混凝土超长墙体施工期裂缝全过程防治施工工法

完成单位：辽宁金庆建设集团有限公司

主要完成人：张永玉、朱振国、朱楠、王博、扈京宇

1 前言

混凝土施工期裂缝多发生在混凝土浇筑后的数天或十几天的时间段内，也有在浇筑完毕的几个月后仍主要因间接作用产生裂缝的。混凝土施工期裂缝可能会对建筑的使用功能、耐久性及观感造成影响；某些情况下还可能影响到结构的承载能力；有时即使对建筑的使用功能、耐久性及承载能的影响不大，也会对用户心理等造成不良影响。混凝土结构产生施工期裂缝后，长期找不到确切原因，没有办法有效处理的工程事例也非常多。特别是某些较为复杂的裂缝问题或由诸多因素复合诱发的裂缝问题，不容易发现其主要矛盾所在，原因不能确定，也很难有好的处理效果。

辽宁金庆建设集团有限公司联合相关科研院所，建立了预拌混凝土施工期裂缝防治全过程控制体系，提出了基于全过程控制的预拌混凝土超长墙体施工期裂缝控制技术，该技术在地下室混凝土墙体施工中得到应用，取得了良好的控制效果，经有关部门检测，“剪力墙中混凝土的收缩和膨胀都在允许的范围内，所监测墙体没有发现肉眼可见裂缝。”

2 工法特点

2.1 该工法强调全过程控制，从原材料优选、配合比优化、结构设计及构造、施工过程控制、管理等方面综合提出有效措施预防、控制裂缝的产生，可以取得良好的施工期裂缝控制效果。

2.2 混凝土配合比设计方面在传统设计的基础上提出了专门的混凝土抗裂优化设计。

2.3 长墙混凝土浇筑采用跳仓无缝施工技术，可以更好地保证建筑功能使用要求，在质量、工期、造价技术经济效能等方面具有先进性和新颖性。

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3 适用范围

该工法适用于采用预制混凝土现浇施工的超长墙体施工期间裂缝防治。

4 工艺原理

现浇混凝土结构在施工期间开裂，有些是由单一因素引起的，如环境温度、湿度变化等；原材料及配合比：混凝土配合比不合理，各种原因导致的混凝土过大收缩变形等；施工过程：养护方案不合理等。但更多的裂缝不是由单一因素引起，而是上述多种原因的综合作用形成。

施工中也必须全过程控制，从原材料优选、配合比优化、结构设计及构造措施优化、施工过程控制、管理等方面提出综合有效措施防治预制混凝土施工期裂缝。

本工法强调全过程控制，上述方面综合提出有效措施预防、控制裂缝的产生，不能忽略其中任何一个方面。具体为：

1 在传统混凝土配合比设计的基础上进行专门的原材料优选及混凝土配合比优化设计；

2 考虑预拌混凝土施工期裂缝防治的要求，进行结构设计及构造措施的优化；

3 考虑预拌混凝土施工期裂缝防治的要求，加强混凝土浇筑、养护等施工过程的有效控制。

5 施工工艺流程及操作要点

5.1 工艺流程

进行预拌混凝土超长墙体施工期裂缝控制，必须建立全过程控制体系。该体系是在传统混凝土工程工艺流程的基础上，针对施工期裂缝防治完善而成。

主要工艺流程如图5.1-1所示。

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基于裂缝防治的结构及构造措施优化

混凝土浇筑 混凝土拌制及运输 混凝土原材料优选 配合比体积稳定性优化设计 混凝土养护及拆模 图5.1-1 预拌混凝土超长墙体施工期裂缝工艺流程 5.2 操作要点

5.2.1基于裂缝防治的结构及构造措施优化

1要求混凝土具有足够的强度，较小的早期收缩变形及良好的抗裂能力； 2较长的现浇钢筋混凝土墙体是收缩裂缝的高发区，墙体中的钢筋除应满足强度要求外，应充分考虑混凝土收缩而加强，应有足够的配筋率，钢筋布置宜细而密分布。水平构造钢筋宜置于受力钢筋外侧，当置于内侧时，宜在混凝土保护层内加设防裂钢筋网片图5.2.1-1)。

