馬錦希
(廣州市第二建筑工程有限公司,廣東廣州 510000)
隨著建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴大,為滿足混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆作業(yè)需求,現(xiàn)代建筑工程中,普遍采用大體積混凝土技術(shù),其有著表面系數(shù)小、內(nèi)部升溫快的工藝局限,在施工期間時常出現(xiàn)混凝土開裂問題,對建筑物結(jié)構(gòu)性能、使用壽命造成嚴(yán)重影響,由此引發(fā)結(jié)構(gòu)滲漏水、形成抗震薄弱環(huán)節(jié)等多項問題出現(xiàn)。在這一工程背景下,對混凝土裂縫的防治處理,是保障建筑物使用安全、推動建筑施工水準(zhǔn)持續(xù)提高的關(guān)鍵。
塑性收縮裂縫主要出現(xiàn)在混凝土現(xiàn)澆完畢到硬化成型的時間段內(nèi),在混凝土表面形成寬度較大、沿受力鋼筋與箍筋方向規(guī)則性分布的結(jié)構(gòu)裂縫,或是在混凝土結(jié)構(gòu)厚度較小時在表面形成直線狀的貫穿性裂縫。這類裂縫的形成機理在于,塑性狀態(tài)下的混凝土固體顆粒受到減水劑等外加劑影響,在表面形成水泥漿,表面水分蒸發(fā)速率明顯高于泌水速率,隨著時間推移,混凝土水分蒸發(fā)面持續(xù)下降,當(dāng)蒸發(fā)面低于新拌混凝土表面時,形成凹液面,在毛細管壓力作用下推動周邊固體顆粒相互靠近,由于顆粒平均距離縮短而出現(xiàn)漿體收縮現(xiàn)象,在收縮量超標(biāo)后便會形成裂縫。同時,當(dāng)混凝土結(jié)束塑性階段后,固體顆粒將恢復(fù)到固定狀態(tài),停止毛細作用,不會在后期形成塑性收縮裂縫。在建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工期間,如果出現(xiàn)混凝土含水量過高、現(xiàn)場環(huán)境干燥、現(xiàn)場氣溫偏高與風(fēng)速過快、混凝土表面未采取覆蓋保護措施、混凝土表面水分蒸發(fā)速度過快等情況,會增加混凝土體積收縮量,因?qū)嶋H收縮量遠超過同時期混凝土強度而形成塑性收縮裂縫[1]。
混凝土溫度裂縫常見于現(xiàn)場環(huán)境溫差較大、采取大體積混凝土技術(shù)的建筑工程中,因外部氣溫異常變化和內(nèi)表溫差過大而在表面與內(nèi)部形成裂縫。例如,從混凝土內(nèi)外溫差角度來看,當(dāng)混凝土澆筑完畢后會進行一段時間的水化反應(yīng),持續(xù)向外釋放熱量,由于大體積混凝土表面系數(shù)小和內(nèi)部溫升速度快,如果未采取有效溫控措施,會在結(jié)構(gòu)中形成超過抗拉強度的溫度應(yīng)力,在應(yīng)力作用下形成裂縫,混凝土內(nèi)表溫差越大,則裂縫寬度越大,對結(jié)構(gòu)性能與耐久性造成更為嚴(yán)重的影響。而從外部氣溫角度來看,現(xiàn)場環(huán)境氣溫直接影響到混凝土表面溫度,如果遇到寒潮來襲,或是現(xiàn)場氣溫偏低,會隨之降低混凝土表面溫度,但并不會影響到內(nèi)部溫度,最終因混凝土內(nèi)表溫差過大而形成溫度裂縫。此外,配合比不當(dāng)也是引發(fā)混凝土溫度裂縫形成的一項重要原因,在建筑大體積混凝土施工期間,錯誤選用水泥品種、水泥用量超標(biāo),導(dǎo)致混凝土在水化期間釋放過多的水化熱量,使得混凝土內(nèi)部溫升速度過快、內(nèi)表溫差失控,在混凝土澆筑完畢3~5d內(nèi)形成溫度裂縫。
