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)的特點和主要裂縫形式進行了詳細分析，并對主要裂縫的控制措施進行了研究，并從設(shè)計、施工和養(yǎng)護等混凝土工程的全過程進行裂縫控制，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，造成水資源的嚴重浪費。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)過一定時間運營之后會出現(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)生主要是因為在混凝土初凝之前，處于自由狀態(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，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)護不及時，局部裂縫就會造成整個結(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，隨著時間推移而不斷擴大，嚴重時可能會達到貫穿，嚴重時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，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)，此時是養(yǎng)護和溫度控制最關(guān)鍵的時機。

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行表面趕光壓實。

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。可以選用低水化熱礦渣水泥或者摻多混合材的普通硅酸鹽水泥，同時還可以充分利用混凝土的后期強度，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，提高了水泥的密實度，對混凝土后期強度有著明顯的提高。

（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)計混凝土配合比方案

設(shè)計配合比需要進行常規(guī)設(shè)計和實驗，同時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)計混凝土限制膨脹率大小來確定膨脹劑用量。

2.2設(shè)計施工階段的裂縫控制

設(shè)計階段：

（1）材料選用

鋼筋混凝土水池需要確定合適的混凝土強度等級。提高混凝土強度等級會增加水泥用量或者提高水泥標號，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)強度抵抗是不現(xiàn)實的，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行控制。

③混凝土振搗

保證混凝土振搗密實，避免出現(xiàn)漏振和過振，通常每點振搗時間在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

混凝土澆筑完畢之后12h內(nèi)覆蓋麻袋澆水養(yǎng)護，澆水時間至少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，在實際設(shè)計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)計配合比、精細化施工等措施，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。

[1]遲陪云.大體積混凝土裂縫的起因及防治措施[J].混凝土，2012，12.

[2]富文權(quán).混凝土工程裂縫分析與控制[J].中國鐵道出版社，2011.

[3]劉興法.混凝土結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力分析[M].北京：人民交通出版社，2012.

[4]梁振輝，趙建國，張波，等.大體積混凝土施工方法的試驗研究[J].青島建筑工程學(xué)院學(xué)報，2012，25.

[5]趙清炎.住宅地下室長墻的防裂措施[J].施工技術(shù)，2011.

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，主要從事工作方向為結(jié)構(gòu)設(shè)計。