图5.2.1-1 墙体混凝土保护层内配置钢筋网片

配筋率及间距应考虑混凝土收缩变形规律，结合结构计算和工程经验确定。 建议：钢筋混凝土剪力墙的水平和竖向分布钢筋的配筋率sh(sh Ash，bsV 3

sV为水平分布钢筋的间距)和SV(SV ASV，sh为竖向分布钢筋的间距)不应bsh小于0.2%。结构中重要部位的剪力墙，其水平和竖向分布钢筋的配筋率宜适当提高。

剪力墙中温度、收缩应力较大的部位，水平分布钢筋的配筋率宜适当提高。 3 墙中的预埋管线宜置于受力钢筋内侧，当置于保护层内时，宜在其外侧加置防裂钢筋网片。预留孔、预留洞周边应配有足够的加强钢筋并保证有足够的锚固长度。

5.2.2混凝土原材料优选

为控制预拌混凝土施工期间收缩裂缝的发生，预拌混凝土供应方应对混凝土原材料进行优化选择。

1 从控制裂缝的角度考虑，水泥品种优先选择的次序宜为：低碱水泥、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；大体积混凝土宜选用低热水泥。无特殊要求时，不宜选用早强水泥、含碱量较大的水泥、较细的水泥。有条件的宜对水泥进行抗裂性能试验和评价(圆环法)。

2 在混凝土中宜加入一定量的粉煤灰或磨细矿渣（部分替代水泥），掺量通过配合比设计、试验确定，以改善混凝土的抗裂性能。当混凝土中掺入矿粉时，矿粉细度宜与水泥的细度接近。掺加硅灰时，应有可靠的技术措施。有条件的也宜对混凝土掺合料进行抗裂性试验和评价。

3 掺加合适的外加剂有利于裂缝的防治，选择外加剂时，应注意外加剂之间的相容以及与水泥的相容性。对于抗裂性要求高的混凝土，合适条件下宜选用具有减缩抗裂性能的外加剂。

4 宜选用级配良好的粗、细骨料。

5 在混凝土中掺入一定量的纤维、有机聚合物，可提高混凝土的抗裂性能。有机纤维如聚丙烯、尼龙类纤维，能提高混凝土塑性抗裂性能；钢纤维能提高塑性抗裂性能和硬化后混凝土抗裂性能。在纤维分散度良好的情况下，混凝土抗裂性能随着纤维掺量的提高而提高。 5.2.3 配合比体积稳定性优化设计

对要求施工期间不出现早期裂缝的结构(构件)，预拌混凝土供应方应在优选

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原材料和常规配合比设计的基础上，进行抗裂配合比优化设计，使混凝土除具有符合设计和施工所要求的性能外，还具有抵抗收缩开裂所需要的性能。

