地鐵工程施工中混凝土裂縫控制措施

張兆龍

施工中混凝土開裂現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生,是困擾工程技術(shù)人員的一大難題。其實(shí),如果采取一定的設(shè)計(jì)和施工措施,很多裂縫是可以克服和控制的。現(xiàn)結(jié)合本工程實(shí)例,介紹地鐵車站防水混凝土裂縫控制方法,以供同行參考。關(guān)于設(shè)計(jì)方面控制裂縫措施,本文不作討論。

軌道交通大興線 5標(biāo)清源路車站主體建筑面積 8 589m2,基礎(chǔ)底板厚800mm,中板厚400mm,頂板厚700mm,側(cè)墻厚700mm。基礎(chǔ)底板、側(cè)墻與頂板為 C35密實(shí)抗?jié)B混凝土,設(shè)計(jì)要求為無裂縫自防水混凝土。因此混凝土裂縫的控制是一個(gè)質(zhì)量難題,我們?cè)谑┕ぶ兄貙?duì)混凝土拌制過程、振搗過程、養(yǎng)護(hù)過程進(jìn)行嚴(yán)格控制,取得了良好的效果。

1 混凝土自身特性

為了分析混凝土在地鐵工程施工中出現(xiàn)裂縫的原因,必須了解混凝土的以下幾個(gè)特性:

1)混凝土是一種脆性材料,它的抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/8～1/10。只要外界受力作用或內(nèi)部變形,受到約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強(qiáng)度,混凝土即出現(xiàn)裂縫。2)混凝土是一種膠凝性的復(fù)合材料,本身就具有收縮特性。這種特性為裂縫的產(chǎn)生提供了推動(dòng)作用。3)混凝土由塑性狀態(tài)逐步發(fā)展為固態(tài),強(qiáng)度也隨之迅速增長(zhǎng)。施工階段正是混凝土處于低強(qiáng)度向設(shè)計(jì)強(qiáng)度發(fā)展的過渡階段。其極限拉應(yīng)力也是一個(gè)變量,一旦外界擾動(dòng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過了當(dāng)時(shí)的極限拉應(yīng)力,裂縫就產(chǎn)生了。4)混凝土在施工期間會(huì)受到各種外界因素的影響。多種因素的互相抵消和疊加,就會(huì)出現(xiàn)同樣的配合比在不同的場(chǎng)合和結(jié)構(gòu)中,裂縫的形態(tài)和分布各不相同,使問題更加復(fù)雜。

2 裂縫形成原因分析

混凝土裂縫大致可分為二類:結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫。

2.1 結(jié)構(gòu)性裂縫

產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性裂縫的因素很多,施工中和使用過程都可能出現(xiàn)裂縫。例如結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)鋼筋用量不足、配筋錯(cuò)誤、地基不均勻下沉、超荷載、過度振動(dòng)(如地震)等,都會(huì)使混凝土拉應(yīng)力過大而產(chǎn)生裂縫。其裂縫的產(chǎn)生是在同一時(shí)間瞬時(shí)發(fā)生,并一次完成。

2.2 非結(jié)構(gòu)性裂縫

2.2.1 收縮引起的裂縫

收縮引起的裂縫最為常見,主要為塑性收縮、干燥收縮和化學(xué)自收縮。

塑性收縮發(fā)生在混凝土凝固階段,尤其是初凝階段,此時(shí)水泥水化反應(yīng)較強(qiáng)烈,混凝土中水分蒸發(fā)很快,可塑性也同時(shí)失去。混凝土在凝結(jié)硬化過程中產(chǎn)生體積變化,既可能收縮也可能膨脹,其變化幅度為 40×10-6～100×10-6。溫度較高,水泥用量較多,自身體積變形趨于增大。

干燥收縮發(fā)生在混凝土凝固后,如太早拆模混凝土表面的水分蒸發(fā)快,表面層混凝土體積縮小,而內(nèi)部混凝土失水較慢,體積變化小,產(chǎn)生內(nèi)外變形的差異,表面產(chǎn)生拉應(yīng)力大于混凝土極限拉應(yīng)力時(shí)就產(chǎn)生裂縫。

自收縮發(fā)生在混凝土的后期硬化過程中,由于水泥的水化反應(yīng),水化生成物體積縮小,尤其是硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥拌制的混凝土。

2.2.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土內(nèi)部和外部的溫差過大會(huì)產(chǎn)生裂縫。溫差裂縫產(chǎn)生的主要原因是水泥水化熱引起的混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫差過大。特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類裂縫。溫差的產(chǎn)生主要有三種情況:第一種是在混凝土澆筑初期,這一階段產(chǎn)生大量的水化熱,形成內(nèi)外溫差并導(dǎo)致混凝土開裂,這種裂縫一般產(chǎn)生在混凝土澆筑后的第 3天(升溫階段)。另一種是在拆模前后,這時(shí)混凝土表面溫度下降很快,從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。第三種情況是當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)峰值后,熱量逐漸散發(fā)而達(dá)到使用溫度或最低溫度,它們與最高溫度的差值即內(nèi)部溫差。這三種溫差都會(huì)產(chǎn)生裂縫,但最嚴(yán)重的是水化熱引起的內(nèi)外溫差。

