大體積素混凝土胸墻表觀裂縫防治措施

武 濤

（中交第一航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司，天津 300220）

引言

大體積素混凝土施工技術(shù)難度大，影響因素復(fù)雜，施工過(guò)程對(duì)各種因素難以準(zhǔn)確掌控，極易出現(xiàn)裂縫質(zhì)量通病，不僅影響交工驗(yàn)收時(shí)的觀感質(zhì)量評(píng)定，即使費(fèi)時(shí)費(fèi)力對(duì)裂縫進(jìn)行修復(fù)，往往也達(dá)不到很好的修復(fù)效果。另外，如不盡早防治裂縫，后期還可能會(huì)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性、安全性甚至使用功能產(chǎn)生影響。

京杭運(yùn)河錨泊區(qū)工程，連片式結(jié)構(gòu)長(zhǎng)750 m，采用C25F150 現(xiàn)澆素混凝土重力式結(jié)構(gòu)，15 m 一個(gè)結(jié)構(gòu)段，共50 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)段。標(biāo)準(zhǔn)段結(jié)構(gòu)頂高程 +35.9 m，為適應(yīng)高水位停船的需要，間隔30 m 在駁岸頂部局部每5 m 長(zhǎng)度加高至+37.3 m。其典型設(shè)計(jì)斷面圖見(jiàn)圖1。

圖1 素混凝土胸墻典型斷面

根據(jù)高程不同，單個(gè)墻身結(jié)構(gòu)段混凝土方量達(dá)400～600 m3不等，最高胸墻高9.2 m?；炷敛扇〖邪韬凸?yīng)，配置1 臺(tái)120 m3/h 拌和樓，1 臺(tái)拖泵，運(yùn)輸采用8 m3混凝土罐車，因工期要求，澆筑方法采用自下而上一次澆注成型；澆筑模板采用“鋼模+型鋼圍檁”形式，鋼膜按設(shè)計(jì)尺寸整體成型，外設(shè)移動(dòng)式鋼桁架，包括行走系統(tǒng)、支腿、承重梁、懸吊系統(tǒng)，屬高大模板和大體積素混凝土施工，見(jiàn)圖2。

圖2 鋼模板及移動(dòng)式鋼桁架

在實(shí)際施工中，選取3 段素混凝土胸墻作為試驗(yàn)段，現(xiàn)澆混凝土后對(duì)表觀橫、縱、斜向裂縫數(shù)量進(jìn)行檢查統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)均出現(xiàn)一定數(shù)量的裂縫，以此作為研究大體積素混凝土施工表觀裂縫防治措施的問(wèn)題。本試驗(yàn)段3 個(gè)素混凝土胸墻的表觀裂縫檢查及統(tǒng)計(jì)，見(jiàn)表1 及圖3。

表1 現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計(jì)表

圖3 胸墻表觀裂縫問(wèn)題直方圖

1 原因分析

1.1 從混凝土裂縫的種類分析

混凝土裂縫成因一般分為以下幾種：

1）現(xiàn)場(chǎng)的現(xiàn)澆砼胸墻整個(gè)施工期間無(wú)外部荷載、不受外力作用，結(jié)構(gòu)自身也不是懸挑或異形結(jié)構(gòu)，所以現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的裂縫不是結(jié)構(gòu)裂縫。

2）溫度裂縫常常是由于現(xiàn)澆砼內(nèi)外溫差或外界溫度變化過(guò)大時(shí)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，此時(shí)砼的抗拉強(qiáng)度極限值低于產(chǎn)生的應(yīng)力，使得砼發(fā)生脹縮變形，出現(xiàn)裂縫，這是現(xiàn)場(chǎng)胸墻上裂縫產(chǎn)生的原因之一。