在进行抗裂配合比优化设计时应遵循以下原则： 1 最小单位用水量或最小胶凝材料用量原则

在满足混凝土强度和工作性能的前提下，选择最小胶凝材料用量，增大骨料体积。

2 最大骨料堆积密度原则

使骨料堆积密度最大：控制骨料的合理级配，减小骨料空隙率，以减少胶凝材料用量。

3 适当水灰比原则

水灰比过大或过小时均可能导致收缩加大、抗裂性能降低，应选择合适的水灰比，满足强度和耐久性的要求，不过大或过小。

配合比抗裂优化设计的过程如图附5.2.3 1-1所示。

具体设计步骤如下：

假定混凝土已经经过常规配合比设计及调整，原材料用量及性能确定，设原混凝土配合比参数为：水泥用量、表观密度分别为C(kg/m3)、C；矿物掺合料

图附5.2.3 1-1 混凝土配合比抗裂优化设计过程

收缩、抗裂试验及评价、调整 抗裂优化设计 原材料优选 常规混凝土配合比设计 （满足强度和施工性能要求） 5

用量、表观密度分别为F(kg/m3)、F；用水量为W(kg/m3)；外加剂用量为

A(kg/m3)；粗骨料用量、表观密度分别为G、g；细骨料用量、表观密度分别为S、s。

1 称量、计算原配比粗骨料堆积密度

将原骨料分三层装入10L容量同，在振动台上分层振实、刮平，测定其质量m0，计算其堆积密度0,g (kg/m3)；

2 试配确定粗骨料优化级配

将两种或两种以上的单粒级粗骨料分别组合若干组，按上述方法分别测定其堆积密度，取其中堆积密度最大的一组为优化级配，其堆积密度计算为y0,g (kg/m3)；

3 计算粗骨料的空隙率

yg0,gg0,g原级配骨料： g = 优化级配骨料：yg =

gg 4 计算优化级配后粗骨料体积

Vyg =Vg×

5 确定优化后配合比

1gy1g

1)优化后和优化前胶凝砂浆体积之比为：

(VcVfVwVsVa)(VgyVg)(VcVfVwVsVa) 式中Va——混凝土中气体体积；

2)优化后水泥用量为： 3)优化后矿物掺合料用量为：

Cy =C× Fy =F× 4)优化后外加剂用量为： 5)优化后用水量为：

Ay =A× Wy =W× 6)优化后粗骨料用量为： 7)优化后细骨料用量为：

Gy =Vyg×g Sy =S× 优化后选定的配合比尚应进行收缩、抗裂试验及评价。

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5.2.4 收缩、体积稳定性试验及评价

为提供有良好抗裂性能的混凝土，预拌混凝土供应方应在优选原材料、优化配合比的基础上进行收缩、体积稳定性试验及评价。

详见附件1。 5.2.5 混凝土拌制及运输

1 为有效进行预拌混凝土施工期裂缝控制，混凝土拌制应有详细的技术要求，应严格记录每车混凝土的搅拌时间、出站时刻、进场时刻、开始浇筑时刻、浇筑完成时刻，并分批汇总分析。记录见表5.2.5-1。

预拌混凝土拌制及浇筑记录样表 表5.2.5-1

车次 1 2 3 … 汇总分析： 搅拌时间 出站时刻 进场时刻 开始浇筑时刻 浇筑完成时刻

2 在风雨或暴热天气输送混凝土，容器上应加盖，以防进水或水份蒸发。冬期施工应加以保温。 5.2.6 混凝土浇筑

1 混凝土的入模坍落度不宜过大，严禁在搅拌机外二次加水搅拌。 2 混凝土浇筑时，应保证振捣的时间和位置，防止漏振、欠振和过振。对已经初凝的混凝土不应再次进行振捣，避免破坏已形成的混凝土结构强度，应待其充分凝固、硬化后按施工缝进行处理。

3 对于墙与板等截面相差较大的构件或结构，应先浇筑较深的部分，根据气候条件静停0.5~1.5小时后再与较薄部分一起浇筑，以防止沉降裂缝的产生。

4 施工缝的留置应严格按设计要求和施工技术方案确定。超长的墙体宜采用无缝跳仓施工技术，以有效控制其收缩、温度裂缝。

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5.2.7 混凝土养护及拆模

1 混凝土初凝后应及时养护。墙体采用保温保湿效果较好的木模板时，可适当延缓拆模时间，或采用模板上口开小缝隙的方法，小水慢淋进行墙体养护（图5.2.7-1）。

2 模板拆除除应符合强度及外观的限定要求外，还应考虑混凝土水化温升、温降变化规律及混凝土收缩变化规律、自然环境温度、湿度、风速、日照等情况，合理确定拆模时间。不宜在混凝土温度峰值时拆除模板及淋冷水养护。

