大温差干燥环境下超大屋面混凝土裂缝控制关键技术

孟召虎 胡志文 袁科明 柳满庆 王永奇

中建三局集团有限公司 陕西 西安 710065

混凝土裂缝控制，一直以来都是土木工程行业研究的热点，也是施工控制的重、难点。对于大温差干燥环境下超大面积现浇混凝土，目前还没有成熟的裂缝控制体系，同时，可借鉴的经验也较少。背景工程地处兰州新区，昼夜温差大，环境干燥，综合制剂车间一及综合制剂车间二为超大面积现浇混凝土屋面[1-7]。本文从结构设计、材料选择以及施工工艺等方面出发，采取相应措施，最大限度地减少了混凝土裂缝，保证了屋面以及屋面保护层混凝土的施工质量。

1 工程概况

兰州新区佛慈制药科技工业园一期项目工程包含2座大型工业厂房，分别为综合制剂车间一以及综合制剂车间二。综合制剂车间一总建筑面积31 374.40 m2，地上2层，总高度13.75 m。综合制剂车间二总建筑面积33 480.96 m2，地上2层，总高度21.55 m。

本工程综合制剂车间一以及综合制剂车间二屋面面积达到16 000 m2左右，采用结构找坡，屋面板厚度120 mm，坡度3%。工程采用倒置式卷材防水保温屋面，保护层采用厚40 mm的C20细石混凝土。

2 气候特征

本工程地处兰州新区，属于典型的温带半干旱大陆性气候，降水稀少，夏季高温少雨，冬季寒冷干燥，昼夜温差大。年平均降雨量300～350 mm，年平均蒸发量1 880 mm。

3 施工重、难点

1）本工程屋面面积超大，因工艺要求不能设置伸缩缝，屋面混凝土裂缝控制难度大。

2）屋面保护层厚度小，面积大，裂缝控制难度高。同时，还要保证屋面成形后的整体效果，做到美观大方。

3）兰州新区气候干燥，昼夜温差大，混凝土容易开裂，对混凝土施工工艺以及后期养护要求高。

4 屋面裂缝控制关键技术

4.1 设置膨胀加强带

本工程由于工艺要求导致建筑超长且不能设置伸缩缝，故采用设置膨胀加强带的无缝设计施工技术。膨胀加强带能够减少或消除混凝土收缩裂缝、减少或取消伸缩缝以及延长构件连续浇筑长度，在本工程无法设置伸缩缝的前提下，有效保证了工程质量。

梁板每35 m左右间距设置1道膨胀加强带，加强带宽2 m，并增加φ8 mm@200 mm的附加钢筋。同时，加强带内混凝土等级提高一级。

4.2 加入抗裂型防水剂

防水剂具有湿润、分散、润滑以及塑化等作用，能在不改变混凝土配合比的前提下增加混凝土和易性，并使混凝土中水泥浆硬化后形成比较均匀密实的微晶结构。同时，防水剂的加入，能减少混凝土的用水量，可提高混凝土的抗冻性和耐久性。本工程在混凝土中加入WK-HEA抗裂型防水剂，有效地提高了混凝土的抗裂能力。

4.3 优化混凝土配合比

本工程原设计在梁板混凝土内均匀掺入WK-HEA抗裂型防水剂，膨胀加强带外掺量为水泥用量的8%，膨胀加强带内掺量为水泥用量的12%。外加剂掺量与水泥等量代换，同时，在混凝土中掺入25%～30%的不小于Ⅱ级的粉煤灰。

根据图纸设计要求，施工前进行混凝土配合比试配并进行试块强度检测，检测发现此配合比中水泥用量太少，导致混凝土强度上升缓慢且最终强度偏低，因此对混凝土配合比进行了优化设计，从而保证了混凝土的强度。

4.4 混凝土分区浇筑

本工程单层面积超大，因此必须分区分阶段进行混凝土浇筑。混凝土施工时，以膨胀加强带为交界带，进行分区浇筑，待加强带两侧的混凝土浇筑完毕后，再进行加强带的施工（图1）。

