建筑工程大體積混凝土裂縫控制問(wèn)題研究

文／楊誠(chéng) 中億豐建設(shè)集團(tuán)股份有限公司 江蘇蘇州 215100

陶衛(wèi)東 中國(guó)建筑第八工程局有限公司 上海 200000

引言：

作為施工人員和建筑工程項(xiàng)目的管理人員，必須重視建筑工程中大體積混凝土可能出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題，要認(rèn)識(shí)到現(xiàn)階段大體積混凝土施工存在的瓶頸，通過(guò)加強(qiáng)理論研究和施工實(shí)踐的方式，不斷完善大體積混凝土施工方案，嚴(yán)格把控施工細(xì)節(jié)，不斷創(chuàng)造更有利于開(kāi)展大體積混凝土施工的各種條件。

1、建筑工程大體積混凝土裂縫出現(xiàn)的成因分析

1.1 原材料因素

混凝土由多種材料混合而成，其自身的材料性能等因素也會(huì)成為引發(fā)裂縫問(wèn)題的因素。其一，混凝土材料的外部厚度與裂縫問(wèn)題有一定關(guān)聯(lián)。當(dāng)其外部厚度與施工要求不符，在完成大體積混凝土澆筑施工后，可能會(huì)受到二氧化碳和侵蝕等因素的影響，從而導(dǎo)致大體積混凝土內(nèi)部鋼筋材料出現(xiàn)不同程度的銹蝕，進(jìn)而嚴(yán)重破壞鋼筋表面的氧化膜，引發(fā)裂縫問(wèn)題。其二，水泥水化熱也是導(dǎo)致出現(xiàn)大體積混凝土裂縫的主要成因之一。水泥是混凝土施工的主要原材料，水泥在水化過(guò)程中會(huì)大量釋放熱量，受限于大體積混凝土自身的保溫作用，水泥產(chǎn)生的熱量將聚集在混凝土結(jié)構(gòu)中，從而產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力比混凝土自身抗拉強(qiáng)度大時(shí)，大體積混凝土將出現(xiàn)裂縫。

1.2 地基作用力因素

結(jié)合實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)可知，大體積混凝土施工常與地基澆筑在一起。此時(shí)，受到溫度應(yīng)力的影響，大體積混凝土將產(chǎn)生收縮膨脹，同時(shí)受到地基拉力作用，大體積混凝土將出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。

1.3 溫度因素

混凝土成型后，其內(nèi)外部將產(chǎn)生較大的溫差，從而產(chǎn)生較大的膨脹應(yīng)力。同時(shí)，當(dāng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)受到外部環(huán)境因素影響時(shí)，其結(jié)構(gòu)表面也會(huì)收縮，從而在表面形成較為明顯的收縮裂縫。當(dāng)溫度應(yīng)力處于不斷加大的狀態(tài)中時(shí)，一旦產(chǎn)生極限狀態(tài)，此時(shí)，大體積混凝土節(jié)表面也會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫。

1.4 收縮因素

在完成大體積混凝土澆筑施工之后，混凝土材料將出現(xiàn)凝結(jié)和硬化，在這一過(guò)程中，混凝土結(jié)構(gòu)中的水分將大量、快速蒸發(fā)，混凝土?xí)霈F(xiàn)明顯收縮。但是混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水分揮發(fā)較慢，此時(shí)大體積混凝土體積收縮量為較小的狀態(tài)，混凝土內(nèi)外部將產(chǎn)生不同的收縮量，進(jìn)而導(dǎo)致出現(xiàn)嚴(yán)重的結(jié)構(gòu)裂縫。當(dāng)混凝土表面變形量逐漸加大時(shí)，材料內(nèi)部應(yīng)力將對(duì)其產(chǎn)生影響，混凝土結(jié)構(gòu)拉應(yīng)力變強(qiáng)，也會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫。當(dāng)進(jìn)入到混凝土養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)，養(yǎng)護(hù)處理不到位導(dǎo)致的水分流失，也是產(chǎn)生混凝土收縮裂縫的重要原因之一。

