淺析地下水池池壁施工中裂縫成因

吳建雄

南京南化建設(shè)有限公司，江蘇南京 210044

淺析地下水池池壁施工中裂縫成因

吳建雄

南京南化建設(shè)有限公司，江蘇南京 210044

地下水池池壁裂縫在工程實(shí)踐中是一個(gè)較為普通的現(xiàn)象，而其裂縫滲水情況嚴(yán)重影響工程施工質(zhì)量。本文在分析地下水池池壁混凝土與大體積混凝土的異同點(diǎn)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)于地下水池池壁裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行分析，有助于今后控制地下水池池壁裂縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化。

地下水池；池壁施工；裂縫成因；裂縫控制

0 引言

在化工建設(shè)工程中，有比較多的地下水池工程。鋼筋混凝土地下水池的池壁由于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的出現(xiàn)，常拌有滲漏水的情況，已成為一個(gè)較為普遍的質(zhì)量問題，在裂縫出現(xiàn)后的修復(fù)工作難度大，確實(shí)是工程施工中需要重視的問題。本文主要分析了地下水池池壁施工中裂縫成因相關(guān)問題，并結(jié)合揚(yáng)子-巴斯夫二期擴(kuò)建項(xiàng)目中4#冷卻循環(huán)水工程地下冷卻水池分部工程采取的一些對(duì)應(yīng)的防裂措施。

1 地下水池池壁混凝土與大體積混凝土的異同點(diǎn)

地下水池池壁混凝土的澆筑是一種大體積混凝土的施工，因此，地下水池墻板施工中裂縫產(chǎn)生的機(jī)理與大體積混凝土是一致的。由于水泥水化熱、混凝上強(qiáng)度發(fā)展過程中的收縮變形，當(dāng)變形受到內(nèi)部或外部的約束產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就產(chǎn)生了裂縫。與大體積混凝土不同的是，地下水池池壁的結(jié)構(gòu)斷面尺寸具有其特殊性。一般情況下，地下水池池壁板的厚度相對(duì)比較小，高度比較高，而長度卻相當(dāng)長。由于平面尺寸的影響，使墻板受到的約束作用遠(yuǎn)大于一般大體積混凝土結(jié)構(gòu)物，因而產(chǎn)生的收縮應(yīng)力也很大，這是地下水池池壁比一般大體積混凝土構(gòu)件更容易產(chǎn)生裂縫的重要因素之一。

盡管地下水池池壁的尺寸與一般大體積結(jié)構(gòu)物相比，厚度要小很多，但在混凝土澆筑過程的溫度應(yīng)力卻不容忽視。首先，由于地下水池墻體的結(jié)構(gòu)位置及受力特點(diǎn)，決定了地下水池池壁所用的混凝土一般是高標(biāo)號(hào)、高抗?jié)B性能的泵送混凝土，因此，施工中的水泥水化熱還是比較大的；其次，地下水池池壁的豎向平面養(yǎng)護(hù)極為困難：地下水池池壁的表面積與其他的大體積混凝土結(jié)構(gòu)相比較而言是較大的，因而表面散熱也較快，同時(shí)由于地下水池墻體所處的位置使池壁外側(cè)面直接敞露在日光下容易引起混凝土內(nèi)外較大的溫差：這些因素都將導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。

2 地下水池池壁裂縫產(chǎn)生原因分析

在地下水池工程施工中，池壁裂縫是一個(gè)較為普遍的質(zhì)量問題，現(xiàn)已引起工程界的重視。結(jié)合實(shí)際工作分析裂縫形成的原因，主要有以下幾點(diǎn)。

2.1 溫度應(yīng)力

由于水泥水化熱而導(dǎo)致的溫度應(yīng)力是地下水池墻板這種大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。在實(shí)例中，大多數(shù)墻板開裂都是在拆模后的兩天到一周內(nèi)發(fā)現(xiàn)的，而開裂的具體時(shí)間應(yīng)該更早，隨著脫模后構(gòu)件表面的干燥，裂縫會(huì)明顯并隨時(shí)間的增長而逐步發(fā)展：裂縫的位置一般在墻體的中部，呈豎向近似直線形，基本等間距；另一方面，混凝土的干縮所產(chǎn)生的裂縫在許多情況下也其有相同的形式，但通常此種裂縫是在混凝土澆筑2～3個(gè)月后才產(chǎn)生，干縮雖然不是混凝土墻體開裂的主要原因，但也是混凝土墻體裂縫發(fā)展的一個(gè)重要因素。