2.2.3 安定性裂縫

安定性裂縫表現(xiàn)為龜裂,主要是由于水泥安定性不合格而引起。

3 混凝土裂縫的控制措施

3.1 混凝土拌制過程

3.1.1 原材料的選擇

施工中采用均勻、穩(wěn)定、與外加劑具有良好的適應(yīng)性、早期化學(xué)收縮性較小的 42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥;級(jí)配良好的碎卵石和中砂作為混凝土的粗細(xì)骨料,嚴(yán)格控制砂石的含泥量,減少孔隙率,增大表面積。從而減少了水化熱,達(dá)到減少收縮裂縫提高抗裂性能的目的。

3.1.2 混凝土配合比的選定

混凝土配合比設(shè)計(jì)中嚴(yán)格控制水灰比、坍落度,最大限度減少早期干縮裂縫的產(chǎn)生。本工程采用泵送混凝土,根據(jù)施工部位的不同及時(shí)進(jìn)行試配,以利于混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì),確保泵送混凝土滿足以下的技術(shù)參數(shù)要求:1)水灰比控制在 0.40～0.45,坍落度控制在140mm～160mm;2)初凝時(shí)間不少于8 h;3)砂率控制在40%～45%;4)摻加外加劑;5)摻加適量粉煤灰,改善混凝土和易性,減少水泥用量、降低水化熱,減少混凝土干縮。

混凝土配合比的設(shè)計(jì)在滿足施工條件的情況下盡量減少砂漿量,在混凝土粘性不影響施工的情況下,減少用水量,用減水劑調(diào)節(jié)混凝土流動(dòng)性。根據(jù)原材料的變化,天氣情況等經(jīng)反復(fù)試配,選定配合比:水泥∶水∶砂∶石=1∶0.43∶2.12∶2.69;HY 801型聚羧酸高性能減水劑6.8 kg/m3,高性能磨細(xì)礦粉50 kg/m3,Ⅰ級(jí)粉煤灰80 kg/m3,水泥270 kg/m3。

3.2 混凝土振搗施工技術(shù)措施

1)本工程地下室底板、側(cè)墻、中板、頂板均采用分層分段法澆筑,每層厚度不超過 300mm～400mm,相鄰兩層澆筑時(shí)間間隔不超過 2h,確保上、下層混凝土在初凝之前結(jié)合好,不形成施工縫。混凝土澆搗順序采用分塊澆搗,使每塊底板、側(cè)墻及中板、頂板的水化熱控制在一定范圍內(nèi)。2)澆搗前及時(shí)進(jìn)行檢查,模板進(jìn)行潤(rùn)濕,雜物清理干凈,隨時(shí)掌握天氣變化情況,備好防雨、抽水設(shè)備。3)控制混凝土澆灌溫度,其內(nèi)外溫差應(yīng)控制在 25℃以內(nèi),外表面與環(huán)境溫差應(yīng)控制在 25℃以內(nèi)。在混凝土表面用木抹子緊壓整平后覆蓋一層塑料布。4)澆搗時(shí)振動(dòng)棒要快插慢拔,振搗時(shí)間為20 s～30 s,以混凝土開始出漿和不冒氣泡為準(zhǔn),避免漏振、欠振和過振。并注意及時(shí)排除泌水,減少混凝土內(nèi)部的水分和氣泡。5)控制好混凝土的坍落度。每泵壓送混凝土入模時(shí)分別測(cè)定坍落度,對(duì)不符合坍落度要求的混凝土做退場(chǎng)處理,嚴(yán)格制止在施工現(xiàn)場(chǎng)對(duì)罐車內(nèi)混凝土加水。

4 混凝土養(yǎng)護(hù)

1)底板、頂板混凝土初凝后及時(shí)用塑料布覆蓋并灑水養(yǎng)護(hù)。

2)模板拆除除應(yīng)符合強(qiáng)度及外觀的限定要求外,還應(yīng)考慮混凝土水化溫升、溫降變化規(guī)律及混凝土收縮變化規(guī)律、自然環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速、日照等情況,合理確定拆模時(shí)間。避免在混凝土溫度峰值時(shí)拆除模板及淋冷水養(yǎng)護(hù)。混凝土澆筑 3 d后,采用模板上口開小縫隙的方法,小水慢淋進(jìn)行墻體養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)用水以與墻體外表面溫度相近為宜。

3)混凝土施工應(yīng)根據(jù)天氣情況,盡量避免雨中混凝土澆筑施工,防止剛澆筑完的混凝土被雨水澆淋。

5 結(jié)語(yǔ)

雖然施工中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多,但只要嚴(yán)格按規(guī)范規(guī)定施工,認(rèn)真積極的探索裂縫產(chǎn)生的原因,及早采取相應(yīng)的預(yù)防措施,就能有效地控制混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫。

[1] 李小滿.混凝土地下室墻裂縫滲漏的原因分析與防治[J].山西建筑,2009,35(8):138-139.