2、基于實(shí)例分析大體積混凝土裂縫問(wèn)題的有效控制策略

2.1 工程概況

本工程為蘇地2016-WG-15 號(hào)地塊建設(shè)項(xiàng)目，項(xiàng)目周圍環(huán)路，交通便利，北側(cè)為糧油市場(chǎng)。總建筑面積為84238.24 m2，其中地下和地上建筑面積分別為23996.39 m2和60241.85 m2。本建筑工程共7#棟建筑樓，同時(shí)包括地下室部分。公共地下室底板板面標(biāo)高、筏板厚分別為-7.15m、600mm，地下負(fù)二層底板板面標(biāo)高、筏板厚分別為-9.35m，1200/1800mm,連接區(qū)域板面標(biāo)高、筏板厚分別為-8.15m、1200mm。按照1 級(jí)防水等級(jí)進(jìn)行地下室防水設(shè)計(jì)，采用抗?jié)B混凝土材料，型號(hào)為C40，分區(qū)定義抗?jié)B等級(jí)，21～22軸間后澆帶右側(cè)-2F抗震等級(jí)為P8，其余均按照P6 設(shè)置抗震等級(jí)。本工程高度重視基礎(chǔ)墊層設(shè)計(jì)與施工，在此部位采用的均為150厚C15 素混凝土墊層結(jié)構(gòu)，本工程設(shè)計(jì)±0.000 相當(dāng)于85 國(guó)家高程基準(zhǔn)+4.200m。

本工程涉及到大體積混凝土施工，具體位于地下室一層（局部地下二層），地下建筑面積23996.39 m2。地下室基礎(chǔ)底板和外墻板混凝土強(qiáng)度等級(jí)較高，為C40，底板厚600mm，抗?jié)B等級(jí)P6（局部地下二層底板厚1800mm，抗?jié)B等級(jí)P8)，頂板混凝土強(qiáng)度C35，抗?jié)B等級(jí)P6。地下室混凝土總方量為29000m3。1#主樓底板厚1800mm（主樓），邊跨底板厚1200mm，筏板頂面標(biāo)高-9.350m；高低差區(qū)域板厚1200mm，筏板頂面標(biāo)高-8.150m。

2.2 控制策略

2.2.1 控制原材料及配合比

（1）優(yōu)選原材料

大體積混凝土材料由多種材料構(gòu)成，要嚴(yán)格把控各個(gè)材料的質(zhì)量，降低因材料質(zhì)量問(wèn)題導(dǎo)致出現(xiàn)裂縫問(wèn)題的概率。其一，要優(yōu)選水泥材料。關(guān)注水泥材料的導(dǎo)熱能力和標(biāo)號(hào)等，由于混凝土導(dǎo)熱能力較差，因此，要優(yōu)先選擇中低熱的水泥品種，同時(shí)綜合考慮混凝土結(jié)構(gòu)外部特征，應(yīng)選用標(biāo)號(hào)較高的中熱硅酸鹽水泥。其二，要優(yōu)選集料。在了解工程項(xiàng)目建設(shè)情況以及對(duì)材料質(zhì)量要求的基礎(chǔ)上，要按照質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的標(biāo)準(zhǔn)選擇砂子與石料等，優(yōu)先選用自然連續(xù)級(jí)配的粗骨料，并盡量就近取材，減少運(yùn)輸成本。其三，為摻用混合材料與外加劑的選擇。要結(jié)合具體施工條件，蘇地2016-WG-15 號(hào)地塊建設(shè)項(xiàng)目中，為增強(qiáng)地下室結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，選用了FQY 型外加劑，并計(jì)算出外加劑用量為200t 左右，同時(shí)，按照基礎(chǔ)底板、外墻板混凝土強(qiáng)度等級(jí)，合理匹配外加劑型號(hào)，按照10%的量摻入FQY 外加劑，滿足抗?jié)B等級(jí)為P6 的要求。此外，在加強(qiáng)帶部位使用的為膨脹混凝土，且同構(gòu)件強(qiáng)度等級(jí)相同，基于這一情況，工程人員按照12%的量摻入外加劑，并同步采用各項(xiàng)控制措施，提升混凝土結(jié)構(gòu)整體性能。

