高寒地區(qū)冬季混凝土施工裂紋的原因及預(yù)防措施——以“4·14”玉樹地震災(zāi)后重建為例

邱康敏

(中鐵二局第四工程有限公司，四川成都610031)

2010年4月14日青海省玉樹州發(fā)生強烈地震后，青海省按照黨中央、國務(wù)院部署，緊急動員、全力以赴，在時間緊、任務(wù)重、要求高的情況下，安排五家央企承建玉樹災(zāi)后重建項目。一方面，因為玉樹災(zāi)后情況十萬火急，但該地區(qū)又地處高原高寒地帶，有效施工時間僅7個月，最低溫度可達(dá)－30℃以下，所以施工期限較短;另一方面，因為受規(guī)定工期制約，高寒地區(qū)建筑工程混凝土冬季施工是不可避免的，其特殊的施工條件和惡劣的自然環(huán)境給工程施工帶來很大的困難，施工中必須針對工程實際采取切實可行的冬季施工方案和措施，以確保混凝土工程質(zhì)量。本文結(jié)合玉樹特殊的地理環(huán)境和中鐵二局玉樹工程實施的實例，探析高寒地區(qū)冬季混凝土施工出現(xiàn)裂紋的原因，并提出一些相關(guān)保證措施。

1 玉樹特殊的地理環(huán)境

“4·14”地震是玉樹歷史上的一次毀滅性打擊。它給玉樹人民帶來了不可估量的災(zāi)難和后果。已有相關(guān)研究表明，甘孜—玉樹斷裂帶是青藏高原東部規(guī)模巨大的活動斷裂，由于川滇菱形地塊持續(xù)快速向東南逃逸運動，造成塊體沿西北邊界的玉樹—甘孜—鮮水河斷層強烈的走滑，斷裂帶強烈的地震活動和水平滑移運動將引發(fā)一系列與斷裂活動有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害。為了防止各種自然災(zāi)害的突然迸發(fā)，在災(zāi)后重建工作中，對混凝土施工的要求自然就更高更嚴(yán)格。而對產(chǎn)生裂紋原因的探究則是首要解決的問題。

2 高寒地區(qū)冬季混凝土施工出現(xiàn)裂紋的原因

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些初始缺陷的存在才使混凝土呈現(xiàn)出一些非均質(zhì)的特性。微裂縫通常是一種無害裂縫，對混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產(chǎn)生危害。很多工程的失事都是由于裂縫的不穩(wěn)定發(fā)展所致。混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，以下就根據(jù)玉樹的實際情況，分別從施工因素、施工材料因素、凍脹因素等方面做一探究。

2.1 由于施工因素產(chǎn)生裂縫的原因

(1)由于玉樹地處高寒地區(qū)，現(xiàn)場自拌混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性不能得到保證，各項工程都采用商品混凝土，由于玉樹州市政道路重建及車輛太多，道路不能暢通，混凝土攪拌、運輸時間過長，不采取積極的措施導(dǎo)致混凝土坍落度損失較大，使得混凝土結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(2)混凝土振搗不正確引起的裂縫。在混凝土振搗過程中，漏振或少振都會造成混凝土構(gòu)件中殘留有氣泡，這些氣泡在混凝土水分下充實，在高寒地區(qū)，這些水分在寒冷的氣候下會凍成冰，自身體積膨脹，在混凝土還沒有達(dá)到一定強度時造成開裂。過度的振搗又會使得混凝土表面出現(xiàn)浮漿而使混凝土面層開裂。一般情況下，一般振搗器的振搗時間應(yīng)控制在20～30 s，高頻振搗器的振搗時間應(yīng)控制在15～20 s。

(3)混凝土施工時拆模過早，使得構(gòu)件在自重或者施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB 50204—2002)》:當(dāng)板跨度≤2 m時，強度≥50%;當(dāng)板跨度2 m＜L≤8 m時，強度≥75%;當(dāng)板跨度＞8 m，強度≥100%;當(dāng)梁跨度≤8 m時，強度≥75%;當(dāng)梁跨度＞8 m時，強度≥100%;懸臂構(gòu)件與跨度無關(guān)，均必須達(dá)到≥100%。不承重的側(cè)模板，包括梁、柱墻的側(cè)模板，只要混凝土強度保證其表面、棱角不因拆模而受損壞，即可拆除。

(4)養(yǎng)護不當(dāng)引起的混凝土開裂。現(xiàn)場養(yǎng)護不當(dāng)是最容易造成混凝土開裂的。在高原高寒地區(qū)相對濕度低、風(fēng)速大的情況下，如不及時養(yǎng)護，混凝土表面水分容易蒸發(fā)，會造成表面干縮現(xiàn)象，造成混凝土開裂。混凝土養(yǎng)護應(yīng)該在澆筑完成第一次抹面后就進行薄膜覆蓋養(yǎng)護，不讓水分蒸發(fā)。需進行二次抹光時，揭開薄膜，抹完后及時蓋上。