混凝土沉降裂縫是因下方基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象和產(chǎn)生過大沉降量而形成的一種裂縫,主要表現(xiàn)為深入型裂縫和貫穿型裂縫,裂縫與地面基本保持垂直狀態(tài)。在建筑混凝土施工期間,沉降裂縫形成原因包括下方地基軟硬不均、過早拆模、直接在凍土層上支設(shè)模板與現(xiàn)澆混凝土。例如,在凍土層上直接現(xiàn)澆混凝土?xí)r,如果混凝土結(jié)構(gòu)未在冬季結(jié)束前達到設(shè)計強度,隨著氣溫回升,凍土層逐漸解凍,土層強度與承載性能隨之降低,在承受較大上部荷載的情況下出現(xiàn)化凍下沉現(xiàn)象,由此引發(fā)沉降裂縫的形成[2]。
化學(xué)反應(yīng)膨脹裂縫常見于混凝土表面,呈現(xiàn)龜裂形狀和網(wǎng)狀裂縫形狀,形成原因包括使用安定性較差水泥、骨料堿性超標(biāo)、振搗不良、鋼筋銹蝕。例如,在選用堿性超標(biāo)的骨料來制備混凝土?xí)r,在混凝土攪拌、澆筑與硬化成型期間,活性骨料與堿性離子相互接觸后進行一系列化學(xué)反應(yīng),并在反應(yīng)期間持續(xù)吸收外部水分,致使混凝土體積膨脹、形成裂縫。而在使用安定性較差水泥材料時,將在混凝土水化過程中持續(xù)生成鈣礬石,形成膨脹裂縫。
干縮裂縫常見于混凝土平面部位和結(jié)構(gòu)變截面處,呈現(xiàn)為走向縱橫交錯、缺乏規(guī)律性的細小裂縫。干縮裂縫形成原因在于,混凝土養(yǎng)護操作不當(dāng),在養(yǎng)護期間的水分蒸發(fā)速率過快,表面長時間處于干燥狀態(tài)或干濕交替狀態(tài),因缺乏水分而導(dǎo)致體積收縮,在內(nèi)部約束作用下產(chǎn)生過大拉應(yīng)力,最終形成干縮裂縫。
為減小材料因素對混凝土裂縫形成概率、結(jié)構(gòu)性能造成的影響系數(shù),必須嚴(yán)格控制材料質(zhì)量,從原材料性能檢驗、混凝土運輸、成品材料檢驗3方面著手,具體如下。
2.1.1 原材料性能檢驗
在混凝土拌和前,對拌合水pH、粗細骨料粒徑、水泥品種與干燥程度、外加劑品種進行全面檢查,退回存在質(zhì)量缺陷與規(guī)格有誤的材料,如不得使用潮濕結(jié)塊水泥。隨后,根據(jù)混凝土拌和要求,對原材料進行預(yù)處理,篩除粗細骨料中夾雜的腐殖土等雜質(zhì),將骨料含泥量控制在3%以內(nèi),把水泥運往干燥庫房內(nèi)進行密封堆放,濾除拌合水中的雜質(zhì),或直接使用水質(zhì)較高的飲用水作為拌和水。
2.1.2 混凝土運輸
準(zhǔn)備專用混凝土罐車來運輸材料,在運輸期間始終保持罐車勻速轉(zhuǎn)動狀態(tài),避免混凝土分層離析。同時,嚴(yán)格控制混凝土運輸時間,要求所制備混凝土在限定時間內(nèi)運輸入場、投入使用,如果存放時間過長,和易性等多項性能都將出現(xiàn)明顯下滑現(xiàn)象,容易在后續(xù)澆筑、硬化成型期間形成裂縫。
2.1.3 成品材料檢驗
待混凝土材料運輸入場后,對混凝土的坍落度、密度、和易性、抗壓/抗析強度、劈裂強度等多項性能進行逐項檢測,對比檢測結(jié)果與性能指標(biāo)要求,禁止將質(zhì)量不達標(biāo)材料投入使用。以混凝土坍落度為例,一般情況下,要求混凝土坍落度保持在18~22cm以內(nèi)。同時,為預(yù)防產(chǎn)生不必要的材料損耗,對離析混凝土進行重復(fù)攪拌,在混凝土流動性不達標(biāo)添加少量減水劑進行二次調(diào)整,再將處理后的混凝土材料投入使用[3]。
