預(yù)拌混凝土長墻體裂縫事故的控制處理措施及預(yù)防

張全貴，楊建寧（石家莊金隅旭成混凝土有限公司，高工）

編者按：預(yù)拌混凝土的出現(xiàn)解決了現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土的不足，但在應(yīng)用的過程中也產(chǎn)生了一些問題，如混凝土的早期開裂問題一直是大家關(guān)注的重點(diǎn)，也是解決的難點(diǎn)，尤其是表面系數(shù)大的板、墻以及大體積混凝土施工工藝不良等原因造成的混凝土開裂問題，引發(fā)了很多不必要的糾紛。因此，找出混凝土早期開裂的原因，從而采取相應(yīng)的防治措施是解決問題的關(guān)鍵。本期特別策劃請(qǐng)專家及現(xiàn)場(chǎng)工作人員結(jié)合實(shí)際施工案例，就混凝土早期開裂分析其成因并給出相應(yīng)防治措施，希望能給廣大從業(yè)人員提供參考。

隨著商品混凝土在工程建設(shè)中的應(yīng)用越來越廣泛，建筑結(jié)構(gòu)長墻體幾乎全部采用商品混凝土泵送澆筑，由于長墻體具有體積大、結(jié)構(gòu)厚、鋼筋密的特點(diǎn)，使長墻體的結(jié)構(gòu)溫度形變條件復(fù)雜，早期極易出現(xiàn)裂縫，并基本都是貫穿性豎向裂縫，不僅會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)整體的外觀，而且對(duì)結(jié)構(gòu)的正常使用、耐久性等造成很大的影響。筆者從事商品混凝土及外加劑研究應(yīng)用16年，在同行業(yè)碰到了許多類似問題，通過不斷學(xué)習(xí)及總結(jié)分析，積累了一些經(jīng)驗(yàn)，現(xiàn)通過兩個(gè)失敗和成功的相關(guān)案列與同行共勉。

1 案例1：河北華孚沉淀池長墻體工程

1.1 工程概括

華孚沉淀池長墻體工程為華民藥業(yè) 7-ACA 改擴(kuò)建項(xiàng)目工程的一部分，于 2011 年 8 月開始施工，至 2012 年 2 月施工完畢。每個(gè)沉淀池長 60 米、寬 40 米、高 6 米、底部厚度 0.5米、頂部厚度 0.3 米，連墻體總長度為 120 米，設(shè)計(jì)單位建議混凝土摻加 FEA-100 型膨脹劑。

1.2 原材料情況

為了從原材料方面杜絕長墻體裂縫的出現(xiàn)，我們嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量。選用 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，用部分粉煤灰和礦粉替代水泥，以降低水泥水化熱溫升。粉煤灰為Ⅰ級(jí)粉煤灰，礦粉為 S95 級(jí)礦粉。砂子采用常規(guī)中砂，石子選用 5～20mm 粒徑的連續(xù)級(jí)配、級(jí)配良好的碎石。摻加適量的萘系高效減水劑以減少混凝土用水量，摻加 7% 的 FEA-100型膨脹劑以滿足補(bǔ)償收縮。混凝土膨脹劑檢驗(yàn)報(bào)告見表 1。

1.3 配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)

沉淀池工程采用強(qiáng)度等級(jí)為 C35P8 的預(yù)拌混凝土，配合比根據(jù)《配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》設(shè)計(jì)，并根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了一定調(diào)整。C35P8 預(yù)拌混凝土配合比見表 2。

表 1 混凝土膨脹劑檢驗(yàn)報(bào)告

表 2 沉淀池工程 C35P8 混凝土配合比 kg/m3

按照 C35P8 配合比進(jìn)行混凝土試配試驗(yàn)，混凝土的出機(jī)狀態(tài)良好，和易性滿足混凝土泵送要求，并留置混凝土試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B等級(jí)、限制膨脹率的測(cè)定。試驗(yàn)結(jié)果為：混凝土 28d 的試塊抗壓強(qiáng)度均值為 42.6MPa，抗?jié)B等級(jí)大于 P8，28d 限制膨脹率 0.022%～0.025%。