3 混凝土施工应根据天气情况，尽量避免雨中混凝土浇筑施工，防止刚浇筑完的混凝土被雨水浇淋。

4 在干燥、高温、暴晒或风力较大的环境条件下浇筑的预拌混凝土或泵送混凝土，应加强覆盖或保湿养护。

图5.2.7-1 墙体混凝小水慢淋养护

6 材料与设备

6.1材料

6.1.1 混凝土用水泥、骨料、水应符合国家现行标准的规定。

6.1.2 在混凝土中宜加入一定量的粉煤灰或磨细矿渣（部分替代水泥），掺量通过配合比设计、试验确定，以改善混凝土的抗裂性能。粉煤灰或磨细矿渣应符合国家现行标准的规定。

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6.1.3掺加合适的外加剂有利于裂缝的防治。掺加的外加剂应符合国家现行标准的规定，并应注意外加剂之间的相容以及与水泥的相容性。

6.1.4在混凝土中掺入一定量的纤维、有机聚合物，可提高混凝土的抗裂性能。掺加的纤维应符合国家现行标准的规定。 6.2 设备

混凝土搅拌系统：搅拌机、磅称、小推车、铁锹、泥浆泵等，要求搅拌均匀、计量准确；混凝土搅拌运输车、混凝土泵、混凝土内部振动器、附着式振动器、洒水养护装置；经纬仪、水准仪、钢卷尺、水平尺、轻便脚手架。

预拌混凝土收缩及体积稳定性评价设备见附表1。

7 质量控制

7.1 应满足的国家和地方有关标准、规范

除按上述施工工艺进行严格操作控制外，还应满足国家和地方的有关标准、规范，见表7-1。

表7-1 该工法应满足的有关标准、规范

序号 1 2 3 4 5 名 称 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》 《普通混凝土力学性能试验方法标准》 《建筑工程施工质量验收统一标准》 《混凝土结构工程施工质量验收规范》 《普通混凝土配合比设计规程》 编号及版本 GB/T50080—2002 GB/T50081—2002 GB50300－2001 GB50204－2002 JGJ55—2000 备 注

7.2 施工期裂缝质量控制

1 新拌混凝土质量控制

新拌混凝土的坍落度不宜过大，在控制混凝土坍落度的同时应控制有合适的

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坍落扩展度，试验按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T50080—2002）进行。

2 硬化混凝土质量控制

硬化混凝土的强度和外观应符合《混凝土结构工程施工质量验收规范》（GB50204－2002）的规定。墙体允许偏差见表7.2-1。

墙体允许偏差 表7.2-1

项 目 轴线位置 层高≤5m 垂直度 层高＞5m 标高9层高） 10 ±10 经纬仪或吊线、钢尺检查 水准仪或拉线、钢尺检查 允许偏差（mm） 5 8 检验方法 钢尺检查 经纬仪或吊线、钢尺检查

混凝土施工完毕不应出现肉眼可见裂缝。

8 安全措施

8.1坚决贯彻“安全第一、预防为主”的安全生产方针，按照《建筑工程安全规程》组织施工，执行《建筑机械使用规程》、《施工现场用电安全技术规范》。建立安全生产管理体系，项目负责人对安全生产工作进行全面领导，项目安全员主要负责施工现场的安全工作，对安全生产进行全面的管理。

8.2认真落实安全生产岗位责任制、交底制和奖罚制。每道工序施工前必须逐级进行安全交底，并落实到书面上。从事施工的各级人员，必须持证上岗，各级机械操作人员，严格遵守操作规程，无证上岗、酒后上岗，违章作业造成事故的追究当事人直接责任。