2.2 約束作用和收縮變形

收縮變形是混凝士的一種物理現(xiàn)象。當(dāng)混凝土在發(fā)生變形變化時(shí)，會(huì)受到一定的約束。地下水池池壁板厚度若比較厚時(shí)（大于500mm），除了收縮以外，它還要承受厚壁墻板水化熱和不均勻收縮而出現(xiàn)的自約束應(yīng)力。墻板的結(jié)構(gòu)特性（水池是一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu),這是結(jié)構(gòu)產(chǎn)生自我約束的外部可能），包括墻板的結(jié)構(gòu)幾何特性和豎向配筋率、水平配筋率及間距等，是產(chǎn)生約束的主要原因。地下水池池壁的厚度越厚，其自約束應(yīng)力也就越大。而且因?yàn)楫?dāng)?shù)叵滤爻乇诒容^厚大時(shí)，相應(yīng)的水化熱和溫度應(yīng)力也較大，但更重要的是收縮變形也相應(yīng)增大。

3 結(jié)合實(shí)際采取的裂縫控制措施

3.1 溫度應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫控制

這種類型的裂縫有關(guān)的因素包括混凝土材料、外界溫度、混凝土澆注方式等。

1）混凝土的材料?；炷恋牟牧闲再|(zhì)包括混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、防滲等級(jí)、混凝土的配合比水灰比、原材料、外摻料、外加劑、坍落度等指標(biāo)以及水泥的品種和用量，一般來講混凝土的配合比水灰比和使用的水泥品種是影響溫度應(yīng)力大小的主要因素。而由于地下水池池壁所處的特殊位置，一般所用的混凝土強(qiáng)度等級(jí)高，有較高的防滲要求，防滲等級(jí)高(S6以上)，所以對(duì)于該部位使用的混凝土，混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和防滲等級(jí)也是影響溫度應(yīng)力大小的重要因素。在冷卻水池地下部分的施工中，我們對(duì)上述因素進(jìn)行了控制，在該部位使用的普通硅酸鹽混凝土C40，其水灰比為0.37，略小于一般混凝土水灰比（0.4～0.8），外加劑為微膨脹劑SF-A(抗?jié)B劑)，用量為水泥用量的10%（8%～12%），這樣我們?cè)诓牧线@個(gè)內(nèi)部源頭因素加以了合理的控制以減少混凝土的收縮而產(chǎn)生裂縫。

2）混凝土澆注方式。大體積的混凝土施工中基本采用泵送。水泥的用量、坍落度是泵送混凝土生產(chǎn)和施工時(shí)所需要考慮的：（1）其中與溫度應(yīng)力有關(guān)的是水泥的用量，如果水泥用量過少，會(huì)導(dǎo)致混凝土的和易性差，泵送阻力大，泵和輸送管的磨損亦加劇，容易產(chǎn)生阻塞，因此，對(duì)泵送混凝土的水泥用量有一最小限制，我國規(guī)范規(guī)定為300kg/m3；（2）而與一般混凝土相比，泵送混凝土自身的坍落度要高。結(jié)合上述說明，那么在水泥用量不變的情況下，為了保證坍落度，必須提高用水量或是加入外加劑。如果提高用水量，水灰比增加，混凝土隨著硬化過程，水分逐漸蒸發(fā)，在混凝土內(nèi)部形成空隙，水分越多，空隙當(dāng)然越多，從而降低了混凝土的密實(shí)度，則降低了混凝土的強(qiáng)度，也對(duì)水池抗?jié)B不利。而且，在泵送混凝土中，水灰比比一般混凝土要高5%～10%，水灰比是溫度裂縫產(chǎn)生的主要因素，在上段中已經(jīng)詳細(xì)說明，為了減少用水量而控制水灰比，減少溫度裂縫，在冷卻循環(huán)水工程地下冷卻水池的施工中采取增加了外加劑的措施，增加了減水劑TMSY1-3（PC）。