2.2 由于施工材料因素產(chǎn)生裂紋的原因

(1)不正確的選擇材料。在混凝土施工過程中不正確的選擇材料也會造成混凝土的開裂。在大體積混凝土的施工時，我們應(yīng)當(dāng)選擇水化熱少、放熱速度慢的摻混合材料的硅酸鹽水泥，或?qū)Ｓ玫闹袩峁杷猁}水泥、低熱的礦渣硅酸鹽水泥，不得使用硅酸鹽水泥。

(2)混凝土的堿集料反應(yīng)。混凝土堿集料反應(yīng)是混凝土材料內(nèi)水泥中的堿(KOH、NaOH)與集料中的活性成分之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)物成膠體狀態(tài)，不僅減弱了集料與水泥石之間的強度，而且遇水后發(fā)生膨脹，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力從而導(dǎo)致混凝土開裂。所以我們在選材的時候一定要控制集料中的活性成分和水泥中的堿含量。

(3)集料中的含泥量。集料中的含泥量也是造成混凝土開裂的原因之一。集料中的含泥量超過5%就會對混凝土的性能產(chǎn)生影響。所以我們在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制集料的含泥量。

(4)使用不合格的材料也是造成混凝土開裂的原因。比如水泥的安定性不合格會引起混凝土出現(xiàn)裂縫，主要表現(xiàn)為龜裂。

2.3 由于凍脹因素產(chǎn)生裂紋的原因

(1)大氣氣溫低于0℃時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布應(yīng)引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹的必要條件。當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強;骨料中含泥土等雜質(zhì)過多;混凝土水灰比偏大、振搗不密實;養(yǎng)護不好使混凝土早期受凍等，均可導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。

(2)高原地區(qū)一年中只有幾個月才處于溫暖的氣候中，因此，有一段時間，我們只能在嚴(yán)寒中施工。所以在設(shè)計配合比的時候應(yīng)當(dāng)考慮冬季施工的配合比。并且在設(shè)計配合比的時候應(yīng)當(dāng)適當(dāng)降低水灰比，還要適當(dāng)?shù)募由戏纼鰟贫ㄏ鄳?yīng)的冬季施工方案，對一些材料也要采取相應(yīng)的保溫措施，確保混凝土的施工質(zhì)量。

3 防止高寒地區(qū)混凝土施工出現(xiàn)裂縫的措施

(1)在設(shè)計配合比時盡量考慮路程所用的時間，使混凝土在達(dá)到施工現(xiàn)場時其坍落度能滿足施工要求。

(2)加強現(xiàn)場施工技術(shù)的管理，對相應(yīng)的現(xiàn)場施工人員進行技術(shù)交底。杜絕漏振，振搗時間也應(yīng)該進行控制，防止過振或少振，以不出現(xiàn)氣泡為止。

(3)拆模時間應(yīng)以試驗室的標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強度達(dá)到《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50204—2002)規(guī)定的強度為準(zhǔn)。盡量減少施工荷載對構(gòu)件的影響。

(4)加強現(xiàn)場施工養(yǎng)護的管理，在混凝土澆筑后，第一次抹面就進行覆蓋養(yǎng)護，天氣冷還可以加蓋棉絮。在混凝土構(gòu)件成型后還要進行灑水養(yǎng)護。

(5)正確的選擇材料，嚴(yán)格控制材料，不合格的材料不能使用在工程中。對進場的材料做到進場必檢合格才能使用的標(biāo)準(zhǔn)。不合格的材料堅決的清除出施工現(xiàn)場。

(6)在冬季施工時，做好所有材料的保溫工作，特別是液體狀的材料，都要進行加熱處理。在混凝土入模時測混凝土溫度，一般混凝土溫度要在5℃以上。

(7)設(shè)計配合比時，要嚴(yán)格按照配合比設(shè)計規(guī)范《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》(JGJ 55－2011)上要求，最大水灰比不能超過其規(guī)定值，最小水泥用量也不能超過其規(guī)定值。

(8)倘若已經(jīng)出現(xiàn)有害裂縫，則應(yīng)“根據(jù)實際情況及時采用表面修補法、灌漿嵌縫封堵法、結(jié)構(gòu)加固法、混凝土置換法、電化學(xué)防護法、仿生自愈合法”等方法給予及時的修補。堅決杜絕任何細(xì)微漏洞所引起的危害。

總之，在實際工程操作中，混凝土施工裂縫的形成存在多方面的原因，防止其出現(xiàn)裂縫并給以積極有效地措施保證至關(guān)重要。玉樹地區(qū)高原高寒、地帶斷裂的特殊地理環(huán)境決定了本地區(qū)的混凝土工程更為需要各種有效保證措施。只有了解混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的各種原因，才能對癥下藥，堅決杜絕有害裂縫的發(fā)生，從而真正實現(xiàn)玉樹人民的安居樂業(yè)。

［1］ 官善友，龍治國．“4·14”地震后玉樹縣城原址重建地質(zhì)安全性研究［J］.城市勘測，2010(3)

［2］ 彭華，馬秀敏，白嘉啟，等.甘孜玉樹斷裂帶第四紀(jì)活動特征［J］. 地質(zhì)力學(xué)學(xué)報，2006(9)

［3］ 張健.混凝土裂縫的預(yù)防與處理［J］.科技咨詢，2006(23)