在配合比優(yōu)化設(shè)計環(huán)節(jié)通常采取原材料優(yōu)選、混凝土試拌兩項防治措施,具體如下:①原材料優(yōu)選是綜合分析現(xiàn)場環(huán)境條件、混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)、工藝技術(shù)等因素來選擇恰當(dāng)?shù)脑牧掀贩N。例如,在采取大體積混凝土技術(shù)時,需要選用連續(xù)級配碎石作為粗骨料、選用粉煤灰或礦渣粉作為摻合料、選用中砂作為細骨料,選用粉煤灰硅酸鹽水泥等低水化熱品種水泥,以及在攪拌期間使用到高效減水劑、緩凝劑和引氣劑等外加劑。②混凝土試拌是按照既定配合比方案來制備少量混凝土,將樣品送至實驗室化驗檢測,根據(jù)檢驗報告與混凝土表現(xiàn)情況來調(diào)整配合比方案,如在混凝土泌水量較多時增加減水劑用量,在混凝土抗裂性能不佳時摻入適量纖維材料。
為有效控制混凝土內(nèi)表溫差與澆筑溫度,避免因內(nèi)表溫差、混凝土表面與現(xiàn)場溫度差值過大、混凝土溫升速度過快而形成溫度裂縫,需要采取入模溫度控制、內(nèi)表溫差控制、現(xiàn)場溫度控制3項措施,具體如下。
2.3.1 入模溫度控制
混凝土入模溫度與內(nèi)部最高溫度有著緊密聯(lián)系,在入模溫度過高、過低時,都會影響到混凝土硬化成型效果,容易形成溫度裂縫。因此,在混凝土現(xiàn)澆作業(yè)開始前,施工人員需要對混凝土溫度進行測量,把溫度控制在5~30℃區(qū)間內(nèi),必要時采取冷卻降溫、預(yù)加熱等方法來調(diào)節(jié)溫度。
2.3.2 內(nèi)表溫差控制
提前在澆筑區(qū)內(nèi)設(shè)置感溫探頭,定期對混凝土表面、結(jié)構(gòu)內(nèi)部與現(xiàn)場環(huán)境溫度進行測量。在混凝土內(nèi)表溫差臨近限值,或是混凝土內(nèi)部溫升速度超出預(yù)期時,則在澆筑區(qū)內(nèi)預(yù)埋管路中流通冷卻水來帶走內(nèi)部釋放的多余熱量,或是在混凝土表面蓄積熱水來提高表面溫度[4]。
2.3.3 現(xiàn)場溫度控制
在工程現(xiàn)場氣溫異常變化時,采取相應(yīng)措施來控制現(xiàn)場氣溫,或是減小環(huán)境溫度對混凝土溫度造成的影響。例如,在現(xiàn)場氣溫偏低時在混凝土表面包裹棉簾等保溫材料,也可以采取蒸汽養(yǎng)護法,持續(xù)在作業(yè)區(qū)域生成高溫蒸汽。而在現(xiàn)場氣溫偏高時,搭建遮陽擋棚,阻擋太陽光直接照射混凝土。
在現(xiàn)代建筑工程中,混凝土技術(shù)有著工藝流程煩瑣、作業(yè)難度大、成型質(zhì)量可控性差的施工特點,如果在工藝過程中出現(xiàn)提前拆模、混凝土振搗時間不足、前后層混凝土澆筑間隔時間過長等問題,都有可能形成結(jié)構(gòu)性裂縫,存在質(zhì)量安全隱患。因此,為預(yù)防混凝土裂縫問題的出現(xiàn),必須加強工藝過程控制力度,正確掌握各道工序的技術(shù)操作要點,確保施工技術(shù)方案得到貫徹執(zhí)行。
(1)基層處理。對混凝土結(jié)構(gòu)下方基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的平整度、承載性能與穩(wěn)定性進行檢查,如果在松軟土層、凍土層上支設(shè)模板與澆筑混凝土,為預(yù)防沉降裂縫形成,需要采取注漿加固、強夯、堆載預(yù)壓等方法對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行加固處理,或是合理安排工序流程,在凍土層解凍前完成拆模作業(yè)。
(2)混凝土澆筑。在混凝土結(jié)構(gòu)幾何尺寸較大情況下,采取分層澆筑方式,混凝土層厚度不宜超過0.3m,并把澆筑高度控制在2m內(nèi),或是額外設(shè)置溜槽等裝置,避免出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象。同時,為預(yù)防施工冷縫形成,要求連續(xù)性完成混凝土現(xiàn)澆作業(yè),待下層混凝土初凝前,必須完成上層混凝土澆筑振搗操作,可選擇添加緩凝劑來延緩初凝時間。而在混凝土中斷澆筑、下層提前初凝時,施工人員對初凝混凝土進行強力攪拌。