1.4 預(yù)拌混凝土生產(chǎn)情況

為了保證我公司生產(chǎn)的混凝土滿足沉淀池工程的要求，對(duì)于出廠的混凝土，我公司進(jìn)行了開盤鑒定和試件留置工作，并保證做到車車檢驗(yàn)，保證混凝土工作性滿足泵送要求，另外，施工單位在白天對(duì)河北華孚沉淀池長墻體工程進(jìn)行澆筑時(shí)，我公司對(duì)當(dāng)天的溫度進(jìn)行了測(cè)量，白天平均氣溫在32℃，中午最高溫度達(dá)到 36℃?；炷恋竭_(dá)工地后整個(gè)澆筑過程非常順利，沒有出現(xiàn)斷車、堵泵的現(xiàn)象。

1.5 事故說明

2011 年 9 月河北華孚安裝工程有限公司向我公司提出沉淀池壁出現(xiàn)裂縫，我公司對(duì)此高度重視，當(dāng)天下午，我公司總工程師、副總工程師、攪拌站站長及“北京冶建工程裂縫處理中心”王工程師對(duì)沉淀池實(shí)體長墻體進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)考察。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后發(fā)現(xiàn)，沉淀池墻體多處出現(xiàn)垂直豎向裂縫，裂縫寬度在 0.2～0.4mm 之間，現(xiàn)場(chǎng)目測(cè)裂縫長度達(dá)約 2000 延米。

圖 1 水池長墻豎向裂縫

圖 2 水池長墻豎向裂縫修補(bǔ)

1.6 裂縫原因分析

我公司立即對(duì)混凝土生產(chǎn)情況進(jìn)行了了解，查看了混凝土配合比及原材料計(jì)量、檢驗(yàn)試驗(yàn)情況，整個(gè)過程均未出現(xiàn)異常，數(shù)據(jù)正確，各項(xiàng)原材料檢驗(yàn)指標(biāo)正常，并對(duì)同時(shí)間段澆筑的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其他建筑工程均無裂縫出現(xiàn)。

引起墻體裂縫的原因主要分為五類：收縮引起的裂縫、設(shè)計(jì)因素引起的裂縫、施工工藝因素引起的裂縫、材料因素引起的裂縫、溫度變化引起的裂縫。由此可見，墻體裂縫的產(chǎn)生是受多方面因素影響的。據(jù)我公司總工程師、副總工程師、攪拌站站長和“北京冶建工程裂縫處理中心”王工程師現(xiàn)場(chǎng)觀察后分析，本工程長墻體產(chǎn)生裂縫可能是兩方面原因引起的：

一方面是溫度裂縫。混凝土澆筑當(dāng)天白天溫度在 32℃左右，混凝土澆筑后，在硬化過程中，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，大量的水化熱積聚在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā)，導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升，使內(nèi)部混凝土產(chǎn)生顯著的體積膨脹，在通常溫度范圍內(nèi)，混凝土溫度每上升 1℃，每米膨脹 0.01mm，而晚上墻體表面混凝土隨著氣溫降低，濕水養(yǎng)護(hù)而冷卻收縮，內(nèi)部膨脹與外部收縮，相互制約，產(chǎn)生很大拉應(yīng)力，當(dāng)外部混凝土所受拉應(yīng)力超過混凝土當(dāng)時(shí)的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

另一方面是墻體過長造成的內(nèi)部約束產(chǎn)生的收縮裂縫。長度大的混凝土墻，墻端與墻中收縮變形的相互約束。另外，經(jīng)觀察研究，凡矩形、方形、梯形等直線段比較多的平面形狀，墻體產(chǎn)生裂縫的較多，而曲線、弧線和折線較多的建筑物墻體裂縫卻極少。因?yàn)橹本€是兩點(diǎn)的最短距離，直線墻收縮變形的內(nèi)約束較大，直線方向無伸展的余地。而曲線、弧線、折線有一定的伸展余地，內(nèi)約束力比直線墻小。而混凝土是一種抗彎拉強(qiáng)度較低的復(fù)合材料，因此，長墻體混凝土受到自身內(nèi)部約束特別容易出現(xiàn)裂縫，尤其是早期混凝土容易開裂。

1.7 裂縫的處理

為了不影響長墻體結(jié)構(gòu)的安全性，施工單位邀請(qǐng)“北京冶建工程裂縫處理中心”的專業(yè)人員來處理長墻體的裂縫?！氨本┮苯üこ塘芽p處理中心”的工作人員針對(duì)裂縫出具了修補(bǔ)方案并對(duì)裂縫進(jìn)行清理，采用自動(dòng)低壓灌漿技術(shù)將配制好的 AB—灌漿樹脂注入裂縫中，注膠完畢后待樹脂固化用砂輪機(jī)對(duì)表面封縫膠進(jìn)行處理，并進(jìn)行貯水高度為 5.5 米的閉水試驗(yàn)，7d 后觀察使用情況滿足工程使用要求，而且得到施工單位的肯定。

