孫志奇,章亞偉

(1.蘭州交大工程咨詢有限責(zé)任公司,甘肅蘭州730070;2.成都軌道交通有限公司,四川成都610031)

隨著我國(guó)高速鐵路飛速發(fā)展,橋涵在高速鐵路中占到的比例越來越大,混凝土施工成為工程建設(shè)中的重中之重,但混凝土的裂縫幾乎無所不在,成為質(zhì)量控制中較為棘手的質(zhì)量通病。裂縫產(chǎn)生的原因很多,如變形、外載作用、養(yǎng)護(hù)條件及化學(xué)侵蝕等諸多因素引起的裂縫。在鐵路大建設(shè)時(shí)期,項(xiàng)目“遍地開花”,要想確保施工質(zhì)量,必須充分發(fā)揮監(jiān)理在項(xiàng)目建設(shè)中“工程警察”的角色,所以作為監(jiān)理人員首先要對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生原因及預(yù)防措施有較深刻的認(rèn)識(shí),并根據(jù)實(shí)際情況正確解決問題。

1 混凝土裂縫分類

混凝土裂縫大致分為干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉陷裂縫、溫差裂縫、外力及施工工藝造成的裂縫[1]。

1.1 干縮裂縫

干縮裂縫多出現(xiàn)在混凝土養(yǎng)護(hù)結(jié)束后的一段時(shí)間或是混凝土澆筑完畢后的一周左右,水泥漿中水分蒸發(fā)產(chǎn)生干縮,且這種收縮是不可逆的。

1.2 塑性收縮裂縫

塑性收縮是指混凝土在凝結(jié)之前,表面因失水較快而產(chǎn)生的收縮。塑性收縮裂縫一般在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn),裂縫多呈中間寬、兩端細(xì)且長(zhǎng)短不一,互不連貫狀態(tài)。較短的裂縫一般長(zhǎng)20 cm～30 cm,較長(zhǎng)的裂縫可達(dá)2 m～3 m,寬1 mm～5 mm。

1.3 沉陷裂縫

由于地基不均勻沉降或水平方向位移,使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力,超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。此類裂縫多為貫穿性裂縫,其走向與沉陷情況有關(guān),一般沿與地面垂直或呈30°～45°角方向發(fā)展,較大的沉陷裂縫,往往有一定的錯(cuò)位,裂縫寬度往往與沉降量成正比關(guān)系。

1.4 溫度裂縫

在混凝土的施工中,混凝土澆筑完畢后,由于水泥水化時(shí)產(chǎn)生大量熱量,致使內(nèi)部溫度升高,或者是混凝土受到寒潮的襲擊等,會(huì)導(dǎo)致混凝土表面溫度急劇下降,內(nèi)外溫差過大,而產(chǎn)生收縮;在溫度應(yīng)力的作用下,表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束,將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫,使混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

1.5 施工工藝或操作不當(dāng)引起的裂縫

較為普遍存在的因素包括:①現(xiàn)場(chǎng)澆搗混凝土?xí)r,振搗或插入不當(dāng),漏振、過振或振搗棒抽撤過快,均會(huì)導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生;②高空澆注混凝土,風(fēng)速過大、烈日暴曬,混凝土收縮值大;③現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)措施不到位,混凝土早期脫水,引起收縮裂縫;④拆模過早或現(xiàn)場(chǎng)模板拆除不當(dāng)引起拆模裂縫等。

2 分階段控制混凝土裂縫

作為監(jiān)理人員應(yīng)該分別從施工準(zhǔn)備階段、施工階段、養(yǎng)護(hù)階段進(jìn)行控制,以確保工程安全質(zhì)量[2]。

2.1 施工準(zhǔn)備階段

(1)必須嚴(yán)格控制原材料,粗細(xì)骨料的含泥量、泥塊含量以及粗骨料的針片狀含量過大均會(huì)產(chǎn)生干縮裂縫。

(2)水泥堿含量過大發(fā)生堿-骨料反應(yīng)產(chǎn)生大量水化熱,從而使混凝土脹裂,裂縫呈現(xiàn)雜亂的“地圖”狀,縫中有白色沉淀的膠體。

(3)氯離子含量可降低水化熱和提高混凝土的和易性,同時(shí)增強(qiáng)混凝土抗氯離子滲透性能,防止因水化熱及鋼筋銹蝕造成混凝土開裂;混凝土拌合物中各種原材料引入的氯離子總質(zhì)量應(yīng)不超過膠凝材料總量的0.1%(鋼筋混凝土結(jié)構(gòu))和0.06%(預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu))否則產(chǎn)生徐變、收縮裂縫。

