付剛

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院　貴州　貴陽　550002）

水廠混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制措施分析

付剛

（貴州省建筑設(shè)計(jì)研究院貴州貴陽550002）

主要研究水廠混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制措施，對水廠混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)和主要裂縫形式進(jìn)行了詳細(xì)分析，并對主要裂縫的控制措施進(jìn)行了研究，并從設(shè)計(jì)、施工和養(yǎng)護(hù)等混凝土工程的全過程進(jìn)行裂縫控制，對今后水廠工程混凝土施工有著一定的參考價(jià)值。

水廠；混凝土；裂縫

結(jié)構(gòu)裂縫是非常常見的一種質(zhì)量問題，對結(jié)構(gòu)的安全性有重要的影響，對水廠來說，結(jié)構(gòu)裂縫會直接影響水廠的使用功能，造成水資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。污水處理廠、給水廠鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)的裂縫主要為“大體積混凝土變形裂縫”。對水廠來說，水池等結(jié)構(gòu)的混凝土往往厚度很薄，水化熱很小，但是往往收縮很大，而且水廠混凝土結(jié)構(gòu)對抗凍性能、抗?jié)B性能和清水外觀的要求很高，特別是常年在水浸泡環(huán)境下，處在半掩埋、半暴露狀態(tài)，環(huán)境氣溫變化以及收縮作用會使水池薄壁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生很強(qiáng)的裂縫傾向。

1　水廠混凝土結(jié)構(gòu)主要裂縫形式

污水處理廠、給水廠經(jīng)過一定時(shí)間運(yùn)營之后會出現(xiàn)不同的裂縫特征，分析裂縫產(chǎn)生的原因，對制定控制措施有著一定的優(yōu)勢。

1.1塑性裂縫

塑形裂縫有塑形沉降裂縫和早期干縮裂縫兩種形式，泵送混凝土施工的污水處理廠和給水廠的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)在底板、墻等表面系數(shù)很大的結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)這種裂縫。裂縫多是表面水平裂縫，中間很寬，為棱梭形狀，這種裂縫通常都出現(xiàn)在底板結(jié)構(gòu)上表面、池壁上表面和結(jié)構(gòu)變截面等位置。

塑性沉降裂縫產(chǎn)生主要是因?yàn)樵诨炷脸跄埃幱谧杂蔂顟B(tài)，即便經(jīng)過振搗之后排除了大部分空隙，但是混凝土內(nèi)部骨料仍會在自重作用下緩慢下沉，尤其是流動性過大/不足或者不均勻的情況下，凝結(jié)硬化之前沒有沉實(shí)，混凝土沉陷受到鋼筋阻礙、模板移動、基礎(chǔ)沉陷影響之后，通常在混凝土澆筑1～3h就會出現(xiàn)，并且多出現(xiàn)在鋼筋上表面。

早期干縮裂縫多在薄壁結(jié)構(gòu)、大風(fēng)天或者高溫施工底板結(jié)構(gòu)表面，這種裂縫往往在混凝土結(jié)構(gòu)初凝之前就開始發(fā)生了，養(yǎng)護(hù)不及時(shí)，局部裂縫就會造成整個(gè)結(jié)構(gòu)的貫穿。

1.2溫度裂縫

溫度裂縫多出現(xiàn)在大體積混凝土底板和長墻體結(jié)構(gòu)施工中，有內(nèi)部裂縫和表面裂縫兩種，通常都在混凝土澆筑后3～5d出現(xiàn)，初期很細(xì)，隨著時(shí)間推移而不斷擴(kuò)大，嚴(yán)重時(shí)可能會達(dá)到貫穿，嚴(yán)重時(shí)裂縫寬度甚至能夠發(fā)展到1～3mm。

混凝土內(nèi)部表面散熱條件存在差異，可能會造成溫度內(nèi)高外低的內(nèi)外溫差，可能會產(chǎn)生表面裂縫。墻體平均溫度高，溫度梯度大，變形大，就有可能在結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生貫穿性的裂縫。

混凝土內(nèi)部溫度受混凝土厚度、水泥品種、用量、保溫條件等因素的影響。結(jié)構(gòu)厚度越大，水泥用量越多，水泥水化熱值越大，內(nèi)部溫度升高產(chǎn)生的溫度應(yīng)力峰值也越大，導(dǎo)致裂縫傾向隨之增加。

