徐 明

（江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司， 江蘇 南京 210024）

混凝土的裂縫分析與控制案例

徐 明

（江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司， 江蘇 南京 210024）

摘 要：通過(guò)一地下構(gòu)筑物大體積混凝土澆筑后出現(xiàn)表面裂縫的實(shí)例，從設(shè)計(jì)、混凝土配合比及原材料、施工、養(yǎng)護(hù)及溫度控制等方面對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行了全面的綜合分析，并提出了相應(yīng)的預(yù)防控制措施。

關(guān)鍵詞：大體積混凝土；混凝土裂縫；水化熱；原因分析；措施

在電力工程以及化工、鋼鐵等大中型建設(shè)項(xiàng)目中，許多建筑物基礎(chǔ)、大型設(shè)備基礎(chǔ)、現(xiàn)澆的連續(xù)墻式結(jié)構(gòu)、地下構(gòu)筑物等都是大體積混凝土結(jié)構(gòu)，而在大體積混凝土工程施工中，經(jīng)常由于水泥水化熱引起混凝土內(nèi)部溫度和溫度應(yīng)力劇烈變化，而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。在混凝土結(jié)構(gòu)中，出現(xiàn)不同程度、不同形式的裂縫，是相當(dāng)普遍的現(xiàn)象，而且結(jié)構(gòu)物的裂縫也是不可避免的，但如何控制工程結(jié)構(gòu)裂縫，盡量避免出現(xiàn)貫穿性及縱深裂縫，防止有害裂縫，則是建筑工程中的技術(shù)難題，特別是對(duì)比較重要的建構(gòu)筑物將顯得尤為重要。在某電站工程建設(shè)中，承包商精心組織，精心施工，質(zhì)量控制嚴(yán)格，但在冷卻水泵房擋流墻區(qū)域施工后還是出現(xiàn)裂縫，經(jīng)過(guò)觀測(cè)，雖然都為表面裂縫，但我們還是組織承包商、業(yè)主、試驗(yàn)室等部門對(duì)裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行了探討分析，并采取了相應(yīng)的控制措施，以期有效控制混凝土裂縫的產(chǎn)生。

1 施工概況

該項(xiàng)目為國(guó)外設(shè)計(jì)，冷卻水泵房大部分屬于地下結(jié)構(gòu)，擋流墻位于基礎(chǔ)底板上，是泵房?jī)蛇M(jìn)水口之間的鋼筋混凝土墻，平面尺寸為 20.80 m×11.53 m，高 6.74 m，標(biāo)高為 -14.7 m～-8.00 m，混凝土強(qiáng)度等級(jí)為 B30(相當(dāng)于中國(guó) C30)，抗?jié)B等級(jí)為 W10，要求采用抗硫酸鹽水泥。

承包商根據(jù)工程特點(diǎn)以及施工能力，將此區(qū)域分為三層施工，高度分別為 2.44 m，2.44 m 及 1.86 m。施工采用大模板，高度為 2.44 m。第一層混凝土標(biāo)高為-14.74 m～-12.30 m，體積為 489 m3。在區(qū)域的中部及邊緣部位埋設(shè)兩組測(cè)溫點(diǎn)，每組分別在上部、中部、下部三個(gè)不同高度處設(shè)三個(gè)測(cè)點(diǎn)，另外，在混凝土表面、側(cè)面保溫層內(nèi)、保溫層外各設(shè) 1 個(gè)測(cè)點(diǎn)。整個(gè)測(cè)溫采用 ICS-01 循回測(cè)溫儀。本區(qū)域混凝土 5月份施工，混凝土由攪拌站統(tǒng)一生產(chǎn)供應(yīng)，并采用兩臺(tái)泵車泵送，混凝土入模溫度最高為 24.6℃，混凝土澆筑采用斜面分層法澆筑?；炷两K凝后，表面覆蓋兩層草簾、一層塑料薄膜，側(cè)面掛一層草簾進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)。

混凝土澆筑后，即進(jìn)行測(cè)溫，從測(cè)溫記錄觀察，混凝土核心最高溫度 75℃，混凝土內(nèi)外溫度未超過(guò) 25℃(理論計(jì)算核心溫度 67.5℃，降溫遞度前 14 d 控制在 3℃/d 以內(nèi)，14 d 后控制在 1.5℃/d 以內(nèi))。實(shí)測(cè)降溫速度見(jiàn)表 1。

