基于QC活動的建筑工程大體積混凝土施工質(zhì)量控制

原兆江 （山西三建集團有限公司，山西 長治 046000）

QC（Quality Control） 意為質(zhì)量控制，是開展生產(chǎn)活動的必要手段，也是全面質(zhì)量管理活動的重要工具[1]。建筑工程生產(chǎn)活動中，對于存在的施工質(zhì)量通病，運用QC創(chuàng)建專業(yè)課題，同時借助PDCA循環(huán)，通過分析問題和要因確認，從而針對性制定治理措施，以此提高施工質(zhì)量，解決通病問題。

1 發(fā)現(xiàn)問題

1.1 工程概況

晉城市東山郡居住小區(qū)6#、7#、8#住宅樓建筑層數(shù)為-2/33，其中地下2層為住宅儲藏，地上33層為單元式住宅，總高100.9m。建筑設計為剪力墻結(jié)構(gòu)，鋼筋混凝土筏板基礎，板厚1.5m，埋深8.5m，采用C40 P6（強度等級C40，抗?jié)B等級P6）混凝土澆筑成型。

1.2 現(xiàn)狀調(diào)查

在6#和7#樓筏板基礎澆筑完成2d 后，項目質(zhì)檢部會同駐地監(jiān)理進行現(xiàn)場檢查時，發(fā)現(xiàn)混凝土表面普遍存在裂縫現(xiàn)象，后經(jīng)劃分單元檢查統(tǒng)計，抽檢50處其中34處存在裂縫，裂縫率高達68.0%。當前裂縫基本以表面裂縫為主，縫寬0.04mm～0.14mm，局部存在露筋現(xiàn)象。此類裂縫本身對混凝土結(jié)構(gòu)性能基本沒有影響，僅做表面修復即可，但考慮到筏板厚度為1.5m，屬于大體積結(jié)構(gòu)，混凝土澆筑后會因水化反應釋放大量熱量，而混凝土為熱的不良導體，在其表面熱量及時散失而內(nèi)部熱量難以釋放時，便會形成較大內(nèi)表溫差，從而在熱脹冷縮作用下，混凝土內(nèi)部會因體積膨脹明顯而產(chǎn)生裂縫。但是，此類裂縫處于隱蔽狀態(tài)，肉眼難見，隨著混凝土齡期的增加和水化熱的釋放，該裂縫逐漸擴展并與表面裂縫連通后，便會形成貫穿性裂縫。

1.3 危害分析

貫穿裂縫屬于塑性裂縫，對混凝土結(jié)構(gòu)性能影響較大，具體表現(xiàn)為：①鋼筋的外露在自然環(huán)境下必然會發(fā)生銹蝕，使結(jié)構(gòu)承載力和耐久性降低；②構(gòu)件整體性被破壞，結(jié)構(gòu)受力發(fā)生變化，服役過程會因受力體系不符合原設計而對建筑質(zhì)量及其運行安全造成嚴重影響[2]；③混凝土結(jié)構(gòu)失去防水性能，其自身及其他構(gòu)件易產(chǎn)生浸水損害，承載力和耐久性隨之削弱。

結(jié)合歷史項目來看，溫度裂縫屬于大體積混凝土的質(zhì)量通病，主要是由混凝土內(nèi)表溫差過大產(chǎn)生的溫度應力所引發(fā)，而混凝土水化熱峰值一般出現(xiàn)在澆筑完成后3d～5d，本工程筏板在澆筑2d 便出現(xiàn)大量表面裂縫，待齡期進入3d～5d 后，極有可能內(nèi)外裂縫擴展連通后形成貫穿裂縫[3]。因此，必須采取措施進行裂縫控制，以保證結(jié)構(gòu)完整性和耐久性。

2 分析問題

鑒于大體積混凝土溫裂通病和貫穿裂縫的危害，本工程結(jié)合實際情況，創(chuàng)建以項目經(jīng)理為組長、技術(shù)總工為副組長、全體技術(shù)人員為組員的現(xiàn)場QC 小組，同時借助PDCA 循環(huán)法，從人、料、機、法、環(huán)五大方面11個末端因素進行裂縫原因分析和要因確認。

2.1 人員

2.1.1 人員水平

人員實施崗前培訓制，考試合格并取得對應崗位證書后方可進行項目管理和實操作業(yè)。

2.1.2 質(zhì)量意識

每道工序?qū)嵤┣熬鶗M行技術(shù)交底，明確施工參數(shù)、質(zhì)量要求和注意事項，且堅持每天進行班前教育。

2.1.3 施工自檢

嚴格執(zhí)行三檢制度，操作手自檢、工種間互檢、質(zhì)檢員專檢，做到上道工序驗收合格后方可進入下道工序，不留質(zhì)量隱患。經(jīng)查，人員方面均符合設計要求和施工流程，為非要因。