8.3混凝土浇筑施工作业中，要注意观察模板及支架、混凝土输送泵管等有无过大变形或松脱现象，发现问题，应及时处理。

8.4施工现场用电必须有专人管理，严格遵守各项用电操作规程，严禁违章作业，非电工人员不得擅自操作用电作业。

8.5建立完善的施工安全保证体系，加强施工作业中的安全检查，确保作业标准化、规范化。

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9 环保措施

9.1环境管理目标：施工现场环境管理，符合施工环保要求。

9.2环境管理措施：在严把质量关的基础上加大施工现场文明管理与环境防治工作，具体如下：

1 任务下达前，由项目工程师按国家或地方有关施工环保措施及企业环境管理体系要求，进行必要的培训。

2 现场加大管理力度，杜绝混凝土运输车辆遗洒及施工现场的扬尘，减少环境污染，混凝土运输车辆进出大门时必须清理干净。

3 按国家、地方（行业）对机动车尾气排放的要求，对混凝土运输及浇筑用车进行检修，并通过检测合格。

4 认真执行国家、地方（行业）对减少施工噪声的要求，将混凝土施工噪声控制在允许范围之内。

10 效益分析

10.1社会效益：裂缝综合防治中，为改善混凝土的抗裂性能，要求在混凝土中加入一定量的粉煤灰或磨细矿渣（部分替代水泥），可以节约能源、资源，减少CO2的产生，更有利于环境，符合可持续发展战略。

10.2经济效益：采用基于全过程控制的裂缝综合防治技术，在混凝土中加入一定量的粉煤灰或磨细矿渣，采用整体跳仓浇筑，达到了节约工期，降低成本的目的。其中最显著的成果为朝阳市建平县红山新城商务中心行政办公楼A1楼工程地下室长墙裂缝控制中，直接经济效益率为1.73%。

11 应用实例

11.1建平县红山新城商务中心行政办公楼A1楼，工程地点为建平红山新城商务中心区行政中心板块中轴线上，南侧为繁荣路，北侧为自然山丘；

本工程总建筑面积87730.78㎡，结构形式：框架、剪力墙结构，基础形式为桩筏基础。地下室外墙较长（周长312.2m，最长直线距离为122.9m），C45S8混凝土，采用基于全过程控制的预拌混凝土超长墙体施工期裂缝控制技术，从原材料优选、配合比优化、结构设计及构造措施优化、施工过程控制、管理等方面综

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合采取措施，取得了良好的控制效果，经质监站检测，“剪力墙中混凝土的收缩和膨胀都在允许的范围内，所监测墙体没有发现肉眼可见裂缝。”

11.2开原市业务技术综合楼，本工程的施工地点为开原市滨水新城大街西侧。

本工程主体为框架结构，地上九层，地下一层，东侧为三层裙房，西侧为四层裙房。基础形式为筏板基础和基础。总建筑面积16692平方米，其中地下室为2707平方米。建筑物总高度40.2m，辅楼高度14.1m。地下室外墙较长（周长174m，最长直线距离为56.7m）混凝土抗渗等级P6，采用基于全过程控制的预拌混凝土超长墙体施工期裂缝控制技术，从原材料优选、配合比优化、结构设计及构造措施优化、施工过程控制、管理等方面综合采取措施，取得了良好的控制效果。

11.3沈阳市技术侦查楼，本工程施工地点为沈阳市东陵区汇泉路与金剑街交汇处41号地块。

本工程总建筑面积为29959.21平米，其中：地下一层及半层地下室，地上19层，地下建筑面积为3663.26平米，其中车库建筑面积为3065.47平米，设备用房建筑面积为597.79平米；半地下配套用房建筑面积2274.98平米，地上建筑面积为24020.97平米；地下一层外墙较长，采用基于全过程控制的预拌混凝土超长墙体施工期裂缝控制技术，从原材料优选、配合比优化、结构设计及构造措施优化、施工过程控制、管理等方面综合采取措施，取得了良好的控制效果。

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附件1 收缩、体积稳定性试验及评价

1 混凝土早期收缩性能测试

测试用试模用有机玻璃粘接而成，试模内底衬有特氟纶，长方向的内侧衬有可抽式的侧板，端板留有安装预埋测头的孔。也可以测量自收缩，密封盖与试模之间设有密封垫，以保证测定自收缩时，试件与外界无介质交换。

