高寒地區(qū)冬季混凝土施工裂紋的原因及預(yù)防措施——以“4·14”玉樹地震災(zāi)后重建為例

邱康敏

(中鐵二局第四工程有限公司，四川成都610031)

2010年4月14日青海省玉樹州發(fā)生強(qiáng)烈地震后，青海省按照黨中央、國務(wù)院部署，緊急動(dòng)員、全力以赴，在時(shí)間緊、任務(wù)重、要求高的情況下，安排五家央企承建玉樹災(zāi)后重建項(xiàng)目。一方面，因?yàn)橛駱錇?zāi)后情況十萬火急，但該地區(qū)又地處高原高寒地帶，有效施工時(shí)間僅7個(gè)月，最低溫度可達(dá)－30℃以下，所以施工期限較短;另一方面，因?yàn)槭芤?guī)定工期制約，高寒地區(qū)建筑工程混凝土冬季施工是不可避免的，其特殊的施工條件和惡劣的自然環(huán)境給工程施工帶來很大的困難，施工中必須針對工程實(shí)際采取切實(shí)可行的冬季施工方案和措施，以確?；炷凉こ藤|(zhì)量。本文結(jié)合玉樹特殊的地理環(huán)境和中鐵二局玉樹工程實(shí)施的實(shí)例，探析高寒地區(qū)冬季混凝土施工出現(xiàn)裂紋的原因，并提出一些相關(guān)保證措施。

1 玉樹特殊的地理環(huán)境

“4·14”地震是玉樹歷史上的一次毀滅性打擊。它給玉樹人民帶來了不可估量的災(zāi)難和后果。已有相關(guān)研究表明，甘孜—玉樹斷裂帶是青藏高原東部規(guī)模巨大的活動(dòng)斷裂，由于川滇菱形地塊持續(xù)快速向東南逃逸運(yùn)動(dòng)，造成塊體沿西北邊界的玉樹—甘孜—鮮水河斷層強(qiáng)烈的走滑，斷裂帶強(qiáng)烈的地震活動(dòng)和水平滑移運(yùn)動(dòng)將引發(fā)一系列與斷裂活動(dòng)有關(guān)的地質(zhì)災(zāi)害。為了防止各種自然災(zāi)害的突然迸發(fā)，在災(zāi)后重建工作中，對混凝土施工的要求自然就更高更嚴(yán)格。而對產(chǎn)生裂紋原因的探究則是首要解決的問題。

2 高寒地區(qū)冬季混凝土施工出現(xiàn)裂紋的原因

混凝土是一種由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均質(zhì)脆性材料。由于混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題，硬化成型的混凝土中存在著眾多的微孔隙、氣穴和微裂縫，正是由于這些初始缺陷的存在才使混凝土呈現(xiàn)出一些非均質(zhì)的特性。微裂縫通常是一種無害裂縫，對混凝土的承重、防滲及其他一些使用功能不產(chǎn)生危害。很多工程的失事都是由于裂縫的不穩(wěn)定發(fā)展所致?；炷亮芽p產(chǎn)生的原因很多，以下就根據(jù)玉樹的實(shí)際情況，分別從施工因素、施工材料因素、凍脹因素等方面做一探究。

2.1 由于施工因素產(chǎn)生裂縫的原因

(1)由于玉樹地處高寒地區(qū)，現(xiàn)場自拌混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性不能得到保證，各項(xiàng)工程都采用商品混凝土，由于玉樹州市政道路重建及車輛太多，道路不能暢通，混凝土攪拌、運(yùn)輸時(shí)間過長，不采取積極的措施導(dǎo)致混凝土坍落度損失較大，使得混凝土結(jié)構(gòu)上出現(xiàn)不規(guī)則的收縮裂縫。

