水電站混凝土樓面裂縫分析與防控措施

王興甫 任建中

（1.江蘇沭陽縣水務局，江蘇 沭陽 223600；2.江蘇省沭陽縣柴沂灌區管理所，江蘇 沭陽 223600）

水利工程施工中比較注重關于方案的比選[1,2]、質量與安全事故的防范分析[3,4]，混凝土是土木工程中常用的建筑材料，混凝土裂縫是施工中普遍存在的質量通病，很多學者對混凝土結構裂縫的機理分析與控制進行了深入的研究，尤其是關于大體積混凝土的裂縫控制和早期裂縫的研究多有論述[5,6]，本文結合工程實例就混凝土樓面裂縫的分析與防控措施進行探討。

1 工程概況

某水電站辦公樓及廠房建筑面積 8578m2，鋼筋混凝土全部采用商品混凝土。根據設計，梁、板為C30，板厚120mm，保護層20 mm，鋼筋為雙層雙向布置；柱為 C35。施工時先支柱模板，再支梁、板模板；澆筑混凝土時，先澆柱混凝土，再澆梁、板混凝土。

梁、板混凝土澆筑24h后，施工單位為趕進度，陸續開始在板面堆載鋼管和模板，準備搭設腳手架。檢查梁、板混凝土澆筑質量時，發現板面出現少量不規則裂縫，縫長500～1000 mm，最大縫寬0.3 mm，上寬下窄呈楔型。房屋四周陽角、管線預埋處未見裂紋。

混凝土澆筑 11天后梁、板拆模繼續養護時，天棚有一處地方有水滴漏至下層，其他區域未見滲水，但因板底多處粘附脫模劑顏色較深，無法看清是水漬還是脫模劑痕印，業主擔心滲水是由結構性裂縫引起，為避免此項問題的再次出現，及時采取防控措施，參建各方對該項工程樓面裂縫進行了專題分析。

2 對工程樓面裂縫的分析

2.1 設計方面的原因

設計板厚120 mm，配筋為HRB400級熱軋鋼筋C10@150雙向雙層，混凝土強度等級為 C30。設計未設置放射性鋼筋，從板面情況看，房屋四周陽角未見45°斜角裂縫，設計配置的雙向雙層C10@150鋼筋，已能滿足抗裂要求。

但從表1中荷載取值情況看，一般此等荷載混凝土強度等級C25即可，混凝土設計強度等級偏高。而混凝土設計強度等級越高，水泥用量越大，水化熱也就越高，混凝土脆性越大，越易開裂，最終產生混凝土溫差裂縫和收縮裂縫。

表1 各房間活荷載標準值

2.2 施工方面的原因

（1）未使用平板振搗器。施工單位先澆C35的柱，后澆C30的梁、板，在澆筑板時仍使用振搗棒振搗。振搗棒碰到鋼筋時，易導致鋼筋移位、間距加大，結構抵抗拉應力或剪切應力的能力相對不足。這種方式和平板振搗器相比，振搗不易密實。

（2）保護層厚度變大。施工人員在鋼筋上踩踏，而馬鐙過少，致使板面負筋下沉，混凝土保護層厚度加大，結構的有效高度減小，引起板面開裂。

（3）上荷載過早。樓板混凝土施工完成后第二天就上人和吊卸鋼管、模板、鋼筋等材料進行下一道工序施工，造成較大的施工荷載，致使板面產生裂縫或擴大原有裂縫，在混凝土早期強度極低、上荷載過早的情況下，極易導致非結構性裂縫發展為結構性裂縫。

（4）混凝土未及時抹壓。板面抹壓應在表面泌水完全排除掉時進行，抹面時應用力抹壓，施工單位為趕工期，未對初凝后終凝前的混凝土進行二次抹面以閉合已產生的微裂紋和泌水孔。

（5）養護不及時、養護方法不當。施工單位在樓板混凝土澆筑后第3天才開始灑水養護，且未采用覆蓋式養護保濕，也未考慮溫度和濕度方面的影響，混凝土養護初期過早脫水，混凝土出現干縮而導致裂縫。

2.3 環境方面的原因

2.3.1 溫度方面的原因

混凝土內外溫度梯度增加，混凝土表面將產生較大的拉應力，當因溫度變化產生的拉應力大于混凝土極限抗拉強度時，就會產生裂縫。一般表面與外界溫差不大于 20℃時，方可撤除養護措施[7]。

