建筑工程施工水池裂縫原因與控制措施

摘要通過對超長消防水池池壁裂縫產(chǎn)生的特點(diǎn)、原因的分析，討論了從設(shè)計(jì)、施工、材料及后期養(yǎng)護(hù)四個方面控制超長墻體產(chǎn)生砼裂縫的幾種措施,并對類似工程提出建議關(guān)鍵詞超長結(jié)構(gòu)裂縫收縮補(bǔ)償收縮混凝土膨脹加強(qiáng)帶引言在現(xiàn)代民用建筑與工業(yè)建筑中，鋼筋混凝土水池正日益廣泛地應(yīng)用于清水池、沉淀池、濾池、澄清池和蓄水池等建設(shè)中。然而，在施工中和使用后往往出現(xiàn)裂縫，不僅破壞整體剛度，引起內(nèi)部鋼筋銹蝕，影響耐久性，而且導(dǎo)致水池滲漏。所以有效地控制裂縫就顯得尤為重要。下面從混凝土物理力學(xué)性質(zhì)、施工中的缺陷、設(shè)計(jì)及混凝土原材料方面分析鋼筋混凝土水池裂縫產(chǎn)生的原因，并對控制混凝土裂縫的措施等方面進(jìn)行系統(tǒng)地分析。一、情況簡介1、工程概況：1.1消防水池持力層為花崗巖層，超挖部分用C15毛石混凝土填充。消防水池長50m、寬24m、底板厚500mm，池壁高4.8m，池壁厚350mm。水池頂部有梁板，梁板與池壁為鉸接（梁板分部情況見下圖）。混凝土強(qiáng)度為C30，抗?jié)B等級為S6，抗凍等級為D200。水池在A、C軸長方向底板、池壁及頂部梁板留設(shè)膨脹加強(qiáng)帶，膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)需加入水泥重量14%的UEA。膨脹帶兩側(cè)混凝土需加入水泥重量10%的UEA膨脹劑。池壁水平筋為Φ14@200，水平筋分布在豎筋內(nèi)側(cè)。（膨脹加強(qiáng)帶做法見下圖：）原有受力筋貫通鐵絲網(wǎng)原有受力筋貫通鐵絲網(wǎng)∮4@20×20膨脹加強(qiáng)帶膨脹加強(qiáng)帶200020001.2施工概況商混配合比下料單如下表原材料及質(zhì)量證明明文件名稱水泥砂石外加劑摻和料品名與規(guī)格礦業(yè)中砂碎石5-25泵送劑粉煤灰出廠合格證編號S6進(jìn)場檢驗(yàn)合格證編編號2009-03662009-04662009-06772009-02222009-0200混凝土配合比（編編號：2009--051）表觀密度實(shí)測值2450kg/mm3材料砂率水灰比水泥砂子石子水粉煤灰泵送劑UEA引氣劑7d28dKg/m3400.43407531083174519.1440.0523.438.5水池混凝土澆筑分兩次施工，第一次底板混凝土施工和500mm高池壁混凝土施工,并留設(shè)止水鋼板，膨脹加強(qiáng)帶位置用Φ4@20×20鐵絲網(wǎng)分隔。第二次施工為池壁混凝土澆筑及頂梁板混凝土澆筑，使用兩臺汽車泵順序澆筑，現(xiàn)場實(shí)際澆筑高度為1.2米，使用3個振搗棒同時振搗，無漏振和過振現(xiàn)象?；炷连F(xiàn)場測量坍落度為200mm～220mm符合要求。膨脹加強(qiáng)帶處混凝土施工使用塔吊配合施工。池壁混凝土澆筑完畢后7天池壁模板拆模，此時日最高平均氣溫為30oC，此間池壁混凝土共養(yǎng)護(hù)4次。在拆模后發(fā)現(xiàn)梁與墻壁節(jié)點(diǎn)處池壁出現(xiàn)上下通長裂縫,內(nèi)外對稱。使用篩尺測量裂縫寬度為0.1~0.22mm間。（裂縫分布如下圖）二、混凝土裂縫產(chǎn)生的原因分析2.1、混凝土結(jié)構(gòu)開裂的原因很多，但歸納起來有兩類：變形引起的裂縫和受力（荷載）引起的裂縫。（變形裂縫其實(shí)也是混凝土內(nèi)部應(yīng)力導(dǎo)致開裂，起因是結(jié)構(gòu)首先要求變形，當(dāng)變形得不到滿足才引起應(yīng)力，應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度才會開裂。）根據(jù)實(shí)際現(xiàn)場施工情況可知導(dǎo)致混凝土池壁裂縫的原因?yàn)榛炷磷陨碜冃我鸬牧芽p。