地鐵車站混凝土開(kāi)裂現(xiàn)象原因和控制措施

董獻(xiàn)國(guó) 胡曉曼

1安徽省水利科學(xué)院研究院（230088） 2安徽省建筑質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)站（230088）

1 裂縫產(chǎn)生的主要原因

1.1 水泥水化熱產(chǎn)生裂縫

水泥在水化過(guò)程中釋放出熱量，礦物成分C3A遇水后內(nèi)部溫度可升高至60℃，與表面環(huán)境造成的溫差引起較大的內(nèi)應(yīng)力，該內(nèi)應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度會(huì)導(dǎo)致澆筑完成的混凝土產(chǎn)生裂縫。80%～90%的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是由水化熱引起的。因此，混凝土結(jié)構(gòu)，尤其是大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制措施中，必須首先控制其水化熱的產(chǎn)生。

1.2 收縮產(chǎn)生的裂縫

1）自收縮。水化過(guò)程中C-S-H凝膠的產(chǎn)生，引起水泥漿體的絕對(duì)體積減小。如硅酸鹽水泥，其水泥漿體完全水化后，體積減縮7%～9%。

2）塑性收縮。由于新拌混凝土的各顆粒間充滿水，當(dāng)表面失水速率超過(guò)內(nèi)部水向表面遷移的速率時(shí)，引起毛細(xì)管中產(chǎn)生負(fù)壓，使?jié){體產(chǎn)生塑性收縮。

3）溫度收縮。由于水泥水化放熱過(guò)程中溫度升高，而后又逐漸冷卻至環(huán)境溫度時(shí)產(chǎn)生的收縮。其收縮性與混凝土水化過(guò)程中產(chǎn)生的最高溫度與周圍環(huán)境的溫差、本身的熱膨脹系數(shù)及降溫速率等因素有直接關(guān)系。

4）干燥收縮?；炷粮稍锸a(chǎn)生的收縮為干燥收縮，實(shí)測(cè)干縮率為 200×10-6～1 000×10-6。

1.3 外界氣溫變化引起的裂縫

混凝土體積會(huì)隨著拌和材料的溫度、水化過(guò)程的溫升產(chǎn)生膨脹，而隨混凝土表面不斷與外界發(fā)生熱量交換，產(chǎn)生溫差。溫差梯度越大，混凝土越容易產(chǎn)生裂縫，產(chǎn)生的裂縫寬度也越大。如果外界溫度下降較快，將使混凝土面產(chǎn)生很大的溫度應(yīng)力，容易造成混凝土產(chǎn)生裂縫。

1.4 外荷載作用產(chǎn)生的裂縫

工程中結(jié)構(gòu)物的裂縫原因，屬于變形變化 (溫度、收縮、不均勻沉陷)引起的裂縫占80%以上。屬于荷載引起的裂縫占20%左右。前述80%的裂縫中也包括變形變化與荷載共同作用，但以變形變化為主所引起的裂縫。在20%的裂縫中也包括變形變化與荷載共同作用，但以荷載為主所引起的裂縫。

2 裂縫的主要控制措施

研究發(fā)現(xiàn)，裂縫的形成與發(fā)展與混凝土材料組成及配比、施工質(zhì)量、養(yǎng)護(hù)條件等多方面因素相關(guān)。工程界普遍認(rèn)為，就混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)防與控制而言，設(shè)計(jì)是前提，材料是基礎(chǔ)，施工是關(guān)鍵，養(yǎng)護(hù)是保障。因此，關(guān)于混凝土裂縫控制技術(shù)的研究，應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)、材料、施工和養(yǎng)護(hù)等方面的影響因素，以完善混凝土抗裂措施，達(dá)到提高混凝土結(jié)構(gòu)的防滲目的。

2.1 設(shè)計(jì)方面

地鐵車站常用的施工方法主要有明挖敞口放坡施工、明挖法有圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工、礦山法施工，不同施工方法下的車站結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)也各不相同。

2.1.1 明挖敞口放坡施工的車站結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)

明挖敞口放坡施工是較為常見(jiàn)的地鐵車站施工方法，其防水設(shè)計(jì)通常采用混凝土結(jié)構(gòu)自防水和全外包柔性防水雙重復(fù)合防水形式。對(duì)結(jié)構(gòu)自防水混凝土的設(shè)計(jì)，要采取有效的防滲、抗裂措施，保證混凝土具有良好的自防水性。結(jié)構(gòu)迎水面設(shè)置全外包柔性防水層，即在結(jié)構(gòu)底板、側(cè)墻施工前、頂板施工后采用空鋪或滿粘法鋪設(shè)防水卷材，并根據(jù)選用的防水材料和不同的部位采取與其相匹配的保護(hù)措施。