（2）科學(xué)設(shè)計(jì)配合比

圖1 底板厚度分布圖

合理設(shè)計(jì)大體積混凝土配合比，可減少混凝土升溫、收縮沉降等現(xiàn)象出現(xiàn)的概率，從而可有效防治裂縫問(wèn)題。設(shè)計(jì)人員要從以下幾個(gè)方面開(kāi)展配合比設(shè)計(jì)控制：一是適當(dāng)增加粗骨料比重。骨架材料優(yōu)劣將直接影響混凝土質(zhì)量，而通過(guò)合理的增加粗骨料，則可提升骨架穩(wěn)定程度。當(dāng)逐漸增加粗骨料比重時(shí)，大體積混凝土中的膠凝材料比重將隨之減少，其產(chǎn)生的水化熱也會(huì)降低，進(jìn)而將顯著降低大體積混凝土出現(xiàn)裂縫的幾率。二是在混凝土材料中添加具有微膨脹成分的外加劑，減少混凝土材料收縮出現(xiàn)的概率，減少收縮壓力、內(nèi)外溫差對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的不良影響，降低出現(xiàn)裂縫問(wèn)題的概率。以常見(jiàn)的UEA 為例，可按照10%-12%的比例要求在水泥中添加微膨脹成分，控制膨脹率在0.025%-0.04%范圍內(nèi)，從而可產(chǎn)生0.2Mpa-0.7Mpa 的預(yù)應(yīng)力，產(chǎn)生的預(yù)應(yīng)力可有效抵消收縮拉應(yīng)力，進(jìn)行可較大程度上避免出現(xiàn)裂縫問(wèn)題。三是適當(dāng)使用減水劑，保證粉煤灰摻量在合理的水平內(nèi)。要根據(jù)大體積混凝土材料實(shí)際情況針對(duì)性的增加粉煤灰摻量，改善結(jié)構(gòu)和易性、可泵性和抗離折性，以有效提高混凝土強(qiáng)度，同時(shí)減少沁水現(xiàn)象，實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題的有效規(guī)避。

2.2.2 合理設(shè)置大體積混凝土測(cè)溫點(diǎn)

對(duì)大體積混凝土進(jìn)行施工，通過(guò)合理設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)，可有效防治裂縫問(wèn)題。本工程項(xiàng)目人員結(jié)合工程概況和施工規(guī)范要求，從減少溫度應(yīng)力對(duì)大體積混凝土影響的角度出發(fā)，具體結(jié)合大體積混凝土澆筑施工面積大小，對(duì)測(cè)溫點(diǎn)進(jìn)行合理的設(shè)置，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同施工區(qū)域溫度變化情況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析。找準(zhǔn)大體積混凝土的豎直方向，并據(jù)此對(duì)測(cè)溫剖面周邊設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)位，同時(shí)要在混凝土材料內(nèi)部設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)位。具體設(shè)置測(cè)溫點(diǎn)時(shí)，要關(guān)注設(shè)置深度，應(yīng)按照表面以內(nèi)40mm～ 100mm 深處的范圍，在豎直方向坡面上精準(zhǔn)的加以設(shè)置。同時(shí)應(yīng)以混凝土材料內(nèi)部測(cè)溫點(diǎn)為基準(zhǔn)，保證其周圍位置與內(nèi)部測(cè)溫點(diǎn)上下左右對(duì)齊，要按照小于0.4m 的要求把控混凝土材料測(cè)溫點(diǎn)的間距，以便后期比對(duì)兩處測(cè)溫點(diǎn)處的溫度差值。關(guān)注豎直方向上的測(cè)溫剖面結(jié)構(gòu)可知，其可以代指整個(gè)剖面，也可代指對(duì)稱剖面結(jié)構(gòu)，可選擇半個(gè)剖面結(jié)構(gòu)，精準(zhǔn)的對(duì)大體積混凝土不同區(qū)域的溫度加以測(cè)量、分析和控制，減少溫度誤差。