(3)混凝土振搗。在混凝土水化反應(yīng)期間,會產(chǎn)生一定的混凝土收縮量與徐變量,在混凝土表面形成細微裂縫,對混凝土觀感質(zhì)量造成影響。因此,在一次振搗完畢后,需要在混凝土臨近初凝1h時重復(fù)開展振搗作業(yè),起到改善混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)、增強抗?jié)B性能的作用。隨后,在混凝土臨近終凝時開展二次抹面作業(yè),施工人員手持滾筒反復(fù)滾壓混凝土表面,消除表面裂縫、保持表面光滑狀態(tài)。
(4)混凝土養(yǎng)護。為預(yù)防干縮裂縫與溫度裂縫形成,重點做好保溫、保濕方面的養(yǎng)護工作。其中,在保溫方面,定期測量混凝土內(nèi)表溫度與養(yǎng)護環(huán)境溫度,在環(huán)境氣溫偏低時采取蒸汽養(yǎng)護法來維持5℃以上溫度,在表面溫度偏低時采取蓄水養(yǎng)護法來提高表面溫度,在內(nèi)部溫度偏高時采取循環(huán)冷卻法來降低內(nèi)部溫度、控制溫升速度[5]。而在保濕養(yǎng)護方面,在混凝土表面覆蓋塑料薄膜或是堆放浸濕麻布袋起到表面鎖水作用,定期在表面灑水潤濕,同步檢查混凝土水分蒸發(fā)速率和養(yǎng)護環(huán)境空氣濕度,根據(jù)蒸發(fā)速率、空氣濕度變化情況來實時調(diào)整灑水養(yǎng)護方案。
(5)模板拆除。要求施工人員根據(jù)混凝土強度提升情況來選擇恰當(dāng)拆模時機,在養(yǎng)護持續(xù)時間到達預(yù)定值后,對試塊強度進行檢測,如果試塊強度達到一定比例的設(shè)計強度值,即可組織開展拆模作業(yè),按順序先后拆除非承重部位與承重部位模板。同時,禁止施工人員采取野蠻拆模行為,如果在拆模期間出現(xiàn)混凝土與模板粘連、表面形成裂縫、缺棱掉角等問題,需要對缺陷部位進行修補處理,如采取灌縫修補法,清理裂縫內(nèi)部與表面灰塵污漬,在縫內(nèi)灌注環(huán)氧樹脂膠液,由灌縫膠與混凝土形成整體結(jié)構(gòu)。
考慮到混凝土裂縫問題有著種類繁多、成因復(fù)雜的特征,不同類型裂縫的表現(xiàn)形式、出現(xiàn)時間、形成原因和造成影響存在明顯差異。因此,為提高混凝土裂縫防治工作的針對性,必須結(jié)合裂縫類型來編制專項防治處理方案。例如,針對混凝土塑性收縮裂縫問題,需要采取潤濕混凝土表面、縮短工序交接時間、優(yōu)化配合比方案三項防治措施,通過控制混凝土塑性收縮量來預(yù)防裂縫形成。①潤濕混凝土表面,提前把模板板材在水中浸泡一段時間、在基面上灑水潤濕,以及在定期在混凝土表面以噴霧形式噴淋少量水分,避免基面和模板吸收過多混凝土水分,保持水分蒸發(fā)速率和泌水速率的穩(wěn)定狀態(tài)。②縮短工序交接時間,待混凝土現(xiàn)澆完畢后,施工人員必須在限定時間內(nèi)開展養(yǎng)護作業(yè),避免因工序交接不及時而導(dǎo)致混凝土長期受到外部環(huán)境侵蝕而散失過多水分。③配合比優(yōu)化,在混凝土攪拌期間摻加適量粉煤灰、緩凝減水劑等摻合料與外加劑,也可以添加纖維材料,如PP聚丙烯纖維、PVA聚乙烯醇纖維、玻璃纖維等,纖維體將在基體中均勻分散,起到抑制收縮程度、增強結(jié)構(gòu)韌性、減小裂縫寬度等多重作用。
綜上所述,混凝土裂縫是現(xiàn)代建筑工程中的一類典型質(zhì)量通病,建筑企業(yè)與工程人員需要對混凝土裂縫防治工作予以充分重視,深入了解裂縫類型、明確裂縫形成原因,針對性采取裂縫防治方案,盡最大努力降低混凝土裂縫形成概率,做到對癥下藥。