超高层核心筒钢板剪力墙温度裂缝控制方法

超高层核心筒钢板剪力墙温度裂缝控制方法

胡礼磊曾楚雄李文光谭本杰王文力刘建

中建三局集团有限公司    海南省海口市    571100

摘要：海南省属于热带季风气候区域，该地区进行超高层建筑剪力墙浇筑时容易受到连续季风影响，出现混凝土内外温度差过大、表面温度下降速度过快等现象，出现混凝土温度裂缝等质量问题。本文基于海南地区热带季风气候区域风速快、风量大等特点，结合工程实际，从混凝土养护方法、低温环境中施工方法、混凝土性能针对性调整等方面开展海南地区超高层核心剪力墙混凝土温度裂缝控制技术的研究，实践证明，多种方法结合使用提高了混凝土浇筑质量，为海岛地区超高层建筑提供借鉴。

关键词：超高层；钢板剪力墙；温度裂缝；控制措施

引言：海南省属于热带季风气候区域，风能资源丰富，年平均风速普遍大于3m/s，靠近海岸地区年平均风速在4~5m/s，是发展风电的优秀场地。地区风能资源丰富对建筑行业而言不太友好，风速快、风量大的环境不利于混凝土养护，容易引起混凝土开裂。尤其是超高层建筑工程的高层区域混凝土浇筑，更容易因为高层空间温度偏低+风速快导致混凝土表层快速降温，提高温度裂缝出现的概率。本项目以海南中心项目为例，整个项目共有94层，地上部分建筑高度428米。工程选用核心筒钢板剪力墙结构，塔楼外操作平台应用三局顶模系统。针对该项目高层混凝土浇筑中遇到的外部大量温度裂缝问题展开控制技术研究，以多种方法结合使用的方式提高混凝土浇筑质量。

1 超高层核心筒钢板剪力墙温度裂缝成因分析

海南省超高层建筑核心系统内侧墙体裂缝较少，外侧墙体裂缝较多。出现这种现象的原因是核心筒内部风小，混凝土表面温度较高，外部风大迅速带走表面温度，加上采用浇水养护方式导致表面温度急剧降低，内外温差过大导致的裂缝。

1.1 原材料原因

1.1.1 水泥用量

水泥浇筑后产生的水化热是剪力墙内部温度的主要来源，水泥水化热过大或用量过多都是导致混凝土内外温度差值扩大的主要原因。混凝土浇筑后内外温差过大，通常会产生温度裂缝。

1.1.2 水灰比

混凝土的水灰比在一定程度上影响混凝土水分的蒸发速度，水灰比偏小容易导致混凝土出现不协调变形，水灰比偏大容易导致内部大量水分被快速蒸发，引起混凝土墙体失水、干缩开裂，形成温度裂缝。

1.1.3 添加剂

加入添加剂的目的是调整或提升混凝土的某项性能，但实际作业过程中，添加剂用量不当往往是导致剪力墙内部升温过快、水分快速蒸发、内外部温度差过大的原因之一，也是形成温度裂缝的重要原因。

1.2 设计原因

1.2.1 墙体厚度

超高层钢板剪力墙为了保证抗震强度、抗剪强度，需要达到一定的墙体厚度。然而，墙体厚度越大，混凝土内部水化热温度向外辐射热度的难度越大，容易导致内部温度应力过大，增加墙体开裂的可能性。

1.2.2 钢板厚度

钢板是剪力墙中重要的组成，需要达到一定的厚度来保证钢板剪力墙的强度和稳定性。然而，钢板厚度越大，混凝土与钢板之间的变形差异越大，还容易影响混凝土的内部温度释放，增加剪力墙开裂产生裂缝的概率。

1.3 施工原因

1.3.1 环境温度

内部水化热产生温度应力是必然，环境温度的高低影响到内部温度的释放有效性。实际工程结果说明，剪力墙施工时的平均环境温度在10℃以下，墙体很少产生温度裂缝；平均环境温度高于25℃，墙体则极容易产生温度裂缝[1]。

1.3.2 入模温度

混凝土浇筑入钢模后很快会发生水化反应、释放水化热，若混凝土入模时的温度过高，会导致混凝土内外温度差过大，温度应力产生的影响过大，剪力墙更容易产生温度裂缝。

1.3.3 工艺问题

混凝土浇筑终凝后需要拆除钢模进行养护。但由于超高层施工工艺问题，所使用的钢模松模后无法如普通模板进行及时拆除，需要随上层工序验收完成后、待钢模随顶升提升完成后方裸露混凝土面。由此导致混凝土的养护无法及时到位，影响混凝土的内外温度差控制效果。

1.3.4 养护方式

超高层建筑突破一定高度后，面临截然不同的施工环境，需要采取相应的施工方式。超高层施工环境普遍有风大的特征，风速的提升会快速带走浇筑后混凝土表面的温度。如果采用浇水喷淋养护方式会导致水分蒸发加速表面温度下降，提高温度裂缝出现的概率。