表 1 截面中心降溫記錄

2 裂縫情況

在掀開(kāi)混凝土表面養(yǎng)護(hù)層及側(cè)面模板拆除后，發(fā)現(xiàn)表面與側(cè)面產(chǎn)生裂縫，表面有 3 條分布比較均勻的通長(zhǎng)橫向裂縫，端部 1 條 6 m 長(zhǎng)的縱向裂縫，側(cè)面出現(xiàn)相應(yīng)于橫向裂縫位置的豎向裂縫。裂縫的寬度、深度如表 2 所示，其中 1# 及2# 為表面縱向裂縫，3# 及 4#、5# 及 6#、7# 及 8# 為表面橫向裂縫，9# 及 10#、11# 為側(cè)面裂縫。通過(guò)分析，考慮該結(jié)構(gòu)所處環(huán)境，保護(hù)層厚度滿足設(shè)計(jì)要求，鋼筋混凝土裂縫寬度未超過(guò) 0.4 mm，確定該區(qū)域裂縫為表面裂縫，側(cè)面裂縫做封閉處理，表面裂縫鑿 V 形槽后與上層混凝土一起澆筑處理。

表 2 裂縫的寬度和深度

3 裂縫原因分析及控制措施

混凝土裂縫在施工中是一種常見(jiàn)的質(zhì)量通病，而大體積混凝土更容易產(chǎn)生裂縫，混凝土結(jié)構(gòu)所出現(xiàn)的裂縫，有的破壞結(jié)構(gòu)的整體性，影響結(jié)構(gòu)的承載能力；有的雖對(duì)結(jié)構(gòu)無(wú)多大影響，但會(huì)引起鋼筋銹蝕，降低結(jié)構(gòu)物的耐久性，或發(fā)生滲漏，影響建筑物正常使用；另外，裂縫的存在影響建筑物的外觀，給使用者不安全的感覺(jué)。

混凝土產(chǎn)生裂縫的原因很多，有材料自身的因素，也有外部環(huán)境作用的因素。而裂縫產(chǎn)生大部分直接原因主要是溫度收縮，這是內(nèi)因，而內(nèi)因是由施工多環(huán)節(jié)的外因而引起的，針對(duì)本工程大體積混凝土出現(xiàn)的裂縫，結(jié)合項(xiàng)目具體情況，將從設(shè)計(jì)、配合比及原材料、施工、養(yǎng)護(hù)及溫控等方面進(jìn)行綜合分析。

3.1 設(shè)計(jì)方面

3.1.1 原因分析

該工程由國(guó)外設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)的方式內(nèi)容特別是構(gòu)造要求都與國(guó)內(nèi)有所差別。地下結(jié)構(gòu)大體積混凝土的最佳構(gòu)造配筋率為 0.5％，因?yàn)楹侠淼呐浣羁商岣呓Y(jié)構(gòu)的抗裂性，但設(shè)計(jì)中該區(qū)域構(gòu)造配筋較少，只有外側(cè)及表面為ф16@200×200 mm的雙向配筋。施工圖中設(shè)計(jì)保護(hù)層為 80 mm，實(shí)際施工中部分位置達(dá)到 90 mm 左右，導(dǎo)致表面及側(cè)面形成較厚素混凝土層，受到溫度應(yīng)力后，容易產(chǎn)生裂縫。而擋流墻位于基礎(chǔ)底板上，受到約束較大，溫度應(yīng)力也很難消散。

3.1.2 控制措施

由于部分設(shè)計(jì)已無(wú)法修改，中方已與外方設(shè)計(jì)代表就中外規(guī)范差別進(jìn)行了商討，由設(shè)計(jì)后援院對(duì)外方設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行審查，并制定了施工構(gòu)造要求，盡量使設(shè)計(jì)圖紙?jiān)谑┕ぶ袧M足中國(guó)規(guī)范要求。

由于無(wú)法更改設(shè)計(jì)的情況下，在施工分區(qū)表面較薄弱鋼筋較少的部位加設(shè)φ12@200×200 mm 雙向溫度筋。并且嚴(yán)格控制保護(hù)層厚度，在裂縫敏感部位，根據(jù)需要可在外側(cè)加設(shè)鋼筋網(wǎng)片。