而在混凝土變形開裂中，最主要的因素是溫度變化（如環(huán)境氣溫變化、水泥水化熱、太陽輻射等）、混凝土收縮（自身收縮、失水干縮、碳化收縮、塑性收縮等）和地基變形（如膨脹地基、失陷地基、地基差異沉降等）?；炷潦且环N脆性材料，拉壓強(qiáng)度比很低。在受到鋼筋或鄰位結(jié)構(gòu)限制的情況下，混凝土膨脹時內(nèi)部受壓，不易開裂，而在收縮時內(nèi)部受拉，很容易開裂。在施工期間，由于混凝土干縮和溫度變化，造成混凝土內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，其內(nèi)應(yīng)力沿長度方向的分布是不均勻的，端部內(nèi)應(yīng)力最小，位移量最大；越靠近中部收縮拉應(yīng)力越大，位移量越小，收縮應(yīng)力最大的是變形不動點(diǎn)處的混凝土。因?yàn)樗仨斄号c墻體鉸接，梁和基礎(chǔ)底板的剛度遠(yuǎn)大于墻體的剛度，梁和基礎(chǔ)底板對墻體產(chǎn)生了一種變形約束，所以裂縫出現(xiàn)在梁與墻的交接處。綜上所述可知，造成混凝土水池池壁裂縫的主要原因?yàn)榛炷恋氖湛s和溫度變化。三、控制措施混凝土的重要組成部分是水泥和水，通過水泥和水的水化作用，形成膠結(jié)材料，將松散的砂石骨料膠合成為人工石體。水泥石在干燥和水濕的環(huán)境中要產(chǎn)生干縮和濕脹現(xiàn)象，最大的收縮時發(fā)生在第一次干燥之后，收縮和膨脹變形是部分可逆的?；炷两Y(jié)構(gòu)的干縮是非常復(fù)雜的變形過程，影響混凝土收縮的因素很多，諸如水泥的標(biāo)號、水泥用量、標(biāo)準(zhǔn)磨細(xì)度、骨料種類及級配、水灰比、含泥量、混凝土振動搗實(shí)狀況試件截面暴露條件、結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)方法、配筋數(shù)量等。在現(xiàn)場施工中我們可以通過原材料及配合比優(yōu)化、外加劑的選擇和適配、調(diào)整配筋率增加溫度筋、根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況改變補(bǔ)償收縮混凝土的膨脹加強(qiáng)帶的施工方法、加強(qiáng)對混凝土的養(yǎng)護(hù)等方法來控制超長混凝土水池池壁的裂縫產(chǎn)生。3.1、原材料及配合比控制原材料優(yōu)化為控制預(yù)拌混凝土施工期間收縮裂縫的發(fā)生，應(yīng)對混凝土原材料進(jìn)行優(yōu)化選擇。（1）從控制裂縫的角度考慮，水泥品種優(yōu)先選擇的次序宜為：低堿水泥、礦渣硅酸鹽水泥、硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥；水泥的堿含量不大于0.6%。水泥細(xì)度符合國家標(biāo)準(zhǔn)，細(xì)度大的水泥易產(chǎn)生干燥收縮裂縫。本工程選用礦渣硅酸鹽水泥，因?yàn)榈V渣水泥的混凝土自身收縮是負(fù)的即為膨脹變形，摻用粉煤灰的自身收縮也是膨脹變形，盡管膨脹變形不大但對混凝土的抗裂是有義的。（2）補(bǔ)償收縮混凝土中的膨脹劑應(yīng)符合《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范要求》，考慮外加劑之間相容性及與水泥的相容性，膨脹劑的摻量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。并在攪拌過程中嚴(yán)格控制投料計(jì)量。（3）使骨料堆積密度最大：控制骨料的合理級配，減小骨料空隙率，以減少膠凝材料用量，嚴(yán)格控制粗、細(xì)骨料的含泥量。粗細(xì)骨料的含泥量應(yīng)不大于1%，因?yàn)槟嗟呐蛎浶源笥谒嗟呐蛎浶裕⑶液嗔看蟮纳笆c水泥粘結(jié)界面強(qiáng)度低，粘結(jié)力弱，影響混凝土抗拉強(qiáng)度，使混凝土產(chǎn)生裂縫。在使用機(jī)制人工砂時應(yīng)盡量避免單一使用，應(yīng)與河砂按最佳比例混合使用。優(yōu)先選用連續(xù)級配的粗骨料，即降低水泥用量，減少泌水、收縮和水化熱。細(xì)骨料應(yīng)優(yōu)先選用級配良好的中、粗砂，細(xì)度模數(shù)在