(2)混凝土振搗不正確引起的裂縫。在混凝土振搗過程中，漏振或少振都會(huì)造成混凝土構(gòu)件中殘留有氣泡，這些氣泡在混凝土水分下充實(shí)，在高寒地區(qū)，這些水分在寒冷的氣候下會(huì)凍成冰，自身體積膨脹，在混凝土還沒有達(dá)到一定強(qiáng)度時(shí)造成開裂。過度的振搗又會(huì)使得混凝土表面出現(xiàn)浮漿而使混凝土面層開裂。一般情況下，一般振搗器的振搗時(shí)間應(yīng)控制在20～30 s，高頻振搗器的振搗時(shí)間應(yīng)控制在15～20 s。

(3)混凝土施工時(shí)拆模過早，使得構(gòu)件在自重或者施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB 50204—2002)》:當(dāng)板跨度≤2 m時(shí)，強(qiáng)度≥50%;當(dāng)板跨度2 m＜L≤8 m時(shí)，強(qiáng)度≥75%;當(dāng)板跨度＞8 m，強(qiáng)度≥100%;當(dāng)梁跨度≤8 m時(shí)，強(qiáng)度≥75%;當(dāng)梁跨度＞8 m時(shí)，強(qiáng)度≥100%;懸臂構(gòu)件與跨度無關(guān)，均必須達(dá)到≥100%。不承重的側(cè)模板，包括梁、柱墻的側(cè)模板，只要混凝土強(qiáng)度保證其表面、棱角不因拆模而受損壞，即可拆除。

(4)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)引起的混凝土開裂?，F(xiàn)場養(yǎng)護(hù)不當(dāng)是最容易造成混凝土開裂的。在高原高寒地區(qū)相對濕度低、風(fēng)速大的情況下，如不及時(shí)養(yǎng)護(hù)，混凝土表面水分容易蒸發(fā)，會(huì)造成表面干縮現(xiàn)象，造成混凝土開裂。混凝土養(yǎng)護(hù)應(yīng)該在澆筑完成第一次抹面后就進(jìn)行薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)，不讓水分蒸發(fā)。需進(jìn)行二次抹光時(shí)，揭開薄膜，抹完后及時(shí)蓋上。

2.2 由于施工材料因素產(chǎn)生裂紋的原因

(1)不正確的選擇材料。在混凝土施工過程中不正確的選擇材料也會(huì)造成混凝土的開裂。在大體積混凝土的施工時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)選擇水化熱少、放熱速度慢的摻混合材料的硅酸鹽水泥，或?qū)Ｓ玫闹袩峁杷猁}水泥、低熱的礦渣硅酸鹽水泥，不得使用硅酸鹽水泥。

(2)混凝土的堿集料反應(yīng)。混凝土堿集料反應(yīng)是混凝土材料內(nèi)水泥中的堿(KOH、NaOH)與集料中的活性成分之間發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)物成膠體狀態(tài)，不僅減弱了集料與水泥石之間的強(qiáng)度，而且遇水后發(fā)生膨脹，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的內(nèi)應(yīng)力從而導(dǎo)致混凝土開裂。所以我們在選材的時(shí)候一定要控制集料中的活性成分和水泥中的堿含量。

(3)集料中的含泥量。集料中的含泥量也是造成混凝土開裂的原因之一。集料中的含泥量超過5%就會(huì)對混凝土的性能產(chǎn)生影響。所以我們在施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制集料的含泥量。

(4)使用不合格的材料也是造成混凝土開裂的原因。比如水泥的安定性不合格會(huì)引起混凝土出現(xiàn)裂縫，主要表現(xiàn)為龜裂。

2.3 由于凍脹因素產(chǎn)生裂紋的原因

(1)大氣氣溫低于0℃時(shí)，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%，因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，同時(shí)混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布應(yīng)引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強(qiáng)度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。溫度低于零度和混凝土吸水飽和是發(fā)生凍脹的必要條件。當(dāng)混凝土中骨料空隙多、吸水性強(qiáng);骨料中含泥土等雜質(zhì)過多;混凝土水灰比偏大、振搗不密實(shí);養(yǎng)護(hù)不好使混凝土早期受凍等，均可導(dǎo)致混凝土凍脹裂縫。