3.2 配合比及原材料方面

3.2.1 原因分析

該項(xiàng)目 B30W10 配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表 3，其中小碎石粒徑為 5 mm～20 mm，大碎石粒徑為 16 mm～31.5 mm，水泥為525# 抗硫酸鹽水泥。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，5 組混凝土試塊抗壓強(qiáng)度平均值為 49.08 MPa，而國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)的 B30 混凝土平均強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到38.56 MPa(中國(guó)標(biāo)準(zhǔn) C30 統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度值達(dá)到 38.96 MPa)，實(shí)際強(qiáng)度大大超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)強(qiáng)度值。我國(guó)的規(guī)范中規(guī)定大體積混凝土在保證混凝土強(qiáng)度及坍落度要求的前提下，應(yīng)提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。所以可以認(rèn)為，該大體積混凝土配合比中骨料含量偏少，水泥標(biāo)號(hào)偏高，用量偏大，導(dǎo)致水化熱必然增加，這是裂縫產(chǎn)生的重要原因之一。

表 3 混凝土配合比

原材料主要從水泥和粗細(xì)骨料上分析。

施工中采用的粗細(xì)骨料主要來(lái)源于現(xiàn)場(chǎng)就地機(jī)制加工，砂石中石粉含量較多。因在其他類似工程中也有使用，所以要求砂石含泥量(包括石粉量)不超過(guò) 6％。盡管這些石屑粒徑較小，但這部分石屑的內(nèi)比表面積遠(yuǎn)大于粉煤灰的內(nèi)比表面積，雖對(duì)混凝土強(qiáng)度無(wú)影響，但摻合料內(nèi)比表面積越大，混凝土的干縮也就越大。

3.2.2 控制措施

由于工程的特點(diǎn)，在配合比設(shè)計(jì)上，采用了較大的安全系數(shù)。但也意識(shí)到，在保證強(qiáng)度的前提下，也應(yīng)考慮大體積混凝土抗裂問(wèn)題。目前試驗(yàn)室及承包商等部門正在進(jìn)行國(guó)外與中國(guó)規(guī)范在配合比設(shè)計(jì)、混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)方法及強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)等方面的比較，以分區(qū)段調(diào)整配合比，減少大體積混凝土中水泥用量，滿足現(xiàn)場(chǎng)大體積混凝土施工的需要。

通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)兩種水泥進(jìn)行比較，普通硅酸鹽水泥的各項(xiàng)物理力學(xué)性能指標(biāo)和礦物質(zhì)組成均能達(dá)到抗硫酸鹽水泥的技術(shù)指標(biāo)，而且水泥水化熱源值較低(普通硅酸鹽水泥 7 d 水化熱原值平均為 229 kj/kg，抗硫酸鹽水泥的 7 d 水化熱源值平均為 264 kj/kg)，而大體積混凝土中應(yīng)盡量選用低水化熱水泥，7 d 水化熱源值不宜大于 250 kj/kg。所以后續(xù)施工大體積混凝土中已用較低的 52.5 普通硅酸鹽水泥代替抗硫酸鹽水泥，以減少混凝土的水化熱。

嚴(yán)格控制大體積混凝土施工用的粗細(xì)骨料含泥量，必要時(shí)用水沖洗，保證砂石中含泥量滿足規(guī)范要求。

3.3 施工方面

3.3.1 原因分析

承包商根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，將此區(qū)域按大模板的高度分為三層施工。但從實(shí)際情況分析，平面尺寸應(yīng)該不算大，但高度2.44 m 偏大?；炷梁诵臏囟容^高，而表面散熱系數(shù)相對(duì)較小，水化熱消散也就較慢。

2.1 三組患者手術(shù)相關(guān)指標(biāo)的比較 三組患者手術(shù)時(shí)間、術(shù)中出血量、手術(shù)費(fèi)用比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。其中，鼻竇開(kāi)放組和上頜竇根治組手術(shù)時(shí)間長(zhǎng)于球囊擴(kuò)張組(P<0.01)，術(shù)中出血量大于球囊擴(kuò)張組(P<0.01)，手術(shù)費(fèi)用低于球囊擴(kuò)張組(P<0.01)。見(jiàn)表1。

為滿足泵送要求，混凝土水灰比、坍落度較大，且骨料比較細(xì)，又不是連續(xù)級(jí)配，施工中又采用大模板，因此在振搗過(guò)程中，混凝土流動(dòng)性較大，粗骨料容易下沉，而水及細(xì)骨料留置于側(cè)面及上表面，使側(cè)面及上表面混凝土強(qiáng)度比較薄弱，而且混凝土保護(hù)層又較大，鋼筋少，這部分混凝土受到溫度應(yīng)力，更易產(chǎn)生表面裂縫。

由于受設(shè)備選型的影響，承包商施工未用布料機(jī)，而是采用管道泵送混凝土，出料口用軟管連接，澆筑時(shí)采用斜面分層逐步推進(jìn)法，也就不容易控制混凝土上下層之間的水化熱散發(fā).