2.6

～

2.8

之間為最佳。（4）在混凝土中摻入一定量的纖維、有機(jī)聚合物，可提高混凝土的抗裂性能。有機(jī)纖維如聚丙烯、尼龍類纖維，能提高混凝土塑性抗裂性能；鋼纖維能提高塑性抗裂性能和硬化后混凝土抗裂性能。在纖維分散度良好的情況下，混凝土抗裂性能隨著纖維摻量的提高而提高。、配合比控制（1）控制水泥摻量商品混凝土的合理設(shè)計(jì)首先是混凝土配合比設(shè)計(jì)與材料制定，單方混凝土水泥用量應(yīng)合理，水泥用量大，用水量大，水泥漿體體積大，收縮亦大。從理論上講，混凝土中摻加水泥過多，不僅使其產(chǎn)生大量的水化熱和較大的溫度應(yīng)力，而且還會使混凝土產(chǎn)生較大的收縮質(zhì)量問題，水泥細(xì)度愈大，干縮率愈大。有關(guān)試驗(yàn)資料顯示：用水量不變時，水泥用量每增加10%，混凝土收縮增加5%；水泥用量不變時，用水量每增加10%，混凝土強(qiáng)度降低20%，混凝土與鋼筋的粘結(jié)力降低10%。（2）嚴(yán)格控制水灰比，水灰比宜小于0.5水灰比過大或過小時均可能導(dǎo)致收縮加大、抗裂性能降低，混凝土水灰比是影響強(qiáng)度和裂縫的主要因素之一。水灰比大的混凝土其收縮亦大，也就是越容易產(chǎn)生裂縫。塑性沉落裂縫、干燥收縮裂縫都是由于混凝土單方用水量過大，混凝土稠度過低、塌落度過大、水分蒸發(fā)過快造成的。因此，在保持合適的工作性始終不變的條件下，只要能達(dá)到泵送的條件，水灰比應(yīng)當(dāng)盡可能低，嚴(yán)格控制混凝土水灰比即嚴(yán)格混凝土的用水量是減少裂縫的根本措施。

（3）在混凝土中宜加入一定量的粉煤灰或磨細(xì)礦渣（部分替代水泥），摻量通過配合比設(shè)計(jì)、試驗(yàn)確定，以改善混凝土的抗裂性能。當(dāng)混凝土中摻入礦粉時，礦粉細(xì)度宜與水泥的細(xì)度接近。摻加硅灰時，應(yīng)有可靠的技術(shù)措施。有條件的也宜對混凝土摻合料進(jìn)行抗裂性試驗(yàn)和評價。粉煤灰可以降低混凝土拌合物的屈服剪切應(yīng)力，大大提高混凝土拌合物的坍落度，改善和提高新拌混凝土和硬化混凝土的性能，改善混凝土的和易性及可泵性，降低水化熱，降低泌水率和干縮程度，減少在管道中的堵塞和分離，降低混凝土與管壁的阻力，從而提高混凝土拌合物的流動性和穩(wěn)定性。粉煤灰顆粒在泵送過程中起著“滾珠”效應(yīng)。（4）在混凝土砂率設(shè)計(jì)方面，應(yīng)優(yōu)先選用最佳砂率，一般泵送混凝土可控制在