圖2 大體積混凝土測(cè)溫點(diǎn)布置

2.2.3 嚴(yán)格控制施工過(guò)程

（1）設(shè)置冷卻水管降溫

大體積混凝土施工時(shí)，要圍繞預(yù)防裂縫展開(kāi)施工操作，工程人員可在大體積混凝土中設(shè)置冷卻水管，在需要時(shí)快速降溫，保證大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差合理?？紤]到大體積混凝土澆筑時(shí)會(huì)產(chǎn)生一定的水泥水化熱，此時(shí)，大體積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度將快速升高，導(dǎo)致溫差變大，而通過(guò)設(shè)置 冷卻水管，則能夠在必要時(shí)科學(xué)通水降溫。具體設(shè)置冷卻水管時(shí)，工程人員要結(jié)合實(shí)際需求，合理把控冷卻水管的大小、長(zhǎng)度、厚薄等，同時(shí)要保證選擇的冷卻水管材料質(zhì)量達(dá)標(biāo)，且能夠順暢通水和降溫，降低混凝土結(jié)構(gòu)收縮現(xiàn)象出現(xiàn)的概率。

（2）科學(xué)澆筑混凝土

對(duì)大體積混凝土進(jìn)行澆筑時(shí)，需要注意的是，運(yùn)輸速度與混凝土澆筑質(zhì)量也有一定的關(guān)聯(lián)，因此，要盡量縮短混凝土材料運(yùn)輸時(shí)間，同時(shí)，要降低運(yùn)輸時(shí)的混凝土攪拌速度，當(dāng)溫度較高時(shí)，要對(duì)攪拌罐進(jìn)行噴淋降溫，減少對(duì)混凝土材料性能的消極影響。澆筑混凝土之前，施工人員要做好項(xiàng)目底板澆筑大體積混凝土施工現(xiàn)場(chǎng)的清理工作，同時(shí)要綁扎好底模部位的鋼筋，同時(shí)要按照橫平豎直的要求支立模板，支撐到位時(shí)涂抹脫模劑，之后進(jìn)行混凝土的澆筑。

在澆筑時(shí)，要關(guān)注以下細(xì)節(jié)：一是做到分層澆筑。按照 1～1.5m 的區(qū)間控制大體積混凝土母層厚度，精準(zhǔn)的母層厚度則要根據(jù)澆筑情況和降溫措施加以確定。在完成上一層混凝土澆筑振搗之后，才能進(jìn)行下一層混凝土的澆筑工作。若上一層混凝土澆筑振搗無(wú)法完成時(shí)，則要間歇4～7d，并檢測(cè)間歇后的混凝土強(qiáng)度，達(dá)標(biāo)后可進(jìn)行下一層混凝土的澆筑施工。在澆筑混凝土之前，施工人員要清掃結(jié)合面，確保結(jié)合面無(wú)浮漿和鑿毛，確保上下層混凝土澆筑面之間達(dá)到良好的結(jié)合狀態(tài)。二是做到分塊澆筑。關(guān)注混凝土截面面積，當(dāng)大于100m2時(shí)，當(dāng)上一層混凝土開(kāi)始初凝或已經(jīng)失去重塑功能之前，無(wú)法完成下一層混凝土的澆筑振搗，此時(shí)，應(yīng)使用分塊澆筑法，若仍使用分層澆筑法，將導(dǎo)致工期延誤。在分塊澆筑時(shí)，應(yīng)合理設(shè)置分塊區(qū)域，按照大于50m2的要求控制每塊的平均面積，并控制其高度小于1.5m。此外，上下層混凝土之間的豎向接縫應(yīng)錯(cuò)開(kāi)布置，并按照施工縫科學(xué)處置。