3.3.2 控制措施

對(duì)于大體積混凝土分塊，理論上沒(méi)有明確的界限(規(guī)范上只要求分隔縫不超過(guò) 30 m)，因?yàn)榉謮K越多，形成的施工縫也就越多，對(duì)混凝土抗?jié)B、抗震也不利，給施工也帶來(lái)困難。承包商對(duì)此重新進(jìn)行了分區(qū)，平面尺寸不變，只沿高度方向分為 1.7 m、1.7 m 、1.7 m 及 1.64 m。在其他項(xiàng)目中，原則上規(guī)定大體積混凝土分塊尺寸長(zhǎng)寬不宜大于 20 m，高度不宜大于 1.8 m 。

操作人員在進(jìn)行混凝土振搗過(guò)程中要嚴(yán)格按照規(guī)范進(jìn)行，不能欠振，也不能過(guò)振，出現(xiàn)泌水現(xiàn)象時(shí)，要及時(shí)清除表面積水。混凝土澆筑后 4 h～6 h 內(nèi)可能在表面上出現(xiàn)塑性裂縫，可采用二次壓光或二次澆灌層處理，表面混凝土終凝前用鐵滾壓實(shí)并打毛，使表面混凝土密實(shí)，就不易出現(xiàn)收縮裂縫。

在設(shè)備方面，其他區(qū)域已考慮采用布料機(jī)，在繼續(xù)采用管道泵送混凝土的區(qū)域，要求加強(qiáng)混凝土振搗順序和振搗工藝。

3.4 養(yǎng)護(hù)及溫度控制方面

3.4.1 原因分析

承包商在混凝土澆筑完后，及時(shí)進(jìn)行了養(yǎng)護(hù)，能夠滿足保溫要求，但表面定期灑水潤(rùn)濕措施不力，側(cè)面模板也一直未拆，養(yǎng)護(hù)水無(wú)法進(jìn)入側(cè)面混凝土，使混凝土表面容易產(chǎn)生干縮裂縫。

在溫度控制方面，一般認(rèn)為混凝土內(nèi)外溫差不超過(guò)25℃，保溫就達(dá)到要求，但忽略了散熱，在實(shí)際情況中必須根據(jù)測(cè)溫記錄，在保證溫差不超過(guò) 25℃ 和降溫速度的條件下，定期加減混凝土表面的覆蓋物，才能使混凝土內(nèi)部的水化熱及早散發(fā)。

3.4.2 控制措施

混凝土澆筑完后，立即進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，在保溫的同時(shí)，應(yīng)做好混凝土表面的濕潤(rùn)，混凝土終凝后，將外模脫開(kāi)一縫隙，以便養(yǎng)護(hù)水進(jìn)入，澆水量以表面完全濕潤(rùn)為宜。

施工技術(shù)人員應(yīng)經(jīng)常檢查測(cè)溫記錄，保溫養(yǎng)護(hù)措施應(yīng)能滿足混凝土澆筑塊體的里外溫差和降溫速度的溫控指標(biāo)要求，同時(shí)也要根據(jù)混凝土表面溫度與環(huán)境溫度的差值及降溫速度來(lái)控制覆蓋物的厚度。

4 結(jié) 語(yǔ)

以上只是就混凝土施工過(guò)程中出現(xiàn)裂縫最直觀的原因進(jìn)行了分析，可見(jiàn)混凝土裂縫的產(chǎn)生是多種綜合因素的結(jié)果。在實(shí)際施工中我們應(yīng)該根據(jù)工程的不同特點(diǎn)、不同條件，在施工前、施工中和施工后，采取相應(yīng)的預(yù)控措施，妥善處理溫差的變化，正確合理地減少或消除溫度變化引起的應(yīng)力，把混凝土裂縫開(kāi)展控制到最小程度，或者不出現(xiàn)裂縫。

中圖分類號(hào)：TU712

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1007-4104(2014)09-0075-03

收稿日期：2014-05-13

作者簡(jiǎn)介：徐 明(1967—)，男，高級(jí)工程師。

通信地址：江蘇省南京市北京西路22號(hào) 江蘇省宏源電力建設(shè)監(jiān)理有限公司。