2 案列2：河北電力輸變運(yùn)行維護(hù)試驗(yàn)室地下室墻體工程

2.1 工程概括

河北電力輸變運(yùn)行維護(hù)試驗(yàn)室地下室工程也是一個(gè)長墻體工程，墻體長 120 米、寬 80 米、高 5 米、墻體厚度為 0.3米。這一工程的混凝土體積與河北華孚沉淀池長墻體工程類似，均為大體積、大跨度長墻，但技術(shù)難度更大。

2.2 原材料情況

為了防止河北華孚沉淀池長墻體裂縫現(xiàn)象的再次出現(xiàn)，我們對(duì)原材料的要求更加嚴(yán)格。嚴(yán)格控制水泥、礦粉、粉煤灰、砂、石、外加劑的各種檢驗(yàn)指標(biāo)，外加劑采用聚羧酸高性能減水劑，并摻入一定量的聚丙烯纖維。

2.3 配合比設(shè)計(jì)

地下室長墻體工程采用強(qiáng)度等級(jí)為 C30P8 的預(yù)拌混凝土，配合比根據(jù)《配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》設(shè)計(jì)，在滿足工程設(shè)計(jì)和施工工藝要求的前提下，盡量減少單位體積混凝土的水泥用量，使用水化熱較低的水泥品種，以降低水泥水化熱引起的溫升值；其次，用粗砂替代 50% 的中砂，選用 5～10mm和 5～20mm 的粗骨料，優(yōu)良的二級(jí)配并嚴(yán)格控制砂、石的空隙率，以減少混凝土養(yǎng)護(hù)硬化過程中的收縮，降低收縮當(dāng)量溫差；第三，為了進(jìn)一步增加混凝土的抗拉強(qiáng)度，摻加了適量的聚丙烯纖維；第四，由于長墻養(yǎng)護(hù)難度大，配合比技術(shù)路線決定不摻加任何膨脹劑，外加劑由萘系高效減水劑改為聚羧酸高性能減水劑。配合比見表 3。

表 3 地下室長墻體工程用 C30P8 混凝土配合比kg/m3

按照 C30P8 配合比進(jìn)行混凝土試配試驗(yàn)，混凝土的出機(jī)狀態(tài)良好，和易性滿足混凝土泵送要求，并留置混凝土試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B和收縮率的測(cè)定?；炷?28d 的試塊抗壓強(qiáng)度均值為 39.5MPa，抗?jié)B等級(jí)大于 P8，28d 收縮率0.011%～0.013%。

2.4 預(yù)拌混凝土生產(chǎn)與施工情況

為了保證此工程能夠順利完成，我公司與施工單位進(jìn)行了技術(shù)交流會(huì)，決定澆筑時(shí)間安排在夜間。我公司保證混凝土工作性滿足長墻體工程泵送的要求，對(duì)于出廠的混凝土我們要進(jìn)行開盤鑒定和試塊留置工作，并保證做到車車檢驗(yàn)。施工單位也承諾對(duì)澆筑的混凝土進(jìn)行合理的振搗，及時(shí)抹平墻面，加強(qiáng)對(duì)長墻體實(shí)體的早期養(yǎng)護(hù)，控制拆模時(shí)間。

2.5 成功原因分析

我公司澆筑的河北電力輸變運(yùn)行維護(hù)試驗(yàn)室地下室墻體工程能夠順利完成，后期也沒有出現(xiàn)任何質(zhì)量問題是施工單位與我公司共同努力的結(jié)果。

圖 2 河北電力地下室長墻實(shí)體

我公司在生產(chǎn)河北電力地下室墻體工程所用的混凝土?xí)r，對(duì)混凝土配合比進(jìn)行調(diào)整，保證混凝土的工作性，提高澆筑長墻體體的整體均勻性，顯著減少裂縫出現(xiàn)的概率，從而達(dá)到控制裂縫的生成。在混凝土中摻加聚丙烯纖維后，能明顯提高基體的抗拉強(qiáng)度，阻止基體中原有缺陷（微裂縫）的擴(kuò)展，并延緩新裂縫的出現(xiàn)，聚丙烯纖維的亂向分布形式大大有助于削弱混凝土塑性收縮時(shí)的應(yīng)力，收縮的能量被分散到每立方米上千萬條具有高抗拉強(qiáng)度而彈性模量相對(duì)較低的纖維單絲上，從而極為有效地增強(qiáng)混凝土的韌性，抑制微細(xì)裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。