2.2.4 做好后期養(yǎng)護(hù)

在完成大體積混凝土施工之后，工程人員要做好后續(xù)的養(yǎng)護(hù)工作，應(yīng)圍繞保溫與保濕兩個(gè)方面進(jìn)行大體積混凝土的養(yǎng)護(hù)管理。首先，要做好保溫養(yǎng)護(hù)。施工人員要根據(jù)大體積混凝土的性能情況，適當(dāng)延長(zhǎng)拆模時(shí)間，同時(shí)對(duì)于拆除模板后的混凝土表面，應(yīng)及時(shí)使用草簾進(jìn)行覆蓋，避免溫度出現(xiàn)較大變化。也可采用人工的方式做成保溫膜，覆蓋在混凝土表面，減少溫度擴(kuò)散。此外，還要盡可能延長(zhǎng)散熱時(shí)間，將混凝土材料的特性充分發(fā)揮出來(lái)，保持混凝土抗拉強(qiáng)度和總溫差壓力之間的平衡；其次，要做好保濕養(yǎng)護(hù)。當(dāng)完成澆筑施工的大體積混凝土逐漸凝固時(shí)，將出現(xiàn)水化作用，當(dāng)水分快速蒸發(fā)后，會(huì)散發(fā)大量熱量。施工人員要想實(shí)現(xiàn)全面的水化硬化，要將重點(diǎn)放在水分的補(bǔ)充和保持上，由此可有效減少裂縫現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的次數(shù)。施工人員可對(duì)大體積混凝土進(jìn)行噴水養(yǎng)護(hù)，噴水養(yǎng)護(hù)要在完成混凝土澆筑后的12h 內(nèi)進(jìn)行，每天可進(jìn)行5 次澆水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)長(zhǎng)為25-30d。當(dāng)溫度較高時(shí)，可適當(dāng)增加澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間，確保大體積混凝土結(jié)構(gòu)中的水分保持在合理范圍內(nèi)。

2.2.5 做好裂縫的針對(duì)性處置

（1）無(wú)害裂縫處置措施

針對(duì)大體積混凝土無(wú)害裂縫，應(yīng)根據(jù)裂縫的實(shí)際情況選擇合適的處置方法。一是二次壓面法。此種處理方法適用于新澆筑混凝土收縮裂縫，此種裂縫常見(jiàn)于新澆筑的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，具體分為沉降收縮、干燥收縮、碳化收縮裂縫等，上述裂縫深度和寬度尚處于可控范圍內(nèi)，可采用以下措施加以處置：對(duì)于仍有塑性的混凝土，應(yīng)采取壓抹一遍的方法，同時(shí)要加強(qiáng)對(duì)其的養(yǎng)護(hù)。對(duì)于已經(jīng)硬化的混凝土，則要將水泥漿灌注在裂縫內(nèi)，并對(duì)其進(jìn)行抹平壓實(shí)處理。二是表面涂抹砂漿法。首先清理裂縫附近混凝土表面的鑿毛，或找準(zhǔn)裂縫區(qū)域，沿著裂縫鑿設(shè)凹槽，凹槽寬度應(yīng)為15-20mm 或100-200mm，之后清掃雜物，并灑水潤(rùn)濕。在混凝土裂縫表面涂刷水泥凈漿，之后選用1：1～2 水泥砂漿進(jìn)行壓光處理。當(dāng)混凝土裂縫結(jié)構(gòu)部位有滲水時(shí)，則要聯(lián)合使用厚2mm 的水泥凈漿和厚4-5mm 的1：2.5 水泥砂漿進(jìn)行交替抹壓，最后覆蓋涂抹表面并做好灑水養(yǎng)護(hù)。