2.2 材料

本工程采用商品混凝土，經(jīng)項目技術(shù)部現(xiàn)場檢查、抽樣復檢以及查閱技術(shù)報告，混凝土原材料、配合比及拌合情況控制如下。

2.2.1 原材料

（1）水泥：選用具有低水化熱的P·O 42.5普通硅酸鹽水泥。

（2）骨料：細骨料選用細度模數(shù)為2.3、平均粒徑為0.34mm 的中砂，含泥量≤3%；粗骨料選用質(zhì)地堅硬、級配連續(xù)、粒徑5mm～25mm碎石，含泥量≤1%。

（3）水：市政飲用水。

（4）摻合料：選用F類Ⅱ級粉煤灰（具有一定的膠凝作用），通過減少水泥用量來降低混凝土水化熱。實踐證明，單位體積混凝土中水泥用量每減少10kg，水化熱溫度可降低1℃。

2.2.2 配合比

本工程筏基所用C40 P6混凝土配合比見表1。

表1 原C40 P6混凝土配合比

從配合比來看，本工程針對大體積混凝土只是應用了粉煤灰一種摻合料，并未采用“雙摻”技術(shù)，致使水和水泥用量較大，水化熱增加，溫裂概率增大。

2.2.3 混凝土拌合

混凝土采用二次投料的砂漿裹石工藝加4℃冷水拌合，可有效減少5%水泥用量且提升10%強度，同時保證混凝土入模溫度不超過30℃，以控制混凝土水化熱及內(nèi)表溫差[4]。

從混凝土控制情況來看，當前配合比雖然在強度方面滿足設計要求，但并未考慮筏板基礎的大體積特征，且未采用雙摻技術(shù)對水泥用量及水化熱進行有效控制。因此，混凝土配合比不合理為溫度裂縫產(chǎn)生的要因，需進行優(yōu)化。

2.3 機器

經(jīng)查，本工程混凝土施工全過程所用機械、設備及儀器性能良好、資料齊全，均符合施工要求，為非要因。

2.4 工法

2.4.1 混凝土澆筑

本工程筏基尺寸和混凝土體量較大，為避免一次澆筑產(chǎn)生過大溫度應力，采用分段斜面分層法澆筑（如圖1 所示），并按“S”狀順序進行泵送布料，層厚按30cm～50cm控制，同時合理設置施工縫和后澆帶，以放松約束程度，減少單次澆筑蓄熱量，避免水化熱聚集。

圖1 混凝土斜面分層澆筑及振搗示意圖

2.4.2 混凝土振搗

混凝土采用插入式50振搗棒振搗，振點均勻排列，移動間距不大于振搗棒有效振搗半徑的1.5倍（以40cm為宜），且各振點間振搗搭接5cm～10cm。振搗過程遵循“快插慢拔、先低后高、直上直下”原則，單點振搗時間控制在20s～30s，以混凝土表面無明顯下沉、無氣泡冒出、表面泛漿為度。

此外，本工程混凝土施工實施二次振搗二次抹壓工藝，以排除混凝土因泌水作用而在石子和水平鋼筋下部形成的空隙和水分，從而提高其粘結(jié)力和抗拉強度，同時減少內(nèi)部裂縫與孔隙，提升混凝土抗裂性能，閉合早期干縮裂縫。

2.4.3 混凝土養(yǎng)護

混凝土澆筑完成12h 后開始養(yǎng)護，養(yǎng)護周期14d。本工程采用覆蓋灑水保溫保濕養(yǎng)護方式，覆蓋層組成為一層石棉被（4cm 厚）加一層草墊，其中石棉被保溫，草墊保濕，灑水頻率以混凝土表面時刻保持濕潤為度。

最小保溫層厚度驗算：根據(jù)GB 50496-2018《大體積混凝土施工標準》的規(guī)定，大體積混凝土表面與環(huán)境溫差不宜大于20℃，內(nèi)部與表面溫差不宜大于25℃，以防結(jié)構(gòu)因溫差過大而引發(fā)溫度裂縫[5]。混凝土最小保溫層厚度δ計算公式見式（1）。