3）干燥收縮是砼結(jié)構(gòu)的本身特點(diǎn)，可能在砼構(gòu)件的整個(gè)壽命周期都有所表現(xiàn)，但由其發(fā)生的裂縫是逐漸增大，而且會(huì)經(jīng)歷很長(zhǎng)時(shí)間，本次出現(xiàn)的早期裂縫從表觀和形成時(shí)間上判斷都不屬于干燥收縮裂縫。

4）塑性收縮是在現(xiàn)澆砼結(jié)構(gòu)后，現(xiàn)澆砼自身的泌水速率小于構(gòu)件表面水分蒸發(fā)速率，從而產(chǎn)生不均勻應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力大于砼構(gòu)件抗拉強(qiáng)度時(shí)，塑性收縮裂縫就會(huì)產(chǎn)生，而且存在于從開始澆筑到終凝硬化前的所有時(shí)間段內(nèi)，這也是現(xiàn)場(chǎng)胸墻上裂縫產(chǎn)生的原因之一。

5）塑性沉降裂縫常常存在于鋼筋砼結(jié)構(gòu)中，本次現(xiàn)場(chǎng)為現(xiàn)澆素砼胸墻，其出現(xiàn)的裂縫不屬于塑性沉降裂縫。

6）現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)結(jié)構(gòu)為粉質(zhì)粘土，基礎(chǔ)由打設(shè)小木樁、碎石墊層、砼墊層及砼底板構(gòu)成，但施工區(qū)域緊鄰?fù)ê降蘑蚣?jí)內(nèi)河航道，長(zhǎng)期受河水影響，地下含量水豐沛，因此其裂縫也可能會(huì)由基礎(chǔ)不均勻沉降引起，施工中必須加強(qiáng)結(jié)構(gòu)的沉降位移觀測(cè)。

從混凝土裂縫的種類看，裂縫產(chǎn)生的可能原因如圖4 所示。

圖4 混凝土裂縫分析圖

綜上分析，根據(jù)砼裂縫的一般分類，本次現(xiàn)澆砼胸墻出現(xiàn)的裂縫初步判斷為溫度裂縫、塑性收縮裂縫及基礎(chǔ)沉降裂縫。

1.2 從施工環(huán)節(jié)分析

1）混凝土施工質(zhì)量管理主要為檢驗(yàn)原材料質(zhì)量，控制施工過(guò)程質(zhì)量，控制后期養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。為了縮小控制范圍，減少不必要的冗余分析，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)澆砼的砂、石、水泥、粉煤灰及外加劑等原材料在進(jìn)場(chǎng)檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了二次抽樣送檢。檢測(cè)結(jié)果表明現(xiàn)澆砼的各項(xiàng)原材料指標(biāo)均合格，質(zhì)量滿足要求。所以，現(xiàn)澆砼的各項(xiàng)原材料質(zhì)量不是本次裂縫發(fā)生的原因。

2）施工人員因素：施工人員的輪換、振搗質(zhì)量的好壞、職責(zé)落實(shí)的程度、獎(jiǎng)懲制度的落實(shí)。

3）機(jī)械設(shè)備因素：泵車自身產(chǎn)生的熱量、罐車運(yùn)輸產(chǎn)生的熱量。

4）成品混凝土因素：主要是混凝土含氣量的大小、塌落度的大小、入模溫度的高低。

5）施工工藝因素：是否均勻分層澆筑、是否采用內(nèi)部降溫措施、澆筑速度的控制、養(yǎng)護(hù)是否到位、是否考慮沉降因素。

6）環(huán)境天氣因素：天氣炎熱、晝夜溫差大（白天溫度可達(dá)39℃，夜間溫度27℃）。

1.3 綜合分析

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，確定造成裂縫質(zhì)量通病的主要原因?yàn)槿缦聨讉€(gè)方面：

1）混凝土入模溫度高。入模溫度需在一個(gè)合理的范圍內(nèi)。一般要求5～35 ℃。冬期時(shí)如果低于5℃，混凝土強(qiáng)度上升緩慢，對(duì)拆模時(shí)間、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等都有影響。夏季如果高于35℃，混凝土水化反應(yīng)過(guò)快，容易產(chǎn)生溫差裂縫或收縮裂縫。