（2）有害裂縫處置措施

大體積混凝土有害裂縫的處理方法包括水泥灌漿法、化學(xué)灌漿法等。首先是水泥灌漿法，該方法應(yīng)提前進(jìn)行鉆孔，鉆孔時(shí)使用風(fēng)鉆，按照1-1.5m 的范圍控制孔距，淺孔處使用騎縫孔，按照穿過(guò)裂縫面0.5m 以上的要求控制孔深，觀察鉆孔排數(shù)，當(dāng)≥2 排時(shí)，則應(yīng)按照交叉或梅花形的方式布置鉆孔。鉆孔完成后要及時(shí)沖洗孔洞，并按照豎向排列自上而下的方式逐孔進(jìn)行沖洗。沖洗完成后，使用1：1～2 水泥砂漿或環(huán)氧膠泥涂抹裂縫表面。之后安裝灌漿管，灌漿管選材為?19-38 的鋼管，使用生膠帶緊緊纏繞鋼管外壁，并將灌漿管旋入孔中，用水泥砂漿等材料封堵孔中管壁周圍空隙。接著要進(jìn)行試壓，壓力水范圍為0.1-0.2MPa，基于此進(jìn)行滲水試驗(yàn)，滲水試驗(yàn)的方法為“灌漿孔壓水、排水孔排水”，據(jù)此對(duì)管道裂縫和暢通情況進(jìn)行檢查，并將排氣孔關(guān)閉以檢查止?jié){堵漏效果。最后要進(jìn)行灌漿操作，使用注射性水泥，選用水灰比為0.4的水泥凈漿，按照0.3-0.5MPa 范圍控制灌漿壓力，在處理完整條裂縫后，孔內(nèi)應(yīng)充滿凈漿，并進(jìn)行振搗，確保密實(shí)。

其次是化學(xué)灌漿法，此種灌漿處理裂縫的方法也需要嚴(yán)格按照步驟要求開(kāi)展施工。第一步要進(jìn)行鉆孔，同樣使用風(fēng)鉆，按照1-1.5m 的范圍控制孔距，淺孔處使用騎縫孔，按照穿過(guò)裂縫面0.5m 以上的要求控制孔深，觀察鉆孔排數(shù)，當(dāng)≥2 排時(shí)，則應(yīng)按照交叉或梅花形的方式布置鉆孔。完成鉆孔后，要及時(shí)沖洗裂縫縫面，并使用1：1～2水泥砂漿或環(huán)氧膠泥涂抹裂縫表面，形成密實(shí)的封堵層。埋管操作與水泥灌漿法類似，也要嚴(yán)格選用鋼管材料，并在鋼管上端加工絲扣，安裝鋼管前，要對(duì)鋼管外壁進(jìn)行處理，確保穩(wěn)定后旋入孔中，并封堵孔中管壁周圍的縫隙。接著要進(jìn)行試壓，試壓選用的為0.2-0.3MPa的壓縮空氣，最后要進(jìn)行灌漿，灌漿材料為環(huán)氧樹(shù)脂漿液，灌漿完成后，要做好及時(shí)的養(yǎng)護(hù)施工，避免裂縫進(jìn)一步發(fā)展，提高處置效果。

結(jié)語(yǔ)：

隨著建筑行業(yè)的發(fā)展，建筑規(guī)模逐漸擴(kuò)大，出現(xiàn)了越來(lái)越多的綜合建筑和超高層建筑，上述建筑涉及到大體積混凝土施工，要格外關(guān)注裂縫問(wèn)題可能對(duì)建筑質(zhì)量和使用安全帶來(lái)的影響。工程管理人員和施工人員要形成聯(lián)動(dòng)機(jī)制，共同強(qiáng)化對(duì)大體積混凝土出現(xiàn)裂縫問(wèn)題成因的研究，并針對(duì)性的采取措施，從原材料質(zhì)量控制和優(yōu)化配比出發(fā)，強(qiáng)化對(duì)混凝土澆筑施工過(guò)程的管理，同時(shí)做好大體積混凝土結(jié)構(gòu)的后期養(yǎng)護(hù)，全面提升大體積混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量，減少裂縫問(wèn)題出現(xiàn)的概率。