水廠結(jié)構(gòu)多為大體積混凝土結(jié)構(gòu)，如底板基礎(chǔ)和水池長墻，其根部和基礎(chǔ)牢固連接，為超靜定結(jié)構(gòu)，其變形受到約束，溫度應(yīng)變受到阻礙，會產(chǎn)生較高的溫度應(yīng)力峰值，容易產(chǎn)生裂縫。溫度應(yīng)力與結(jié)構(gòu)尺寸有關(guān)，尺寸越大的混凝土內(nèi)外溫差控制越困難，溫度應(yīng)力峰值越大。水泥水化過程中會產(chǎn)生很大水化熱，造成混凝土結(jié)構(gòu)整體溫度上升，根據(jù)既往水廠施工建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)部溫度往往在澆筑之后的1～3d內(nèi)出現(xiàn)，此時(shí)是養(yǎng)護(hù)和溫度控制最關(guān)鍵的時(shí)機(jī)。

1.3收縮裂縫

對于水池結(jié)構(gòu)和長墻結(jié)構(gòu)等薄壁混凝土，收縮裂縫是比較容易出現(xiàn)，同時(shí)比較難控制的一種裂縫。收縮裂縫主要有干縮、自收縮兩種形式，是貫通裂縫的主要成因?；炷潦湛s通常都在澆筑后的90d以內(nèi)，后期干縮可持續(xù)數(shù)年。如果混凝土抗拉性能不良，就有可能導(dǎo)致開裂。充分利用膨脹土的膨脹特性能夠抵消一部分收縮，是一種比較優(yōu)秀的控制措施。

2　水廠混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制措施

2.1常見幾種形式裂縫的控制

2.1.1塑形裂縫

（1）控制水灰比

嚴(yán)格控制施工混凝土的水灰比，要求單方用水量控制在170kg/m3以下，滿足泵送和澆筑要求之后，盡量控制坍落度，控制其在160～180mm范圍內(nèi)比較合理。

（2）采用雙摻法

在混凝土中添加有效的泵送劑和摻合料提高混凝土的和易性，控制沉陷，例如加入Ⅰ級粉煤灰。

（3）采用分層澆筑

采用分層澆筑的方式，嚴(yán)密控制布料速度，不能集中下料產(chǎn)生堆積，防止出現(xiàn)漏振。

（4）提高振搗質(zhì)量

振搗是提高混凝土密實(shí)度的重要措施。施工過程中要注意變截面、預(yù)埋管件、止水帶等位置的分層澆筑和振搗工作，振搗結(jié)束之后在終凝之前進(jìn)行表面趕光壓實(shí)。

2.1.2溫度裂縫

（1）選用適用的原材料和配合比

水化熱積聚和分布不均衡是產(chǎn)生較大溫度應(yīng)力，誘發(fā)裂縫的重要原因。所以控制水化熱是減少溫度裂縫的必要措施?？梢赃x用低水化熱礦渣水泥或者摻多混合材的普通硅酸鹽水泥，同時(shí)還可以充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，控制水泥用量。

（2）選用合適的摻合料

混凝土中摻入優(yōu)質(zhì)粉煤灰可以明顯降低水化熱，還能替代水泥的作用，摻加粉煤灰之后，活性水泥水化生成的氫氧化鈣等產(chǎn)生了新的水化產(chǎn)物，提高了水泥的密實(shí)度，對混凝土后期強(qiáng)度有著明顯的提高。

（3）使用外加劑

摻加具有緩凝、減水和引起作用的外加劑，能夠明顯改善混凝土拌合物的性能，提高流動性、粘聚性和保水性，充分利用其緩凝作用能夠減緩水化反應(yīng)，降低水化熱溫度峰值，延遲峰值出現(xiàn)時(shí)間。

（4）控制級配

粗骨料需要選擇天然級配粗集料，提高混凝土的泵送性，控制用水量和水泥用量，細(xì)級配需要選用級配良好的中砂，降低水泥水化熱和溫升和收縮。

2.1.3收縮裂縫

（1）合理布置配筋

含鋼率不變情況下為補(bǔ)償混凝土裂縫，應(yīng)該采用小直徑、小間距的配筋方式。底板配筋通常都需要滿足補(bǔ)償收縮混凝土配筋率要求，對于大體積混凝土摻加膨脹劑之后則需要重點(diǎn)控制混凝土降溫速度以及混凝土內(nèi)外溫度差。

（2）合理設(shè)計(jì)混凝土配合比方案

設(shè)計(jì)配合比需要進(jìn)行常規(guī)設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)，同時(shí)增加混凝土限制膨脹率測試內(nèi)容。