38

％

-43

％之間，砂率過小混凝土容易產(chǎn)生離析，不宜泵送。砂率過大，會降低混凝土的工作性和強(qiáng)度，并能增大混凝土的收縮和裂縫。3.2優(yōu)化結(jié)構(gòu)配筋、配置溫度筋根據(jù)吳中偉.《補(bǔ)償收縮混凝土的新動向》和王鐵夢《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》混凝土開裂的判據(jù)公式可知混凝土的限制膨脹率ε2大于收縮率S，混凝土中將有壓應(yīng)力存在；ε2小于S，若其差值的絕對值小于混凝土的極限伸縮率Sk，混凝土中雖有拉應(yīng)力尚不致使混凝土出現(xiàn)裂縫，若其差值的絕對值大于Sk時，內(nèi)部拉應(yīng)力超過其抗拉強(qiáng)度，混凝土出現(xiàn)裂縫。因此，限制膨脹率ε2、收縮率S和極限延伸率Sk是控制混凝土裂縫的關(guān)鍵。其中限制膨脹率ε2隨UEA(CSA)摻量增加而增加。收縮率S與混凝土原材料、配合比、外界環(huán)境及養(yǎng)護(hù)條件有關(guān)。鋼筋混凝土的極限延伸率Sk根據(jù)公式（1）可知與配筋率成及鋼筋直徑有關(guān)，即標(biāo)號相同的鋼筋混凝土配筋率越大鋼筋混凝土的極限延伸率越大，混凝土的抗裂縫能力越強(qiáng)。在同標(biāo)號、同配筋率情況下，鋼筋直徑越小、間距越密，鋼筋混凝土的極限延伸率越大，混凝土的抗裂縫能力越強(qiáng)。（公式一）依據(jù)以上論述可對水池池壁鋼筋進(jìn)行以下調(diào)整，以控制混凝土的收縮裂縫：在混凝土墻體收縮裂縫的高發(fā)區(qū)，墻體中的鋼筋除應(yīng)滿足強(qiáng)度要求外，還應(yīng)適當(dāng)提高配筋率。在本工程中，梁與墻的交接處是約束最大的部位，在此區(qū)域可以將水平筋間距進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整以加大配筋率或在此區(qū)域加設(shè)防裂鋼筋網(wǎng)片。Φ16@200Φ16@200Φ14@20035051mm原設(shè)計(jì)池壁配筋ΦΦ16@200Φ10@12835025mm調(diào)整后池壁配筋墻體混凝土保護(hù)層內(nèi)配置鋼筋網(wǎng)片墻體混凝土保護(hù)層內(nèi)配置鋼筋網(wǎng)片3.3優(yōu)化膨脹加強(qiáng)帶施工方法，合理安排混凝土施工順序。（1）水池側(cè)壁膨脹加強(qiáng)帶位置與底板相同，雖然按照設(shè)計(jì)加設(shè)了Φ4@20×20鐵絲網(wǎng)分隔，但由于混凝土的流動性大、泵送混凝土使用的是細(xì)石混凝土，墻壁的混凝土澆筑又是分層循環(huán)澆筑，雖然現(xiàn)場施工中，使用兩臺泵車外加塔吊單獨(dú)配合澆筑膨脹加強(qiáng)帶，但膨脹加強(qiáng)帶現(xiàn)場實(shí)際施工效果很不理想。因?yàn)閭?cè)壁薄又長，又受底板約束，受到風(fēng)速和大氣溫度影響大、混凝土澆筑和養(yǎng)護(hù)比較困難，易出現(xiàn)縱向裂縫，因此采用膨脹加強(qiáng)帶后澆做法。即在膨脹加強(qiáng)帶處使用密目高強(qiáng)鐵絲網(wǎng)封堵并加設(shè)鋼板止水帶，在膨脹加強(qiáng)帶中填充苯板以防止混凝土澆筑過程中密目鐵絲網(wǎng)嚴(yán)重變形。在混凝土澆筑完比養(yǎng)護(hù)14d清理膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)雜物及灰漿并進(jìn)行鑿毛處理，然后用比兩側(cè)混凝土強(qiáng)度等級高5Mpa且UEA摻量為14%的膨脹混凝土澆筑。（具體做法如下圖）苯板填充（2）由于膨脹加強(qiáng)帶將整個淡水池側(cè)壁分為2個“[”部分，因此在澆筑時可以分開澆筑，使用2臺泵車分別從兩個膨脹帶處相對澆筑，并使用塔吊配合澆筑膨脹加強(qiáng)帶兩側(cè)混凝土以減少由于澆筑高度不同對密目鐵絲網(wǎng)產(chǎn)生的側(cè)壓力，待一層澆筑完后返回起點(diǎn)重復(fù)澆筑，直至澆筑完畢。