可以认为混凝土早期收缩测试试件处于六方均无约束状态。 收缩测量采用精度为0.01mm的百分表。

测试过程：试件模具准备 → 试件成型 → 初凝后抽出长方向及端部侧板，同时安装百分表 → 读初始读数，开始正式测试。

混凝土试件成型前小心准备好模具，清理干净，安放好底衬特氟纶板、长方向及端部可抽式的侧板，安装好测头(图附3-1，附3-2)。

图附3-1 混凝土收缩测量装置

1-混凝土；2-密封盖；3-测头；4-橡胶垫；5-特氟纶垫板；6-可抽式侧板

试件成型时注意仔细插捣，保证混凝土密实。试件成型后立即放入标准条件试验室。

收缩试验在标准条件下进行：恒温恒湿室：20±2℃，60±5%。

试件放入标准条件试验室后保持随时观察，掌握好模具长方向及端部可抽式侧板的拔出时机。根据试验具体组别，混凝土在加水拌合约12小时初凝，此时应及时、小心地抽拔出模具侧板，并立即安装两端测头的百分表，同时读出百分表的初始读数。模具的长方向两侧及两端头可抽取式侧板和上述操作可以保证混凝土初凝后即可开始混凝土收缩的量测。

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图附3-2 混凝土收缩测量装置

正式读数时，0~24小时龄期内，每4小时读数一次；24~72小时龄期内，每8小时读数一次；3~7天龄期内，每12小时读数一次；7天以后每24小时读数一次。读数时同时记录环境温度、湿度，注意保持试验室标准条件。

最后对收缩测试结果进行分析评价，取用收缩、抗裂性能优的配合比。 2 混凝土塑性抗裂性能试验(平板抗裂试验)

混凝土塑性抗裂性能试验(平板抗裂试验)主要测试、评价混凝土在低龄期(塑性)阶段抗裂性能。

平板试验的试模主要包括滑动特氟纶板、周边带钢筋约束的模框、热源、风扇等，模框内框尺寸，长×宽×高：600mm×600mm×60mm，如图附3-3、附3-4所示。

图附3-3 平板抗裂试验

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图附3-4 平板抗裂试验模具 试验时将特氟纶板铺在专用试验台上，安装好试验模具。

将混凝土拌合物均匀地铺放在模框内，在振动台上将混凝土振实抹平，使混凝土表面与模框平齐。

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保证试验环境温度20±2℃，相对湿度(60±5)%，试件表面风速约5m/s。 0~24小时龄期内每30min观察一次，记录24小时内试件裂缝出现的条数、时间、部位以及每条裂缝的长度与宽度。若24小时没有出现裂缝，再延长观察时间，每隔2小时观察一次，但最长不超过72小时。超过72小时仍没有出现裂缝，则仔细分析原因，必要时重新做试验测试。

测试完毕综合用以下四个定量指标并用文字描述裂缝型式等情况进行分析评价。

1)首条裂缝发现时间(t)

t从混凝土加水搅拌后以小时/分计。时间越长塑性抗裂性能越好。 2)单位面积的裂缝条数(n)

nN 式(附3-1) A式中 n——单位面积的裂缝条数(条/m2)；

N——裂缝总条数；

A——平板表面积(0.36 m2)。

3)每条裂缝的平均开裂面积

1k AWiLi 式(附3-2)

2Ni1式中 A——平板试验每条裂缝平均开裂面积(mm2)； N——裂缝总条数(k)；

Wi——第i条裂缝的最大宽度(mm)；

Li——第i条裂缝的长度(mm)；

同条件下，A越小，塑性抗裂性能越好，反之越差。 4)单位面积的裂缝总面积

cA•n 式(附3-3)

式中 c——单位面积的裂缝总面积(mm2/m2)；

其余符号同上。

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附表1 该工法需要的设备（混凝土工程常规施工设备除外）

序号 1 套仪器 2 3 能试验平板 4 5 风扇 风速计 —— —— —— —— 2台 温湿度控制仪 混凝土塑性抗裂性600mm×600mm×60mm 2组 —— 20±2℃，60±5% 1台 名称 混凝土收缩计及配型号、规格 100 mm×100 mm×325 mm —— 2组 主要技术指标 数量

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