（3）控制膨脹劑質(zhì)量

當(dāng)前市場上的膨脹劑質(zhì)量良莠不齊。市面上存在著一些不合格甚至是假冒偽劣產(chǎn)品，并且不同產(chǎn)品性能存在較大差別，對膨脹劑合理用量的確定造成了很大困難。所以在膨脹劑采購階段需要認(rèn)真甄別膨脹劑質(zhì)量，把好原料關(guān)。除此之外，還應(yīng)該從膨脹劑摻量和摻加方法方面著手進(jìn)行控制。并不是摻加了膨脹劑的混凝土就是膨脹混凝土，膨脹劑摻量不足會導(dǎo)致混凝土膨脹率低，不滿足要求，需要按照設(shè)計(jì)混凝土限制膨脹率大小來確定膨脹劑用量。

2.2設(shè)計(jì)施工階段的裂縫控制

設(shè)計(jì)階段：

（1）材料選用

鋼筋混凝土水池需要確定合適的混凝土強(qiáng)度等級。提高混凝土強(qiáng)度等級會增加水泥用量或者提高水泥標(biāo)號，混凝土收縮和水化熱作用也更加顯著，早期收縮裂縫的趨勢增加。因此水廠混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量選擇低熱硅酸鹽水泥或者礦渣硅酸鹽水泥。

（2）設(shè)計(jì)構(gòu)造措施

①減少邊界約束

結(jié)構(gòu)伸縮變形使用結(jié)構(gòu)強(qiáng)度抵抗是不現(xiàn)實(shí)的，采用疏導(dǎo)的方式減少構(gòu)筑物邊界約束，釋放結(jié)構(gòu)應(yīng)變，能夠有效釋放應(yīng)力。

②設(shè)置后澆帶

后澆帶是一種有效的釋放混凝土應(yīng)力應(yīng)變的方式，能夠有效消除硬化、養(yǎng)護(hù)和施工期間的結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力。

③使用外加劑

混凝土中摻加膨脹劑，通過混凝土膨脹量能夠消除混凝土硬化和養(yǎng)護(hù)期間的收縮變形，提高使用期間溫度變形適應(yīng)能力，避免產(chǎn)生溫度裂縫。

③提高結(jié)構(gòu)整體抗裂性能

在很多變截面和結(jié)構(gòu)形變位置，例如池壁和底板連接位置，應(yīng)該設(shè)置加強(qiáng)腋角，提高轉(zhuǎn)角位置剛度，分散池角應(yīng)力，并且鋼筋需要對稱設(shè)置，沿著壁體左右分成兩層。

（3）施工控制措施

①澆筑

施工之前就制定完整的混凝土澆筑方案，采用分層分段的澆筑方式，提高混凝土水化熱散發(fā)速度，控制內(nèi)外溫差。不同塊、段之間都采用一次混凝土連續(xù)澆筑，水平澆筑和分層澆筑均需要保證上下層混凝土在初凝之前有效結(jié)合，避免出現(xiàn)施工縫。

②控制混凝土入模溫度

為了避免混凝土冷縮裂縫，應(yīng)該盡量降低混凝土的入模溫度，可以通過冷卻骨料、降低水溫等措施著手進(jìn)行控制。

③混凝土振搗

保證混凝土振搗密實(shí)，避免出現(xiàn)漏振和過振，通常每點(diǎn)振搗時(shí)間在20～30s即可，混凝土表面無明顯下沉，不再出現(xiàn)氣泡表示振搗合格。

③混凝土養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完畢之后12h內(nèi)覆蓋麻袋澆水養(yǎng)護(hù)，澆水時(shí)間至少14d，保持混凝土在濕潤狀態(tài)，夏季要防止暴曬，選擇合適的拆模時(shí)間。

3　結(jié)束語

水廠混凝土面臨著更加復(fù)雜的服役條件，對結(jié)構(gòu)抗裂性能要求更高，在實(shí)際設(shè)計(jì)施工中需要通過合理布置結(jié)構(gòu)、設(shè)置必要構(gòu)造措施、合理設(shè)計(jì)配合比、精細(xì)化施工等措施，有效控制水化熱，減少結(jié)構(gòu)約束，才能夠降低混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫傾向，控制裂縫，保障水廠使用功能的正常發(fā)揮。

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TU755.7

A

1673-0038（2015）02-0001-02

2014-12-19

付剛（1973-），男，漢族，湖南常德人，高級工程師，大學(xué)本科，主要從事工作方向?yàn)榻Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。