側(cè)壁采用分層澆筑的方法，每層分層厚度為50cm。要求混凝土的坍落度必須控制好，每班檢測坍落度不少于2次。商品混凝土監(jiān)禁到現(xiàn)場后加水?dāng)嚢琛１桨逄畛洌?）水池頂梁板混凝土施工應(yīng)同后澆膨脹加強(qiáng)帶一起施工，這樣可以大大減少梁板對水池池壁的約束作用。（4）加強(qiáng)混凝土振搗管理、澆筑后的混凝土在初凝前,可進(jìn)行二次振搗,以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼筋下部產(chǎn)生的水分和空隙,提高混凝土與鋼筋的握裹力,達(dá)到提高混凝土強(qiáng)度,防止混凝土墻體出現(xiàn)裂縫的目的.3.4、混凝土養(yǎng)護(hù)及拆模為了獲得高質(zhì)量的混凝土，進(jìn)行適宜環(huán)境的養(yǎng)護(hù)是防止混凝土裂縫有效的措施。確切地說，養(yǎng)護(hù)的目的是要使混凝土保持或盡可能接近于飽和狀態(tài)，使水化作用達(dá)到其最大的速度，得到更高強(qiáng)度的混凝土，不同的養(yǎng)護(hù)和維護(hù)可使結(jié)構(gòu)的抗裂能力成倍地變化。不當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)則會造成強(qiáng)度損失。所以說混凝土的養(yǎng)護(hù)條件對強(qiáng)度發(fā)展有很大的影響。混凝土的養(yǎng)護(hù)條件指混凝土的潮濕狀態(tài)及養(yǎng)護(hù)溫度。關(guān)于濕養(yǎng)護(hù)的影響；如果混凝土潮濕狀態(tài)低于相對溫度的80%，水化幾乎會完全停止，因此濕度的供給情況對混凝土的影響是一個重要方面。在入模溫度相同的情況下，干燥狀態(tài)比濕養(yǎng)護(hù)狀態(tài)強(qiáng)度顯著降低，且隨齡期增長而變化。3天時強(qiáng)度降低21%，28d強(qiáng)度降低27%。在養(yǎng)護(hù)溫度相同的情況下，連續(xù)濕養(yǎng)護(hù)（即蓋草袋灑水養(yǎng)護(hù)）時混凝土強(qiáng)度在各齡期均為最高。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)14d后放室外自然養(yǎng)護(hù)28d強(qiáng)度降低14%。最不利的情況，脫模后隨即放室外自然養(yǎng)護(hù)。28d強(qiáng)度比連續(xù)濕養(yǎng)護(hù)降低27%。潮濕狀態(tài)對混凝土抗拉強(qiáng)度影響更為敏感，通過實(shí)驗(yàn)可知自然養(yǎng)護(hù)28d抗拉強(qiáng)度為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的20%，甚至更低。上述結(jié)果說明：在早齡期如果想使混凝土硬化后達(dá)到預(yù)期的強(qiáng)度，并在早期有良好的抗裂性能，充份的供濕是非常重要的，缺少濕養(yǎng)護(hù)使?jié)衲翉?qiáng)度降低的除了水化受到抑制外，由于可縮可能引起內(nèi)應(yīng)力和微裂縫也是混凝土強(qiáng)度降低、混凝開裂的原因之一。本工程水池池壁及梁板混凝土澆筑時間為7月21日，當(dāng)日氣溫為18oC~30oC，當(dāng)時入模溫度大約為40oC左右，澆筑完成后7d進(jìn)行模板拆除。期間未進(jìn)行過養(yǎng)護(hù)，因氣溫過高、氣候干燥，混凝土結(jié)構(gòu)澆筑后，在未及時澆水養(yǎng)護(hù)條件下，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)失水過