式中參數(shù)含義及本工程取值見表2。

表2 最小保溫層厚度計算公式參數(shù)含義及取值

將參數(shù)取值代入式（1），則：

經(jīng)驗算，本工程保溫層（石棉被）最小厚度為7.5cm，實際只有4cm，達不到溫控要求。

因此，在工法所屬末端因素中，混凝土澆筑和振搗為非要因，混凝土養(yǎng)護措施不到位為要因。

2.5 環(huán)境

選擇較適宜的氣溫進行混凝土澆筑，盡量避開高溫天氣。若遇高溫天氣澆筑，應對混凝土運輸車及泵管采取隔熱措施，以降低混凝土入模溫度，減小內(nèi)表溫差。

經(jīng)現(xiàn)場檢查，混凝土澆筑環(huán)境條件控制良好，為非要因。

3 解決問題

3.1 目標設定

經(jīng)過兩次PDCA 循環(huán)，QC 小組在11個末端因素中確認出混凝土配合比不合理和養(yǎng)護措施不到位兩個要因。基于此，通過技術(shù)措施和管理措施的制定，計劃將混凝土裂縫率降至5%以下，且不得出現(xiàn)貫穿裂縫。

3.2 要因治理

鑒于6#、7#樓筏板基礎混凝土施工出現(xiàn)的裂縫病害，QC小組經(jīng)原因分析和要因確認，針對8#樓施工采取以下治理措施。

3.2.1 優(yōu)化配合比

混凝土配合比采用“雙摻”技術(shù)進行設計，即同時摻加粉煤灰和外加劑（具體摻量通過試驗確定）。外加劑選用具有緩凝和減水作用的復合型，其不僅可改善混凝土的和易性，同時還可減少約10%的水泥和10%的拌合水，從而降低水化熱及其釋放速度，推遲放熱峰值的出現(xiàn)，大大減小溫度裂縫出現(xiàn)的可能性。

此外，基于“精料方針”，在其他指標不變情況下，采用粒徑5mm～40mm 石子代替原5mm～25mm 石子，細度模數(shù)2.8、平均粒徑0.38mm的大粒中砂代替原細度模數(shù)2.3、平均粒徑0.34mm 的小粒中砂。如此，可在水灰比不變情況下，減少拌合水15kg/m3、20kg/m3、水泥20kg/m3、30kg/m3，從而既可提升混凝土強度，又可減小水化熱量，抑制溫度裂縫的出現(xiàn)。優(yōu)化后的混凝土配合比見表3。

表3 優(yōu)化后的C40 P6混凝土配合比

3.2.2 完善養(yǎng)護措施

增加保溫層厚度，添加混凝土抗裂薄膜，采用“一層薄膜+兩層石棉被（8cm）+一層草墊”的組合覆蓋層。此外，為進一步減小混凝土內(nèi)表溫差，8#樓實行“內(nèi)降外保”養(yǎng)護模式，即除覆蓋養(yǎng)護外，混凝土澆筑前在構(gòu)件內(nèi)部預埋冷卻管，澆筑后利用熱傳遞原理，通過通水循環(huán)的方式將混凝土內(nèi)部水化熱帶走，使其及時散失，以此降低內(nèi)部溫度，減小內(nèi)表溫差。冷卻管采用Φ30 鑄鐵水管制作，按“S”型布設2 層，水平、垂直間距分別為1.0m和0.5m，進出水口各外露50cm。

混凝土養(yǎng)護期間，實施溫度監(jiān)測，以確保內(nèi)表溫差≤25℃，表面與環(huán)境溫差≤20℃，溫降速率≤2℃/d，從而達到溫控目的。溫測時間原則上不少于12d，其中前5d每2h 測量一次，后7d 每4h 測量一次，當溫測曲線發(fā)生突變時，每1h測量一次。溫測點應布置在溫度變化、絕熱溫升和收縮應力產(chǎn)生最大的部位，其中剖面位置上下測點位于距混凝土表面和地面10cm處，中間測點位于筏板厚度中心，如圖2所示。

圖2 測點布置剖面示意圖

3.3 效果檢查

在完成混凝土配合優(yōu)化和養(yǎng)護措施完善后，8#樓筏板基礎澆筑完成5d時，經(jīng)劃分單元現(xiàn)場檢查統(tǒng)計，抽檢30處僅有1處存在輕微裂紋，裂縫率為3.3%，且在養(yǎng)護9d 后，采用超聲法進行裂縫深度檢測，最大深度為3.4mm，為表面裂縫，對結(jié)構(gòu)性能無影響，達到工程預期。

4 結(jié)語

通過此次QC 活動，使筏板基礎混凝土裂縫率從68.0%降低至3.3%，不僅消除了裂縫病害，提高了施工質(zhì)量，而且強化了小組人員的質(zhì)量意識、個人能力和團隊精神，達到了通過“解剖一個問題”推動“解決一類問題”的目的。