王興甫 任建中

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

水利工程施工中比較注重關(guān)于方案的比選[1,2]、質(zhì)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(zhì)量通病，很多學(xué)者對混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的機(jī)理分析與控制進(jìn)行了深入的研究，尤其是關(guān)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(jié)合工程實(shí)例就混凝土樓面裂縫的分析與防控措施進(jìn)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(jù)設(shè)計(jì)，梁、板為C30，板厚120mm，保護(hù)層20 mm，鋼筋為雙層雙向布置；柱為 C35。施工時(shí)先支柱模板，再支梁、板模板；澆筑混凝土?xí)r，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(jìn)度，陸續(xù)開始在板面堆載鋼管和模板，準(zhǔn)備搭設(shè)腳手架。檢查梁、板混凝土澆筑質(zhì)量時(shí)，發(fā)現(xiàn)板面出現(xiàn)少量不規(guī)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(yù)埋處未見裂紋。

混凝土澆筑 11天后梁、板拆模繼續(xù)養(yǎng)護(hù)時(shí)，天棚有一處地方有水滴漏至下層，其他區(qū)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(yè)主擔(dān)心滲水是由結(jié)構(gòu)性裂縫引起，為避免此項(xiàng)問題的再次出現(xiàn)，及時(shí)采取防控措施，參建各方對該項(xiàng)工程樓面裂縫進(jìn)行了專題分析。

2 對工程樓面裂縫的分析

2.1 設(shè)計(jì)方面的原因

設(shè)計(jì)板厚120 mm，配筋為HRB400級熱軋鋼筋C10@150雙向雙層，混凝土強(qiáng)度等級為 C30。設(shè)計(jì)未設(shè)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(shè)計(jì)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(qiáng)度等級C25即可，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級偏高。而混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)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(chǎn)生混凝土溫差裂縫和收縮裂縫。

表1 各房間活荷載標(biāo)準(zhǔn)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(shí)仍使用振搗棒振搗。振搗棒碰到鋼筋時(shí)，易導(dǎo)致鋼筋移位、間距加大，結(jié)構(gòu)抵抗拉應(yīng)力或剪切應(yīng)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(shí)。

（2）保護(hù)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(fù)筋下沉，混凝土保護(hù)層厚度加大，結(jié)構(gòu)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(jìn)行下一道工序施工，造成較大的施工荷載，致使板面產(chǎn)生裂縫或擴(kuò)大原有裂縫，在混凝土早期強(qiáng)度極低、上荷載過早的情況下，極易導(dǎo)致非結(jié)構(gòu)性裂縫發(fā)展為結(jié)構(gòu)性裂縫。

（4）混凝土未及時(shí)抹壓。板面抹壓應(yīng)在表面泌水完全排除掉時(shí)進(jìn)行，抹面時(shí)應(yīng)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(jìn)行二次抹面以閉合已產(chǎn)生的微裂紋和泌水孔。

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

2.3 環(huán)境方面的原因

2.3.1 溫度方面的原因

混凝土內(nèi)外溫度梯度增加，混凝土表面將產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)因溫度變化產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。一般表面與外界溫差不大于 20℃時(shí)，方可撤除養(yǎng)護(hù)措施[7]。

根據(jù)許文忠[8]的實(shí)驗(yàn)，選取與本項(xiàng)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(diǎn)）實(shí)測數(shù)據(jù)分析，在混凝土澆筑后 8d內(nèi)，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(nèi)，內(nèi)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(nèi)外溫差～澆筑后時(shí)間關(guān)系曲線

混凝土養(yǎng)護(hù)的保溫處理，不但提高了混凝土表面的溫度，還使混凝土內(nèi)部溫度得以緩降，并減小了斷面上的溫度梯度、內(nèi)外溫差以及混凝土表面與環(huán)境大氣的溫差[9]。施工單位質(zhì)量意識淡薄，澆筑后第3天才開始灑水養(yǎng)護(hù)，且在混凝土表面與外界溫差大于 20℃時(shí)即停止養(yǎng)護(hù)，混凝土早期升溫階段尚未充分硬化，彈性模量小，拉應(yīng)力小，易產(chǎn)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(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)其大于此時(shí)齡期混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，原有表面裂縫就會(huì)發(fā)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(qiáng)度或強(qiáng)度很小，或者混凝土剛剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí)，受高溫或較大風(fēng)力的影響，混凝土表面失水過快，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮，而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無法抵抗其本身收縮，因此產(chǎn)生龜裂[10]。風(fēng)速對混凝土的水分蒸發(fā)有直接影響，不可忽視。澆筑當(dāng)晚及次日風(fēng)力 5～6級，施工單位澆筑后也未及時(shí)采用覆蓋式養(yǎng)護(hù)保濕，混凝土表面水分的蒸發(fā)速度過快，混凝土收縮受環(huán)境相對濕度影響顯著，養(yǎng)護(hù)濕度為 70%的混凝土較養(yǎng)護(hù)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(huán)境相對濕度越低，其干縮值越大，干縮值隨齡期的發(fā)展規(guī)律為早期發(fā)展快，后期發(fā)展緩慢并逐漸穩(wěn)定。施工單位澆筑后第3天未采用覆蓋式養(yǎng)護(hù)保溫保濕而采用灑水養(yǎng)護(hù)，根據(jù)黃瑜等學(xué)者的研究[12]，在澆筑面非密封狀態(tài)下，5 cm處濕度下降最快，這與馬躍先等學(xué)者[13]非線性方程擬合計(jì)算濕度變化曲線結(jié)果和線彈性法計(jì)算濕度變化曲線結(jié)果 3 cm處濕度變化曲線一致，可見混凝土覆蓋式養(yǎng)護(hù)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(nèi)濕度的下降。