施工方對(duì)鋼筋分布的合理設(shè)計(jì)以及鋼筋綁扎時(shí)的規(guī)范操作是順利完成施工的基礎(chǔ)，在施工時(shí)混凝土澆筑高度控制在0.8 米以下，對(duì)澆筑混凝土進(jìn)行合理振搗，澆筑完后，在混凝土表面水基本收干前后、混凝土初凝前后、混凝土終凝前三個(gè)時(shí)間段用木抹子對(duì)混凝土表面進(jìn)行磨平搓毛，先后采取噴霧、塑料薄膜覆蓋以及灑水等措施對(duì)混凝土長墻體進(jìn)行及時(shí)的保濕處理。此時(shí)雖處于 6 月份晝夜溫差較大時(shí)段，但由于施工方的有效養(yǎng)護(hù)，使混凝土長墻體在后期固化過程中沒有出現(xiàn)混凝土內(nèi)外溫差較大的現(xiàn)象，這就有效控制了混凝土長墻體裂縫的出現(xiàn)。

3 經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)

通過對(duì)河北華孚沉淀池長墻體工程和河北電力地下室墻體工程的澆筑，我們總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)：

（1）在生產(chǎn)長墻體工程所用混凝土?xí)r，必須嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量，尤其是控制砂石的粒徑、級(jí)配從而提高泵送混凝土的和易性，減小混凝土的收縮?？刂粕笆心鄩K、云母等有害物質(zhì)的含量，防止有害物質(zhì)延緩混凝土的硬化時(shí)間，降低混凝土強(qiáng)度；

（2）對(duì)混凝土的配合比進(jìn)行優(yōu)化，通過不斷優(yōu)化配比，使混凝土的和易性更加滿足泵送需求；

（3）嚴(yán)格控制預(yù)拌混凝土的生產(chǎn)過程，必須做到每車必檢，并保證出機(jī)混凝土能夠及時(shí)運(yùn)輸?shù)绞┕さ攸c(diǎn)；

（4）關(guān)于膨脹劑的使用，雖然試驗(yàn)結(jié)果表明膨脹劑可以提高混凝土抗拉強(qiáng)度，但實(shí)際施工時(shí)的養(yǎng)護(hù)條件由于多方面原因很難達(dá)到要求，從而使混凝土墻體補(bǔ)償收縮失去應(yīng)有效果；

（5）與萘系高效減水劑相比，聚羧酸高性能減水劑減水效率高，能夠最大程度的減少用水量，保塑性能更高，混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)損失小，抑制混凝土泌水離析的作用相對(duì)較好；

（6）要勇于創(chuàng)新使用新材料，聚丙烯纖維在混凝土中的主要作用是限制在外力作用下水泥基料中裂縫的擴(kuò)展，在受荷（拉、彎）初期，水泥基料與纖維共同承受外力，而水泥基料是外力的主要承受者，當(dāng)基料發(fā)生開裂后，橫跨裂縫的纖維將成為外力的主要承受者。與普通混凝土相比，纖維混凝土具有較高的抗拉與抗彎極限強(qiáng)度，尤以韌性提高的幅度為大；

（7）加強(qiáng)與施工方的溝通，提醒施工方對(duì)工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼筋配制和模板設(shè)計(jì)的合理化，并監(jiān)督施工方對(duì)澆筑混凝土?xí)r的合理振搗和養(yǎng)護(hù)，尤其要注意澆筑混凝土的時(shí)間安排和早期養(yǎng)護(hù)，避免混凝土因早期失水過快造成干縮裂縫。

4 結(jié)束語

長墻體鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因涉及眾多因素并貫穿于設(shè)計(jì)、施工的全過程，因此，在泵送混凝土施工前和施工中采取各種有效的措施來預(yù)防裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，保證建筑物和構(gòu)件的安全、穩(wěn)定。預(yù)拌混凝土作為一種商品形式，提供給施工方的僅僅是半成品，在生產(chǎn)預(yù)拌混凝土?xí)r，我們嚴(yán)格控制混凝土原材料的質(zhì)量、配合比及混凝土出機(jī)的和易性，在我們保證質(zhì)量的前提下，尚需施工單位相互配合，加強(qiáng)對(duì)商品混凝土的認(rèn)識(shí)，嚴(yán)格按規(guī)范進(jìn)行施工操作，才能更好的防止混凝土裂縫的產(chǎn)生，混凝土只要好好打，裂縫是可以控制的。