根據許文忠[8]的實驗，選取與本項目室外溫度相近（室外溫度0℃～7℃）的澆筑后 9d的 2＃承臺豎1（20cm處測點）實測數據分析，在混凝土澆筑后 8d內，即使在塑料棚布覆蓋下混凝土表面與外界溫差仍大于 20℃，其中在混凝土澆筑后4d內，內外溫差呈逐日加大之勢，如圖1所示。

圖1 塑料棚布覆蓋下的混凝土內外溫差～澆筑后時間關系曲線

混凝土養護的保溫處理，不但提高了混凝土表面的溫度，還使混凝土內部溫度得以緩降，并減小了斷面上的溫度梯度、內外溫差以及混凝土表面與環境大氣的溫差[9]。施工單位質量意識淡薄，澆筑后第3天才開始灑水養護，且在混凝土表面與外界溫差大于 20℃時即停止養護，混凝土早期升溫階段尚未充分硬化，彈性模量小，拉應力小，易產生表面裂縫；而在降溫階段，因混凝土中心與表面的冷卻程度不同，降溫收縮致混凝土中心產生較大的拉應力，當其大于此時齡期混凝土的抗拉強度時，原有表面裂縫就會發展成為貫穿裂縫。

2.3.2 濕度方面的原因

混凝土在終凝前幾乎沒有強度或強度很小，或者混凝土剛剛終凝而強度很小時，受高溫或較大風力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細管中產生較大的負壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時混凝土的強度又無法抵抗其本身收縮，因此產生龜裂[10]。風速對混凝土的水分蒸發有直接影響，不可忽視。澆筑當晚及次日風力 5～6級，施工單位澆筑后也未及時采用覆蓋式養護保濕，混凝土表面水分的蒸發速度過快，混凝土收縮受環境相對濕度影響顯著，養護濕度為 70%的混凝土較養護濕度為 90%的混凝土所測各齡期干縮大，其 3d齡期的干縮率前者是后者的8.3倍[11]。環境相對濕度越低，其干縮值越大，干縮值隨齡期的發展規律為早期發展快，后期發展緩慢并逐漸穩定。施工單位澆筑后第3天未采用覆蓋式養護保溫保濕而采用灑水養護，根據黃瑜等學者的研究[12]，在澆筑面非密封狀態下，5 cm處濕度下降最快，這與馬躍先等學者[13]非線性方程擬合計算濕度變化曲線結果和線彈性法計算濕度變化曲線結果 3 cm處濕度變化曲線一致，可見混凝土覆蓋式養護保濕不僅有利于保持混凝土表面的保溫濕潤，防止混凝土表面水分的丟失，也有利于減緩混凝土內濕度的下降。

2.4 混凝土方面的原因

該工程梁、板混凝土強度等級同為 C30，施工時一次性澆筑。在泵送混凝土施工中，混凝土的可泵性一般用混凝土的坍落度和壓力泌水值來表示，前者反映拌合物的流動性，后者主要反映拌合物的穩定性和保水性。滿足可泵性要求的混凝土需達到一定的坍落度和具有適中的壓力泌水值[14]。商品混凝土為了滿足可泵性、和易性，混凝土的坍落度比普通混凝土大很多，水泥用量過大，砂率過大，粗骨料相應減少，用水量增大，混凝土流動性增加，早期強度低，水分易散失，表面易形成裂縫。

2.5 原材料方面的原因

選用級配良好的粗、細骨料，有利于減少收縮，降低收縮應力，并提高混凝土的抗裂能力(極限拉伸應力或極限拉伸變形)[15]。水泥細度對混凝土收縮量有較大影響，水泥細度過細將加快水化速度早期放熱量較大，從而導致混凝土硬化收縮增大；砂、石骨料含泥量超標，將增加混凝土的收縮，不利于混凝土的抗裂性與抗滲性；細骨料采用細砂或特細砂，不利于降低溫升和減少混凝土的收縮，對混凝土收縮變形影響較大。