2.4 混凝土方面的原因

該工程梁、板混凝土強(qiáng)度等級同為 C30，施工時(shí)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(dòng)性，后者主要反映拌合物的穩(wěn)定性和保水性。滿足可泵性要求的混凝土需達(dá)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(yīng)減少，用水量增大，混凝土流動(dòng)性增加，早期強(qiáng)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(xì)骨料，有利于減少收縮，降低收縮應(yīng)力，并提高混凝土的抗裂能力(極限拉伸應(yīng)力或極限拉伸變形)[15]。水泥細(xì)度對混凝土收縮量有較大影響，水泥細(xì)度過細(xì)將加快水化速度早期放熱量較大，從而導(dǎo)致混凝土硬化收縮增大；砂、石骨料含泥量超標(biāo)，將增加混凝土的收縮，不利于混凝土的抗裂性與抗?jié)B性；細(xì)骨料采用細(xì)砂或特細(xì)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(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮混凝土內(nèi)外溫差和混凝土收縮特性，根據(jù)柱、梁、板荷載情況選擇合適的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級。

（2）根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)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(gòu)件局部配筋相對不夠產(chǎn)生裂縫。

（3）馬鐙間距以600～700mm為宜，同時(shí)搭設(shè)臨時(shí)的簡易通道，保護(hù)板面上層負(fù)筋。

（4）合理安排工期，控制施工進(jìn)度，在澆筑后24h內(nèi)不得上荷載，僅限于做養(yǎng)護(hù)、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(shí)壓實(shí)、抹平，當(dāng)表面發(fā)現(xiàn)細(xì)微裂縫時(shí)，初凝后終凝前應(yīng)及時(shí)再抹壓一次然后養(yǎng)護(hù)。

（6）混凝土澆筑后應(yīng)及時(shí)而正確的養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)時(shí)要考慮環(huán)境溫度和濕度對混凝土的影響，應(yīng)提高混凝土的養(yǎng)護(hù)溫度促進(jìn)其盡快凝結(jié)，保持環(huán)境處于高濕度狀態(tài)，降低混凝土表面的風(fēng)速[16]。對于混凝土澆筑面，尤其是平面結(jié)構(gòu)，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(fā)。模板和保溫層應(yīng)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(shí)拆模，混凝土拆模完畢后應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

（7）合理確定混凝土塌落度和水灰比，商品混凝土嚴(yán)禁途中或現(xiàn)場加水，應(yīng)逐車現(xiàn)場檢查塌落度；因氣候或施工情況變化可能影響混凝土質(zhì)量，要及時(shí)適當(dāng)調(diào)整混凝土配合比。

（8）盡量選用水化熱較低和水泥細(xì)度適當(dāng)?shù)乃啵诒ＷC混凝土的強(qiáng)度與和易性、耐久性的前提下，盡可能的降低水泥用量；粗、細(xì)骨料應(yīng)潔凈、級配良好，宜采用連續(xù)級配的粗骨料，再摻以適當(dāng)比例連續(xù)級配的砂子，以得到較低的空隙率。

經(jīng)分析并采取以上防控措施后，原有裂縫未進(jìn)一步擴(kuò)展，在后續(xù)澆筑中除樓梯口因人員行走和搭設(shè)模板支撐時(shí)致覆蓋養(yǎng)護(hù)破損，局部出現(xiàn)3條裂紋外，樓面裂縫基本上得到控制。

4 結(jié) 論

（1）設(shè)計(jì)中應(yīng)根據(jù)柱、梁、板荷載情況以適度為原則選擇合適的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級。

（2）施工中除應(yīng)注意對鋼筋骨架的保護(hù)，避免鋼筋移位，終凝前及時(shí)做第二次抹壓后再覆蓋養(yǎng)護(hù)外，還應(yīng)注意控制施工節(jié)奏和施工進(jìn)度。

（3）環(huán)境溫度和濕度對混凝土裂縫影響較大，養(yǎng)護(hù)是否及時(shí)，方法是否正確，對控制混凝土裂縫十分關(guān)鍵。

（4）混凝土塌落度和水灰比應(yīng)隨氣候或施工情況變化及時(shí)調(diào)整，水泥細(xì)度、骨料的級配和含泥量對混凝土收縮變形影響較大，應(yīng)作為質(zhì)量監(jiān)控點(diǎn)加以掌控。

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