(4)外加劑的比例必須嚴(yán)格把關(guān),嚴(yán)禁超標(biāo),水灰比過大,表面產(chǎn)生氣孔,發(fā)生龜裂;水泥用量過大,產(chǎn)生收縮裂紋。

(5)施工準(zhǔn)備階段要嚴(yán)把選材關(guān)、進(jìn)料關(guān)、檢驗(yàn)關(guān),嚴(yán)禁使用不合格的材料或有疑問的材料。施工前應(yīng)嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、合理做混凝土的配合比。

2.2 施工階段[3]

(1)混凝土澆筑前底板承載力的均衡性易產(chǎn)生沉降裂縫。

(2)澆筑前模板支護(hù)的牢固程度直接關(guān)系到施工安全和防止在澆筑過程中發(fā)生傾斜,密封性防止?jié){液的流失,混凝土的強(qiáng)度難以保證,同時(shí)都影響到混凝土的徐變,而發(fā)生塑性裂縫。

(3)混凝土的和易性差、坍落度太大、含氣量高、入模溫度低等直接影響到塑性收縮裂縫。

(4)施工環(huán)境不當(dāng)所產(chǎn)生的裂縫,環(huán)境溫度高、濕度低、陽光直射強(qiáng)度大、風(fēng)速較大等使混凝土中的水分蒸發(fā)較快,造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮而造成塑性收縮裂縫。

(5)鋼筋保護(hù)層太薄,順筋而裂;洞口拐角等應(yīng)用集中處無加強(qiáng)鋼筋、缺箍筋、溫度筋使混凝土開裂。

(6)混凝土表面抹壓不實(shí),澆筑過高過厚,素漿上浮表面龜裂;拆模過早,用力不當(dāng)將混凝土撬裂。

(7)施工工藝或操作不當(dāng)所引起的裂縫。

2.3 養(yǎng)護(hù)階段[4]

養(yǎng)護(hù)不好或不及時(shí),表面脫水,大體積混凝土無降低內(nèi)外溫差措施,溫差較大而產(chǎn)生干縮裂紋。規(guī)范要求混凝土內(nèi)部溫度、表面溫度、環(huán)境溫度三者溫差不能大于15℃。但根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際對(duì)橋墩混凝土內(nèi)部溫度、表面溫度、環(huán)境溫度進(jìn)行測(cè)試,15 d溫度測(cè)試統(tǒng)計(jì)得到如下溫度變化規(guī)律(詳見圖1),溫差大致在18℃～22℃之間,墩身混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)40℃左右。溫差大于規(guī)范所要求的范圍,所以必須加大養(yǎng)護(hù)和采取降溫措施,如采用二次風(fēng)冷新工藝、環(huán)形冷卻管道冷卻等,以免溫差較大而產(chǎn)生溫差裂縫。

圖1 混凝土溫度變化表

3 裂縫成因及預(yù)防措施

3.1 干縮裂縫成因及預(yù)防措施[5]

干縮裂縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)程度不同而導(dǎo)致變形。不同的結(jié)果:混凝土受外部條件的影響,表面水分損失過快,變形較大,內(nèi)部濕度變化較小變形較小,較大的表面干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束,產(chǎn)生較大拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。相對(duì)濕度越低,水泥漿體干縮越大,干縮裂縫越易產(chǎn)生。干縮裂縫多為表面性的平行線狀或網(wǎng)狀淺細(xì)裂縫,寬度多在0.05mm～0.2mm之間,大體積混凝土中平面部位多見,較薄的梁板中多沿其短向分布[6]。干縮裂縫通常會(huì)影響混凝土的抗?jié)B性,引起鋼筋的銹蝕以至于影響混凝土的耐久性,在水壓力的作用下會(huì)產(chǎn)生水力劈裂,影響混凝土的承載力等等。

混凝土干縮主要和混凝土的水膠比、水泥的成分、水泥的強(qiáng)度等級(jí)、水泥的用量、集料的性質(zhì)和用量、外加劑的用量等有關(guān)。

主要預(yù)防措施:①選用收縮量較小的水泥,一般采用中低熱水泥和粉煤灰水泥,降低水泥的用量;②混凝土的干縮受水灰比的影響較大,在混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)盡量控制好水灰比的選用,同時(shí)摻加合適的減水劑;③嚴(yán)格控制混凝土水膠比,混凝土的用水量絕對(duì)不能大于設(shè)計(jì)配合比所給定的用水量;④加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù),并適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間。冬季施工時(shí)要適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土保溫覆蓋時(shí)間,并涂刷養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù);⑤在混凝土結(jié)構(gòu)中設(shè)置合適的收縮縫。

