū)分區(qū)施工示意

4.5 做好后期養(yǎng)護(hù)工作

傳統(tǒng)的混凝土養(yǎng)護(hù)方式為塑料薄膜養(yǎng)護(hù)、覆蓋棉氈或者澆水養(yǎng)護(hù)等，養(yǎng)護(hù)方式往往比較單一。本工程根據(jù)氣候特點(diǎn)，制訂了嚴(yán)格的養(yǎng)護(hù)措施，根據(jù)混凝土不同施工階段，采取塑料薄膜覆蓋、棉氈覆蓋加灑水的分階段復(fù)合養(yǎng)護(hù)方式（圖2）。

圖2 混凝土的復(fù)合養(yǎng)護(hù)方式流程

混凝土澆筑完畢后，一邊進(jìn)行收光，一邊用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋，防止表面水分的流失。待混凝土初凝后，取掉塑料薄膜，采用收光機(jī)進(jìn)行打磨收光。打磨收光后采用棉氈進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，棉氈能有效減小大溫差對(duì)混凝土的影響。同時(shí)，每天按時(shí)進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，以便維持混凝土水分，保證混凝土強(qiáng)度的增長(zhǎng)以及避免裂縫的產(chǎn)生，棉氈加澆水養(yǎng)護(hù)至少7 d，膨脹加強(qiáng)帶混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少14 d。

5 保護(hù)層裂縫控制關(guān)鍵技術(shù)

5.1 混凝土施工

由于屋面面積大，故混凝土需分塊進(jìn)行澆筑。本工程澆筑時(shí)按照6 m的間距進(jìn)行分塊澆筑。為了避免前后2塊區(qū)域混凝土之間形成冷縫，施工時(shí)調(diào)用2臺(tái)泵車(chē)進(jìn)行澆筑，在上一塊區(qū)域混凝土終凝前，及時(shí)澆筑下一塊區(qū)域混凝土，整個(gè)屋面保護(hù)層混凝土一次性澆筑完成，然后按照上文所述屋面梁板澆筑時(shí)的復(fù)合養(yǎng)護(hù)方式進(jìn)行混凝土養(yǎng)護(hù)工作。

混凝土澆筑完畢且初凝后，要及時(shí)采用收光機(jī)對(duì)混凝土進(jìn)行打磨收光。混凝土打磨收光時(shí)機(jī)及收光時(shí)長(zhǎng)對(duì)混凝土裂縫影響很大。混凝土澆筑完畢且初凝后，需立刻進(jìn)行收光作業(yè)，若時(shí)機(jī)太晚，則收光后容易產(chǎn)生小裂縫。同時(shí)，收光時(shí)間要適當(dāng)延長(zhǎng)，最少為普通樓板收光時(shí)長(zhǎng)的1.2倍。收光時(shí)長(zhǎng)不足時(shí)，混凝土表面易起皮、形成麻面；收光時(shí)長(zhǎng)足夠的混凝土，表面光亮，成形效果好（圖3）。

5.2 分格縫設(shè)置及施工

通常分格縫間距為4～6 m，考慮到本地區(qū)氣候特點(diǎn)以及成形后的效果，本工程按照1 m間距進(jìn)行分格縫設(shè)置。其中，大縫2 m一道，寬10 mm，切透保護(hù)層；大縫中間切小縫，小縫寬8 mm，縫深15 mm（圖4）。

施工之前，根據(jù)分格縫間距，繪制分格縫布置圖，現(xiàn)場(chǎng)按照布置圖進(jìn)行切縫施工。切縫時(shí)要把握好時(shí)機(jī)（圖5），待混凝土終凝后，要試驗(yàn)性地進(jìn)行割縫。若切縫太早，切口兩邊容易形成毛邊；若切縫太遲，則混凝土容易開(kāi)裂。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，待切縫毛邊不是很明顯的時(shí)候，就要進(jìn)行大面積切割，先切大縫，大縫切割完畢之后再切小縫。

圖3 收光時(shí)長(zhǎng)對(duì)混凝土保護(hù)層的影響

圖4 屋面分格縫完成后的現(xiàn)場(chǎng)

圖5 切縫時(shí)機(jī)對(duì)混凝土保護(hù)層的影響

待混凝土強(qiáng)度達(dá)到強(qiáng)度設(shè)計(jì)值時(shí)，清除縫內(nèi)垃圾，用熱瀝青進(jìn)行灌縫。通過(guò)合理地設(shè)置分格縫，屋面保護(hù)層被分割成1 m×1 m的小塊，在最大限度減少混凝土裂縫的同時(shí)，還能呈現(xiàn)出瓷磚拼貼的效果，既美觀又實(shí)用。

5.3 保護(hù)層內(nèi)增加鋼筋網(wǎng)片

本工程屋面保護(hù)層原設(shè)計(jì)為厚40 mm的C20細(xì)石混凝土，混凝土厚度太小，在大溫差干燥環(huán)境下極易開(kāi)裂。因此，在混凝土內(nèi)增加φ6.5 mm@200 mm鋼筋網(wǎng)片，增強(qiáng)混凝土的抗開(kāi)裂能力。因屋面保護(hù)層間隔2 m切割一道大縫，大縫處需將保護(hù)層切透，故鋼筋網(wǎng)片在大縫處需斷開(kāi)。因此，鋼筋網(wǎng)片按照1 900 mm×1 900 mm的尺寸進(jìn)行綁扎制作，網(wǎng)片之間預(yù)留200 mm間距，以方便割縫（圖6）。

圖6 鋼筋網(wǎng)片設(shè)計(jì)

6 結(jié)語(yǔ)

工程施工完畢后，對(duì)屋面進(jìn)行了專(zhuān)項(xiàng)檢查及統(tǒng)計(jì)。根據(jù)檢查統(tǒng)計(jì)結(jié)果，整個(gè)屋面及屋面保護(hù)層混凝土無(wú)貫通裂縫，無(wú)寬度大于0.5 mm的大裂縫，只有極個(gè)別部位存在一些微裂縫，說(shuō)明本工程施工所采取的一系列措施切實(shí)可行，達(dá)到了預(yù)期的效果。同時(shí)，對(duì)于相同環(huán)境下超大面積混凝土施工微裂縫的控制，還需進(jìn)一步深入的研究。