3 防控措施

（1）設計中應充分考慮混凝土內外溫差和混凝土收縮特性，根據柱、梁、板荷載情況選擇合適的混凝土設計強度等級。

（2）根據混凝土結構的形式，選擇不同的振搗器，振搗中不要碰到鋼筋以至于鋼筋移位，致使構件局部配筋相對不夠產生裂縫。

（3）馬鐙間距以600～700mm為宜，同時搭設臨時的簡易通道，保護板面上層負筋。

（4）合理安排工期，控制施工進度，在澆筑后24h內不得上荷載，僅限于做養護、測量、放樣等工作，澆筑72h后方許吊裝大宗材料。

（5）澆筑完畢后要及時壓實、抹平，當表面發現細微裂縫時，初凝后終凝前應及時再抹壓一次然后養護。

（6）混凝土澆筑后應及時而正確的養護。養護時要考慮環境溫度和濕度對混凝土的影響，應提高混凝土的養護溫度促進其盡快凝結，保持環境處于高濕度狀態，降低混凝土表面的風速[16]。對于混凝土澆筑面，尤其是平面結構，宜邊澆筑成型邊采用塑料薄膜覆蓋保濕[7]，防止表面水分蒸發。模板和保溫層應在混凝土冷卻到 5℃方可拆除，或在混凝土表面溫度與外界溫度相差不大于 20 ℃時拆模，混凝土拆模完畢后應繼續進行養護。

（7）合理確定混凝土塌落度和水灰比，商品混凝土嚴禁途中或現場加水，應逐車現場檢查塌落度；因氣候或施工情況變化可能影響混凝土質量，要及時適當調整混凝土配合比。

（8）盡量選用水化熱較低和水泥細度適當的水泥，在保證混凝土的強度與和易性、耐久性的前提下，盡可能的降低水泥用量；粗、細骨料應潔凈、級配良好，宜采用連續級配的粗骨料，再摻以適當比例連續級配的砂子，以得到較低的空隙率。

經分析并采取以上防控措施后，原有裂縫未進一步擴展，在后續澆筑中除樓梯口因人員行走和搭設模板支撐時致覆蓋養護破損，局部出現3條裂紋外，樓面裂縫基本上得到控制。

4 結 論

（1）設計中應根據柱、梁、板荷載情況以適度為原則選擇合適的混凝土設計強度等級。

（2）施工中除應注意對鋼筋骨架的保護，避免鋼筋移位，終凝前及時做第二次抹壓后再覆蓋養護外，還應注意控制施工節奏和施工進度。

（3）環境溫度和濕度對混凝土裂縫影響較大，養護是否及時，方法是否正確，對控制混凝土裂縫十分關鍵。

（4）混凝土塌落度和水灰比應隨氣候或施工情況變化及時調整，水泥細度、骨料的級配和含泥量對混凝土收縮變形影響較大，應作為質量監控點加以掌控。

[1]楊夢云.荊江分蓄洪區圍堤內護工程方案選擇[J].水電能源科學,2013,31(1):86-88.

[2]楊夢云.上荊江河段南五洲崩岸整治工程護岸形式選擇[J].長江科學院院報,2012,29(12):10-14.

[3]吳月龍，陳海軍，李旺林.攪拌樁防滲墻法的事故樹分析[J].南水北調與水利科技,2009,7(1):107-109.

[4]楊夢云.基于事故樹分析法的重大險情潰口事故防范分析[J].水電能源科學,2012,30(12):55-57+19.

[5]路璐,李興貴.大體積混凝土裂縫控制的研究與進展[J].水利與建筑工程學報,2012,10(1):146-150 .

[6]楊作用.混凝土工程裂縫成因與控制策[J].混凝土與水泥制品，2006(3):23-25.

[7]GB50164-2011,混凝土質量控制標準[S].北京:中國建筑工業出版社,2011.

[8]許文忠.大體積混凝土基礎溫度裂縫控制施工技術研究[D].同濟大學,2007.

[9]邱玉深.對混凝土養護方法的思考與建議[J].混凝土與水泥制品,2009(2):5-9.

[10]趙穎,華南,李寅.冬期施工高性能混凝土裂縫及施工缺陷的控制[J].混凝土.2011(2):121-124.

[11]楊濤,唐經華.西龍池電站混凝土面板裂縫成因及防控措施[J].施工技術,2010,39(6):15-18.

[12]黃瑜,祁錕,張君.早齡期混凝土內部濕度發展特征[J].清華大學學報(自然科學版),2007,47(3):309-312.

[13]馬躍先,陳曉光.水工混凝土的濕度場及干縮應力研究[J].水力發電學報,2008,27(3):38-42.

[14]楊和禮.原材料對基礎大體積混凝土裂縫的影響與控制[D].武漢大學,2004.

[15]陳斌.混凝土配合比優化及結構早期裂縫防治研究[D].浙江大學,2005.

[16]HoltE,LeivoM.Cracking risks associated with early ageshrinkage[J].Cement and Concrete Composites,2004,26(5):521-530 .