2 温度应力作用原理

2.1 温度应力产生原因

温度应力顾名思义温度产生的应力，本质上是内外或内部不同部位温度导致混凝土产生变形的速率不一致，使得混凝土内外出现了因变形导致的拉应力。当拉应力大于混凝土本身的抗拉强度时，就会产生裂缝。公式如下：

[2]

为温度应力，E为混凝土弹性模量，为混凝土线膨胀系数，△T为混凝土内外温度差，v为泊松比，通常取值0.2，r为混凝土松弛系数，取值0.5，s为混凝土外约束系数，取值0.32。E弹性模量是混凝土的重要力学指标，通常跟随龄期的变化而变化，最终稳定为一个值，公式为[3]。为混凝土龄期，E0为标准状态下混凝土养护28d可达到的弹性模量，经验系数

通常取值1，通常取值0.09。

2.2 钢板剪力墙变形原因

根据温度应力、弹性模量的计算公式可以发现，混凝土在不同温度、不同龄期会产生相应的温度应力，发生不同的形变，而钢板同样会因为温度变化产生一定的形变。当升温、降温阶段二者形变程度不同时，就会产生相互约束，继而产生开裂等现象。

3 超高层核心筒钢板剪力墙温度裂缝控制的策略

3.1 喷雾、养护液养护

常规混凝土的养护措施主要为浇水，通过喷淋设施持续不断喷水保证混凝土的湿润度，增加混凝土的保水性，减少温度应力带来的局部收缩程度。考虑到超高层建筑施工所使用的钢模只能松模无法及时提起，以及超高层施工环境风大、温度低，将常规的浇水喷淋养护改为喷雾养护。顶模系统顶部可挂配水箱，在不同位置挂架竖向的钢制下水管和软管，并在系统的养护层、脱模层设置转接遥控喷头，在第5天松模后通过不同角度的遥控喷头对混凝土进行喷雾养护作业，保证养护及时到位，并规避混凝土表面的水分蒸发加速表面温度下降的问题。顶模系统爬升会形成断水时间，为了不影响混凝土的养护效果，可用养护液进行养护，利用人工喷洒将养护液喷涂在混凝土表面，在混凝土表面形成一层不透水的保护膜，改变水分被风大量带走的养护现状，降低温度裂缝出现的概率。

3.2  低温环境施工

虽然在平均温度10℃以下环境中浇筑混凝土不容易产生温度裂缝，但近些年海南省的最低温度时有探到10℃以下。根据垂直温度递减率可知，海拔每升高1000米气温降低6℃，平均每升高100米气温降低0.6℃，本项目地表高度为428米，顶层与地面温度之间必然存在温差。风速与高度之间的关系是，，V是高度H处的风速，V0是高度H0处风速，通常H0为10m，n是地表摩擦系数取值通常为0.1~0.4。根据关系可知，高度越高、风速越大。而高速的风会提高水分蒸发的速度，进而提高水分蒸发带走温度的速率，进一步构建低温环境。低温环境会导致混凝土内外温差过大，继而影响混凝土的凝固硬化。在平均气温低于5℃的低温环境下施工，可在混凝土中加入适量防冻剂，拌合时使用热水，并适当延长拌合时长，确保拌合后混凝土出罐温度高于10℃，入模温度高于5℃。

3.3 控制混凝土性能

在建筑物高度达到250m以上时，应调整一次混凝土中各部分配合比。比如，适量加入硅灰提高混凝土可泵性；适量加入防冻剂避免因低温出现假凝现象。250m以上的混凝土性能指标控制标准包括：坍落度控制标准按3小时不出现坍落度损失控制；倒桶时间控制在5秒，以验证粘度和流动性，粘度大容易堵管；控制凝结时间，即保塌保泵。为了缩小混凝土拌合后性能与浇筑后性能之间的差异，需将混凝土出罐与使用的时间差控制在15min以内，越短越好；控制混凝土入模高度，可采用模板接料的入模方式，避免混凝土直接撞击钢筋导致离析、失水过快现象，有效控制混凝土性能。

结语：在超高层钢板剪力墙结构上出现温度裂缝，是一种施工中的常见现象。为了避免温度裂缝影响剪力墙稳定性、耐久度，施工团队应在施工作业时控制好温度应力、做好混凝土养护，降低温度裂缝出现的可能性。面对已经出现的温度裂缝，施工团队应做好补救处理，降低裂缝带来的负面影响。

参考文献：

[1]杨亚星,贺海燕,杨洋等. 钢混组合剪力墙温度裂缝开裂机理及预防措施 [J]. 天津建设科技, 2022, 32 (06): 44-49.

[2]吉尼. 超高层建筑地上剪力墙结构收缩裂缝的控制策略 [J]. 居舍, 2020, (17): 47-48.

[3]裴鸿斌,王宜彬,于海申等. 超高层建筑钢板剪力墙混凝土裂缝控制研究 [J]. 建筑施工, 2019, 41 (01): 21-24.