3.2 塑性收縮裂縫成因及預(yù)防措施[7]

塑性收縮產(chǎn)生的主要原因?yàn)?混凝土在終凝前幾乎沒有強(qiáng)度或強(qiáng)度很小,或者混凝土剛終凝而強(qiáng)度很小時(shí),受高溫或較大風(fēng)力的影響,混凝土表面失水過快,造成毛細(xì)管中產(chǎn)生較大的負(fù)壓而使混凝土體積急劇收縮,而此時(shí)混凝土的強(qiáng)度又無法抵抗其本身收縮,因此產(chǎn)生龜裂。

影響混凝土塑性收縮開裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝結(jié)時(shí)間、環(huán)境溫度、風(fēng)速、相對(duì)濕度等等。

主要預(yù)防措施[8]:①選用干縮值較小早期強(qiáng)度較高的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。②嚴(yán)格控制水灰比,摻加高效減水劑來增加混凝土的坍落度和和易性,減少水泥及水的用量。③澆筑混凝土之前,將基層和模板澆水均勻濕透。④及時(shí)覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片等,保持混凝土終凝前表面濕潤(rùn),或者在混凝土表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑等進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。⑤在高溫和大風(fēng)天氣要設(shè)置遮陽和擋風(fēng)設(shè)施,及時(shí)養(yǎng)護(hù)。

3.3 沉陷裂縫成因及預(yù)防措施

裂縫寬度受溫度變化的影響較小,當(dāng)?shù)鼗冃畏€(wěn)定之后,沉陷裂縫也基本趨于穩(wěn)定。

主要預(yù)防措施:①對(duì)松軟土、填土地基在上部結(jié)構(gòu)施工前應(yīng)進(jìn)行必要的夯實(shí)和加固;②保證模板有足夠的強(qiáng)度和剛度,且支撐牢固,并使地基受力均勻;③防止混凝土澆筑過程中地基被水浸泡;④模板拆除的時(shí)間不能太早,且要注意拆模的先后次序;⑤在凍土上搭設(shè)模扳時(shí)要注意采取一定的預(yù)防措施。

3.4 溫度裂縫成因及預(yù)防措施[6]

主要預(yù)防措施:

(1)盡量選用低熱或中熱水泥,如礦渣水泥、粉煤灰水泥。

(2)減少水泥量,將水泥用量盡量控制在450 kg/m3以下。

(3)降低水灰比,一般混凝土的水灰比控制在0.6以下。

(4)改善骨料級(jí)配,摻加粉煤灰或高效減水劑等來減少水泥用量,降低水化熱。

(5)改善混凝土的攪拌加工工藝,在傳統(tǒng)的三冷技術(shù)的基礎(chǔ)上采用二次風(fēng)冷新工藝,降低混凝土的澆筑溫度。

(6)在混凝土中摻加一定量的具有減水、增塑、緩凝等作用的外加劑,改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、保水性,降低水化熱,推遲熱峰的出現(xiàn)時(shí)間。

(7)高溫季節(jié)澆筑時(shí)可采用搭設(shè)遮陽板等輔助措施控制混凝土升溫,降低澆筑混凝土的溫度。

(8)大體積混凝土的溫度應(yīng)力與結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān),要合理安排施工工序,分層、分塊澆筑,以利于散熱,減小約束。

(9)在大體積混凝土內(nèi)部設(shè)置冷卻管道,通過冷水或者冷氣冷卻,減小混凝土的內(nèi)外溫差。

(10)加強(qiáng)混凝土溫度的監(jiān)控,及時(shí)采取冷卻、保護(hù)措施。

(11)預(yù)留溫度收縮縫。

(12)減小約束,澆筑混凝土前宜在基巖和老混凝土上鋪設(shè)砂墊層或使用瀝青等材料涂刷。

(13)加強(qiáng)混凝土養(yǎng)護(hù),混凝土澆筑后,及時(shí)用濕潤(rùn)的草簾、麻片等覆蓋,并注意灑水養(yǎng)護(hù),適當(dāng)延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間。在寒冷季節(jié),混凝土表面應(yīng)采取保溫措施,以防止寒潮襲擊。

(14)混凝土中配置少量的鋼筋或者摻入纖維材料,將混凝土的溫度裂縫控制在一定范圍之內(nèi)。

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