2.1.2 明挖法有圍護(hù)結(jié)構(gòu)的車站結(jié)構(gòu)防水設(shè)計(jì)

地鐵車站圍護(hù)結(jié)構(gòu)一般采用地下連續(xù)墻，同時(shí)也可作為單層墻主體結(jié)構(gòu)的防水措施。地下連續(xù)墻體采取抗?jié)B等級(jí)大于P8等級(jí)的混凝土澆筑，迎水面鋼筋保護(hù)層厚度≥70 mm，幅間接頭采用防水接頭。若后續(xù)施工發(fā)現(xiàn)有滲水等缺陷問(wèn)題，則采用防水砂漿、注漿或用彈性密封材料嵌縫等措施進(jìn)行處理。

我國(guó)目前現(xiàn)有研究資料顯示，在側(cè)墻混凝土中添加鋼筋抗裂網(wǎng)片或冷卻水管，對(duì)抑制混凝土裂縫效果較好。

2.2 材料方面

根據(jù)實(shí)際情況，選擇符合設(shè)計(jì)要求的低水化熱水泥品種，并盡可能選擇比表面積較大的水泥，但不影響3 d和28 d水泥的強(qiáng)度為宜。

選擇合適的活性摻和料，能有效降低水泥用量，減小大體積混凝土的水化熱峰值。粉煤灰具有水化反應(yīng)速率慢、放熱較少的特點(diǎn)，可用于替代部分水泥，使放熱峰顯著降低和推遲。粉煤灰的滾珠效應(yīng)能起到減水和改善混凝土的和易性作用。粉煤灰吸水率低，可減小混凝土的干縮，還能提高混凝土的后期強(qiáng)度。

可根據(jù)實(shí)際需要摻加外加劑和纖維材料，以改善混凝土的抗裂性能。外加劑一般有高性能減水劑（如聚竣酸系減水劑，可顯著提高混凝土的抗收縮開(kāi)裂）、高效減水劑、膨脹劑（如硫鋁酸鈣型膨脹劑，可補(bǔ)償收縮，抑制早期開(kāi)裂）和減縮劑（從根本上降低混凝土的自由收縮），而纖維材料一般有合成纖維（主要是聚丙烯纖維）、碳纖維、鋼纖維、玄武巖纖維等。

2.3 施工和養(yǎng)護(hù)方面

規(guī)劃合理的施工順序，合理設(shè)置澆筑順序。

1）加強(qiáng)混凝土的保濕養(yǎng)護(hù)。初凝后應(yīng)及時(shí)灑水保濕養(yǎng)護(hù)，保持通風(fēng)，覆蓋保水性較好的塑料薄膜、濕草袋、濕麻袋及無(wú)紡布等，并對(duì)混凝土定期灑水或者蓄水養(yǎng)護(hù)，必要時(shí)可以噴涂養(yǎng)護(hù)劑。

2）冬季攪拌混凝土?xí)r，混凝土的出機(jī)溫度不宜低于10℃，入模溫度不宜低于5℃。在炎熱氣候下澆筑混凝土?xí)r，入模前應(yīng)盡量降低模板、鋼筋溫度以及附近的氣溫，混凝土的入模溫度不宜高于氣溫且不宜超過(guò)30℃。

3）新澆混凝土與鄰接的已硬化混凝土或巖土介質(zhì)間的溫差不得大于20℃。

4）混凝土養(yǎng)護(hù)期間，混凝土內(nèi)部的最高溫度不宜高于65℃，混凝土表面的養(yǎng)護(hù)水溫度與混凝土表面溫度之間的溫差不得大于15℃。

5）混凝土拆模時(shí)，芯部混凝土與表層混凝土之間的溫差、表層混凝土與環(huán)境之間的溫差均不得大于20℃。在實(shí)際施工過(guò)程中，拆模時(shí)間普遍較早。

6）雙摻混凝土結(jié)構(gòu)的潮濕養(yǎng)護(hù)不得少于14 d。當(dāng)氣溫低于0℃時(shí)，要及時(shí)覆蓋新澆筑混凝土，采取保溫加熱措施，使混凝土不受凍害。

3 結(jié)語(yǔ)

文章就軌道交通工程中地鐵車站混凝上裂縫產(chǎn)生的幾點(diǎn)主要因素進(jìn)行分析，并有針對(duì)性地從設(shè)計(jì)、材料、施工和養(yǎng)護(hù)方面提出幾點(diǎn)改進(jìn)措施，以防止地鐵車站主體混凝土產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。