2）混凝土含氣量過(guò)大。含氣量過(guò)大使得混凝土中的氣泡大，容易逸出，不能穩(wěn)定的存在混凝土中，導(dǎo)致水泥石內(nèi)孔隙自由水的增多，并反復(fù)凍融，對(duì)孔隙壁不斷產(chǎn)生壓力，最終使混凝土脹裂，產(chǎn)生凍融破壞。

3）設(shè)計(jì)配合比塌落度過(guò)大。塌落度過(guò)大，使得施工過(guò)程中泌水過(guò)多，混凝土喪失流動(dòng)性，影響混凝土的工作性和可靠性，在澆筑振搗過(guò)程中出現(xiàn)離析和堵泵現(xiàn)象、在硬化過(guò)程中出現(xiàn)蜂窩麻面、裂縫等現(xiàn)象。

4）成品混凝土養(yǎng)護(hù)不到位。早期的養(yǎng)護(hù)以及過(guò)程中及時(shí)充分的養(yǎng)護(hù)如果不到位，會(huì)導(dǎo)致混凝土成型后因暴曬、風(fēng)吹、寒冷等條件出現(xiàn)的不正常的收縮、裂縫等破損現(xiàn)象。

5）成品混凝土內(nèi)部未采取降溫措施。在混凝土逐漸硬化的期間，水泥會(huì)釋放出水化熱，使其內(nèi)溫提高，從而在表面反映出拉應(yīng)力。在后期溫度下降時(shí)期，因?yàn)榛A(chǔ)約束的原因，在混凝土內(nèi)部和表面都會(huì)產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于抗裂能力后，混凝土就會(huì)出現(xiàn)裂縫。

6）混凝土澆筑速度偏快。當(dāng)構(gòu)件高度較大（本次胸墻最高9.5 m），一次澆筑混凝土偏快，混凝土流動(dòng)性偏低，下部混凝土尚未充分硬化，從而會(huì)產(chǎn)生在硬化前混凝土沉降不足，硬化后沉降過(guò)大，容易在澆筑出現(xiàn)裂縫，即沉降收縮裂縫。

7）未考慮沉降因素。由于結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)下面的地基加固處理不到位（地基受到破壞），或模板支撐不固定以及過(guò)早拆模，沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度100 %，都會(huì)使?jié)仓蟮鼗a(chǎn)生不均勻沉降，也是導(dǎo)致混凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。

8）天氣炎熱，影響水化反應(yīng)。高溫天氣會(huì)使混凝土內(nèi)水分快速蒸發(fā)，損失塌落度，降低含氣量，加快水化反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)較快、搗固不良，而形成蜂窩、麻面和裂縫。

2 對(duì)應(yīng)措施

針對(duì)上述主要原因，根據(jù)試驗(yàn)段現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)、研判，采取了相應(yīng)措施：

1）對(duì)商混站對(duì)混凝土拌和用水采取低溫地下水（約3℃），并在拌和過(guò)程中嚴(yán)格監(jiān)察罐內(nèi)混凝土溫度，控制出罐溫度，溫度過(guò)高時(shí)要采取加冰塊降溫措施?，F(xiàn)場(chǎng)入模溫度超過(guò)30°時(shí)，禁止?jié)仓?/p>

2）根據(jù)設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度C25F150，安排專人駐場(chǎng)對(duì)商混站加強(qiáng)了混凝土含氣量的監(jiān)測(cè)。對(duì)不符合配合比實(shí)驗(yàn)報(bào)告的含氣量（3～5 %），堅(jiān)決予以返工，禁止運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。