(2)高原地區(qū)一年中只有幾個(gè)月才處于溫暖的氣候中，因此，有一段時(shí)間，我們只能在嚴(yán)寒中施工。所以在設(shè)計(jì)配合比的時(shí)候應(yīng)當(dāng)考慮冬季施工的配合比。并且在設(shè)計(jì)配合比的時(shí)候應(yīng)當(dāng)適當(dāng)降低水灰比，還要適當(dāng)?shù)募由戏纼鰟?，制定相?yīng)的冬季施工方案，對一些材料也要采取相應(yīng)的保溫措施，確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量。

3 防止高寒地區(qū)混凝土施工出現(xiàn)裂縫的措施

(1)在設(shè)計(jì)配合比時(shí)盡量考慮路程所用的時(shí)間，使混凝土在達(dá)到施工現(xiàn)場時(shí)其坍落度能滿足施工要求。

(2)加強(qiáng)現(xiàn)場施工技術(shù)的管理，對相應(yīng)的現(xiàn)場施工人員進(jìn)行技術(shù)交底。杜絕漏振，振搗時(shí)間也應(yīng)該進(jìn)行控制，防止過振或少振，以不出現(xiàn)氣泡為止。

(3)拆模時(shí)間應(yīng)以試驗(yàn)室的標(biāo)準(zhǔn)試件的抗壓強(qiáng)度達(dá)到《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》(GB 50204—2002)規(guī)定的強(qiáng)度為準(zhǔn)。盡量減少施工荷載對構(gòu)件的影響。

(4)加強(qiáng)現(xiàn)場施工養(yǎng)護(hù)的管理，在混凝土澆筑后，第一次抹面就進(jìn)行覆蓋養(yǎng)護(hù)，天氣冷還可以加蓋棉絮。在混凝土構(gòu)件成型后還要進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。

(5)正確的選擇材料，嚴(yán)格控制材料，不合格的材料不能使用在工程中。對進(jìn)場的材料做到進(jìn)場必檢合格才能使用的標(biāo)準(zhǔn)。不合格的材料堅(jiān)決的清除出施工現(xiàn)場。

(6)在冬季施工時(shí)，做好所有材料的保溫工作，特別是液體狀的材料，都要進(jìn)行加熱處理。在混凝土入模時(shí)測混凝土溫度，一般混凝土溫度要在5℃以上。

(7)設(shè)計(jì)配合比時(shí)，要嚴(yán)格按照配合比設(shè)計(jì)規(guī)范《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》(JGJ 55－2011)上要求，最大水灰比不能超過其規(guī)定值，最小水泥用量也不能超過其規(guī)定值。

(8)倘若已經(jīng)出現(xiàn)有害裂縫，則應(yīng)“根據(jù)實(shí)際情況及時(shí)采用表面修補(bǔ)法、灌漿嵌縫封堵法、結(jié)構(gòu)加固法、混凝土置換法、電化學(xué)防護(hù)法、仿生自愈合法”等方法給予及時(shí)的修補(bǔ)。堅(jiān)決杜絕任何細(xì)微漏洞所引起的危害。

總之，在實(shí)際工程操作中，混凝土施工裂縫的形成存在多方面的原因，防止其出現(xiàn)裂縫并給以積極有效地措施保證至關(guān)重要。玉樹地區(qū)高原高寒、地帶斷裂的特殊地理環(huán)境決定了本地區(qū)的混凝土工程更為需要各種有效保證措施。只有了解混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的各種原因，才能對癥下藥，堅(jiān)決杜絕有害裂縫的發(fā)生，從而真正實(shí)現(xiàn)玉樹人民的安居樂業(yè)。

［1］ 官善友，龍治國．“4·14”地震后玉樹縣城原址重建地質(zhì)安全性研究［J］.城市勘測，2010(3)

［2］ 彭華，馬秀敏，白嘉啟，等.甘孜玉樹斷裂帶第四紀(jì)活動(dòng)特征［J］. 地質(zhì)力學(xué)學(xué)報(bào)，2006(9)

［3］ 張健.混凝土裂縫的預(yù)防與處理［J］.科技咨詢，2006(23)