图1 综合制剂车间一A区分区施工示意

4.5 做好后期养护工作

传统的混凝土养护方式为塑料薄膜养护、覆盖棉毡或者浇水养护等，养护方式往往比较单一。本工程根据气候特点，制订了严格的养护措施，根据混凝土不同施工阶段，采取塑料薄膜覆盖、棉毡覆盖加洒水的分阶段复合养护方式（图2）。

图2 混凝土的复合养护方式流程

混凝土浇筑完毕后，一边进行收光，一边用塑料薄膜进行覆盖，防止表面水分的流失。待混凝土初凝后，取掉塑料薄膜，采用收光机进行打磨收光。打磨收光后采用棉毡进行覆盖养护，棉毡能有效减小大温差对混凝土的影响。同时，每天按时进行浇水养护，以便维持混凝土水分，保证混凝土强度的增长以及避免裂缝的产生，棉毡加浇水养护至少7 d，膨胀加强带混凝土养护时间至少14 d。

5 保护层裂缝控制关键技术

5.1 混凝土施工

由于屋面面积大，故混凝土需分块进行浇筑。本工程浇筑时按照6 m的间距进行分块浇筑。为了避免前后2块区域混凝土之间形成冷缝，施工时调用2台泵车进行浇筑，在上一块区域混凝土终凝前，及时浇筑下一块区域混凝土，整个屋面保护层混凝土一次性浇筑完成，然后按照上文所述屋面梁板浇筑时的复合养护方式进行混凝土养护工作。

混凝土浇筑完毕且初凝后，要及时采用收光机对混凝土进行打磨收光。混凝土打磨收光时机及收光时长对混凝土裂缝影响很大。混凝土浇筑完毕且初凝后，需立刻进行收光作业，若时机太晚，则收光后容易产生小裂缝。同时，收光时间要适当延长，最少为普通楼板收光时长的1.2倍。收光时长不足时，混凝土表面易起皮、形成麻面；收光时长足够的混凝土，表面光亮，成形效果好（图3）。

5.2 分格缝设置及施工

通常分格缝间距为4～6 m，考虑到本地区气候特点以及成形后的效果，本工程按照1 m间距进行分格缝设置。其中，大缝2 m一道，宽10 mm，切透保护层；大缝中间切小缝，小缝宽8 mm，缝深15 mm（图4）。

施工之前，根据分格缝间距，绘制分格缝布置图，现场按照布置图进行切缝施工。切缝时要把握好时机（图5），待混凝土终凝后，要试验性地进行割缝。若切缝太早，切口两边容易形成毛边；若切缝太迟，则混凝土容易开裂。根据现场实际情况，待切缝毛边不是很明显的时候，就要进行大面积切割，先切大缝，大缝切割完毕之后再切小缝。

图3 收光时长对混凝土保护层的影响

图4 屋面分格缝完成后的现场

图5 切缝时机对混凝土保护层的影响

待混凝土强度达到强度设计值时，清除缝内垃圾，用热沥青进行灌缝。通过合理地设置分格缝，屋面保护层被分割成1 m×1 m的小块，在最大限度减少混凝土裂缝的同时，还能呈现出瓷砖拼贴的效果，既美观又实用。

5.3 保护层内增加钢筋网片

本工程屋面保护层原设计为厚40 mm的C20细石混凝土，混凝土厚度太小，在大温差干燥环境下极易开裂。因此，在混凝土内增加φ6.5 mm@200 mm钢筋网片，增强混凝土的抗开裂能力。因屋面保护层间隔2 m切割一道大缝，大缝处需将保护层切透，故钢筋网片在大缝处需断开。因此，钢筋网片按照1 900 mm×1 900 mm的尺寸进行绑扎制作，网片之间预留200 mm间距，以方便割缝（图6）。

图6 钢筋网片设计

6 结语

工程施工完毕后，对屋面进行了专项检查及统计。根据检查统计结果，整个屋面及屋面保护层混凝土无贯通裂缝，无宽度大于0.5 mm的大裂缝，只有极个别部位存在一些微裂缝，说明本工程施工所采取的一系列措施切实可行，达到了预期的效果。同时，对于相同环境下超大面积混凝土施工微裂缝的控制，还需进一步深入的研究。