3）根據(jù)實(shí)際施工情況，混凝土流動(dòng)性過(guò)大影響澆筑效果。故將設(shè)計(jì)混凝土塌落度160±20 mm 修改為140±20 mm。同時(shí)為減少因天氣炎熱導(dǎo)致的水分散失過(guò)快，在混凝土拌和時(shí)適當(dāng)加入引氣型減水劑及緩凝劑，以延緩水化反應(yīng)速度。

4）雖然設(shè)計(jì)為一次澆筑成型，但根據(jù)試驗(yàn)段經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)澆時(shí)必須控制速度為40 m3/h，且分層勻速澆筑，避免落灰高度過(guò)高；振搗時(shí)應(yīng)快插慢拔，按梅花形布置內(nèi)插入點(diǎn)，間距不超過(guò)振搗棒作用半徑的1.5 倍（約50 cm），且插入混凝土下層5～10 cm左右，以混凝土表面平坦、無(wú)氣泡、不下沉開始泛漿為宜，順序應(yīng)由外向內(nèi)連續(xù)、無(wú)間斷。

5）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)值計(jì)算出的達(dá)到強(qiáng)度的允許拆模時(shí)間為48 h。但實(shí)際施工中，48 h 以內(nèi)水化反應(yīng)相當(dāng)劇烈，成品混凝土內(nèi)部沒(méi)有足夠的水分來(lái)消散這期間產(chǎn)生的水化熱，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。故縮短拆模時(shí)間為12～24 h，且強(qiáng)度達(dá)到2.5 MPa 即可拆模，同時(shí)在成品混凝土胸墻頂部用φ25 mm 的塑料水管設(shè)置橫縱噴淋水降溫系統(tǒng)，覆蓋土工布噴淋養(yǎng)護(hù)，保證在養(yǎng)護(hù)期間隨時(shí)保持濕潤(rùn)狀態(tài)，并及時(shí)檢查養(yǎng)護(hù)情況。

6）根據(jù)預(yù)先埋設(shè)的測(cè)溫裝置顯示，拆模后七天內(nèi)溫仍然達(dá)到50℃以上，而墻體外部采用地下水（約5℃）養(yǎng)護(hù)。內(nèi)外溫差過(guò)大造成墻體裂縫。故在墻內(nèi)中間沿軸線方向設(shè)置φ25 mm 的塑料降溫水管，注入地下水對(duì)混凝土內(nèi)部進(jìn)行降溫。

7）墻身施工前，在底板四角位置設(shè)置沉降位移觀測(cè)點(diǎn)，記錄底板原始高程、坐標(biāo)；澆筑過(guò)程中隨時(shí)監(jiān)測(cè)觀測(cè)點(diǎn)，并適當(dāng)調(diào)整澆筑速度，避免墻身沉降過(guò)快、沉降不均；對(duì)后續(xù)澆筑的胸墻預(yù)留沉降，并順接相鄰段。

3 效果分析

針對(duì)研判、分析出的裂縫產(chǎn)生主要原因采取上述措施后，對(duì)澆筑完成的3 段胸墻進(jìn)行全面檢查、檢測(cè)，并與之前試驗(yàn)段施工進(jìn)行對(duì)比，質(zhì)量改善效果明顯。表觀橫向及水平向基本無(wú)明顯裂縫，斜向裂縫明顯減少，側(cè)面表觀質(zhì)量改善顯著。其具體情況見(jiàn)表2 所示：

表2 大體積素混凝土胸墻裂縫防治效果對(duì)比表

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)大體積素混凝土胸墻試驗(yàn)段現(xiàn)澆施工的觀察、分析、研究，總結(jié)出導(dǎo)致表觀裂縫的主要影響因素，采取相應(yīng)措施，使大體積素混凝土胸墻表觀裂縫明顯減少，提高了大體積素混凝土胸墻現(xiàn)澆施工的表觀質(zhì)量。確保了后續(xù)現(xiàn)澆施工的順利開展，對(duì)保障整體工程實(shí)體質(zhì)量起到關(guān)鍵作用。