3）外界環(huán)境?；炷恋臏囟仁怯绊懟炷翜囟葢?yīng)力大小的重要的因素，包括混凝土施工溫度、養(yǎng)護(hù)溫度等。影響外界氣溫變化因素包括環(huán)境溫度、濕度、風(fēng)速等。由于地下水池墻板的混凝土澆筑后水泥的水化熱較大，墻板的厚長，使得水化熱聚積在內(nèi)部較難散發(fā)；同時(shí)，地下水池池壁的表面積較大，散熱較快，易產(chǎn)生較大的內(nèi)外溫差。因此，應(yīng)當(dāng)正確選擇混凝土的澆筑方法和振搗方式；養(yǎng)護(hù)方法及時(shí)間；養(yǎng)護(hù)材料。在冷卻循環(huán)水工程地下冷卻水池的施工中，底板混凝土采取分段分層的澆筑方法,水池池壁采取分段不分層,從澆筑點(diǎn)開始沿兩側(cè)同時(shí)施工的方法,在混凝土澆筑完畢后12小時(shí)就開始進(jìn)行了養(yǎng)護(hù)，二天后拆除了池壁模板，整體覆蓋土工布(軟質(zhì)材料,保水性好)并澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為14天。另外，不同的混凝土齡期其水化熱所引起的溫度荷載是不一樣的，基本上分為3個(gè)階段，如下圖所示（0～7天達(dá)到50～70%設(shè)計(jì)強(qiáng)度，這個(gè)百分比跟溫度有關(guān)，溫度越高，值越高，8～14天達(dá)到90%設(shè)計(jì)強(qiáng)度，15天以上），在混凝土澆筑后7天內(nèi)是混凝土產(chǎn)生水化熱的峰值期間，內(nèi)外溫差大，同時(shí)模板未拆除，為了保證混凝土的散熱，澆水養(yǎng)護(hù)的頻率和澆水量比正常養(yǎng)護(hù)時(shí)要大。當(dāng)然自然環(huán)境條件變化所引起的溫度荷載也是隨機(jī)，也難以控制，我們所能采取的是合理的養(yǎng)護(hù)。綜上所述，地下水池墻板混凝土施工期間外界溫度的變化對(duì)其裂縫的開裂及防治都有重大的影響。

3.2 約束原因產(chǎn)生的裂縫控制

當(dāng)混凝土凝結(jié)硬化時(shí),在空氣中體積收縮，在水中體積膨脹。通常混凝土收縮值比混凝土膨脹值大很多，混凝土的收縮值隨著時(shí)間而增大，養(yǎng)護(hù)不好以及混凝土構(gòu)件的四周受約束從而阻止混凝土收縮時(shí)，會(huì)使混凝土產(chǎn)生收縮應(yīng)變，從而使構(gòu)件表面出現(xiàn)收縮裂縫。對(duì)此，在冷卻循環(huán)水工程地下冷卻水池的施工中，使用了微膨脹外加劑，從內(nèi)部機(jī)理上增加了混凝土的膨脹值，一定程度上減少了與混凝土的收縮值之間的差值，根本上減少了裂縫的產(chǎn)生，另外，采取了軟質(zhì)厚土工布進(jìn)行整體進(jìn)行覆蓋，并保證養(yǎng)護(hù)時(shí)間及養(yǎng)護(hù)澆水量，避免風(fēng)吹日曬，導(dǎo)致表面游離水分蒸發(fā)而產(chǎn)生急劇的體積收縮，也有效的減少因約束原因產(chǎn)生的裂縫。

4 一般池壁裂縫的處理方法

一般池壁裂縫是通常由于溫度、混凝土的收縮、施工等因素引起的非受力裂縫，處理如下：

1）對(duì)于一般池壁表面的龜裂，可先將裂縫清洗干凈，待干燥后用環(huán)氧樹脂液灌縫或用表面涂刷封閉。

2）對(duì)其它一般少量且非通長、貫通的裂縫（寬度在0.05mm～0.2mm之間）的處理，其施工順序?yàn)椋呵逑窗蹇p后用1：2或1：1水泥砂漿抹縫，壓平養(yǎng)護(hù)，封閉以恢復(fù)觀感即可。

3）對(duì)少量且非通長、貫通的裂縫（寬度大于0.2mm）較大時(shí)，應(yīng)沿裂縫鑿八字形凹槽，沖洗干凈后，用1：2水泥砂漿抹平，也可以采用環(huán)氧膠泥嵌補(bǔ)。

4）對(duì)通長、貫通的危險(xiǎn)結(jié)構(gòu)裂縫，裂縫寬度大于0.2mm的處理方法為：除了沿縫鑿成V字形凹槽沖洗干凈，將環(huán)氧樹脂液用壓力灌入縫內(nèi)封閉外，還要用粘碳纖維布對(duì)池壁進(jìn)行加固。

5 結(jié)論

地下水池池壁裂縫在工程實(shí)踐中是一個(gè)較為普通的現(xiàn)象，池壁的開裂發(fā)展到一定程度上還會(huì)引起地下水的滲漏，對(duì)結(jié)構(gòu)的使用及安全造成很大的影響，也給施工帶來了很大的麻煩，本文地下水池池壁施工中裂縫產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析，對(duì)于今后控制地下水池池壁裂縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化措施具有一定幫助。

TU7

A

1674-6708（2010）22-0084-02