現(xiàn)澆胸墻混凝土結(jié)構(gòu)有害裂縫的防治

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1. 引言

　　現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)有害裂縫過多，會(huì)影響結(jié)構(gòu)性能、使用功能和耐久性，對(duì)結(jié)構(gòu)安全帶來(lái)隱患。且到目前為止，沒有辦法徹底根除該通病。本工程中，我們嘗試通過施工過程控制，采用新工藝、新材料等措施對(duì)有害裂縫進(jìn)行預(yù)防治理，取得了一定的效果。

　　2. 工程概況

　　本工程共有104段胸墻，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度12.015m/段，寬度分5.6m和5.0m兩種，高度3.2m，設(shè)計(jì)等級(jí)C30F250；含兩種斷面型式。

　　3. 無(wú)害裂縫與有害裂縫的區(qū)分

　　水泥砼裂縫是混凝土的一種常見病和多發(fā)病。病情絕大多數(shù)發(fā)生于施工階段，其原因復(fù)雜多變，從裂縫外觀可分成微觀裂縫和宏觀裂縫兩大類。

　　微觀裂縫是指肉眼看不到的、水泥砼內(nèi)部固有的一種裂縫，它是不連貫的。寬度一般在0.05mm以下，但是要比肉眼可見的即宏觀裂縫多得多。這種水泥砼本身固有的微觀裂縫，在荷載不超過設(shè)計(jì)規(guī)定的條件下，一般視為無(wú)害。用實(shí)體顯微鏡觀察、X射線或超聲波探測(cè)儀等物理檢驗(yàn)手段都可鑒定出這種裂縫。另外一種最直接的方法就是用滲水觀察，一定壓力的水可以從水泥砼內(nèi)部的裂縫中滲透出來(lái)。

　　宏觀裂縫寬度在0.05mm以上，并且認(rèn)為寬度（最終寬度，即裂縫不再擴(kuò)展的寬度）小于0.2～0.3mm的裂縫是無(wú)害的；繼續(xù)發(fā)展可能會(huì)影響到結(jié)構(gòu)性能、使用功能和耐久性的裂縫稱為有害裂縫。本文中的裂縫指有害裂縫。

　　4. 有害裂縫的區(qū)分有害裂縫按照成因可分為以下幾種：

　　4.1收縮裂縫。在施工階段因水泥水化熱及外部氣溫的作用引起水泥砼收縮而產(chǎn)生的裂縫。多為規(guī)則的條狀，很少交叉。常發(fā)生在結(jié)構(gòu)變截面處，往往與受力鋼筋平行。收縮裂縫多發(fā)生在大體積水泥砼中，梁、板、柱等小塊體構(gòu)件，特別是預(yù)應(yīng)力構(gòu)件極少產(chǎn)生收縮裂縫。水泥砼收縮裂縫危害較大，尤其是暴露在大氣中的構(gòu)筑物，影響更大。如不加以防止，可能會(huì)造成嚴(yán)重后果。

　　4.2超載裂縫。水泥砼構(gòu)件超荷載使用時(shí)，造成變形、失穩(wěn)或因疲勞等原因產(chǎn)生裂縫。一般均發(fā)生在構(gòu)件受彎矩最大的部位，成條狀，但分布不象收縮裂縫那樣均勻，擴(kuò)展方向也相反，一般沿受力鋼筋垂直方向或斜向發(fā)展。產(chǎn)生超載裂縫的原因，往往是施工階段在構(gòu)件上不適當(dāng)?shù)厥┘邮┕ず奢d或者是上部建筑過早施工。另外，溫度應(yīng)力影響也是原因之一。

　　4.3沉降裂縫。因地基差異沉降或構(gòu)件接合不良、剪應(yīng)力超過設(shè)計(jì)強(qiáng)度而產(chǎn)生的一種水泥砼裂縫，多見于填土地基、樁基沉降不均勻的各種基礎(chǔ)與墻體。這種裂縫一般與地面垂直，或成30°～40°角方向發(fā)展，寬度因荷載大小而異，與沉降值成比例。沉降裂縫危害極大，并且極難處理。因此必須在設(shè)計(jì)上采取有效措施，施工、使用中也要加強(qiáng)觀測(cè)、監(jiān)視。

　　4.4龜裂裂縫施工階段因配料、攪拌、澆筑、養(yǎng)護(hù)等各環(huán)節(jié)的操作不當(dāng)均能產(chǎn)生，其中以養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)為關(guān)鍵。裂縫成龜殼狀或散射狀，無(wú)規(guī)律，長(zhǎng)度、寬度也不一致。

　　4.5疏松裂縫。水泥砼澆筑時(shí)因下料不均，致使水泥砼材料離析，或因漏振、過振而產(chǎn)生的疏松狀態(tài)裂縫。如果它延續(xù)到水泥砼表面，則容易發(fā)現(xiàn)，如果只產(chǎn)生在水泥砼內(nèi)部，則不能直接表現(xiàn)出來(lái)。這種疏松帶長(zhǎng)度不等，視下料或振搗情況而異。

　　5. 砼有害裂縫的成因

　　5.1與設(shè)計(jì)方面有關(guān)的裂縫。（1）超過設(shè)計(jì)荷載范圍和未考慮到的。（2）設(shè)計(jì)的構(gòu)件截面不足、鋼筋用量不足、配置位置不當(dāng)。（3）建筑結(jié)構(gòu)沉降差異、地震、風(fēng)力考慮不周。（4）溫度應(yīng)力和砼收縮應(yīng)力，估計(jì)不足。

　　5.2與環(huán)境條件有關(guān)的裂縫。（1）環(huán)境溫度和濕度的變化。（2）各結(jié)構(gòu)、構(gòu)件區(qū)域溫度差異過大、凍融、凍脹不一致。（3）內(nèi)部鋼筋銹蝕、火災(zāi)時(shí)表面遭受高溫。（4）酸堿、鹽類化學(xué)侵蝕，沖擊、振動(dòng)等影響。

　　5.3與各種材料性質(zhì)和配合比有關(guān)的裂縫。（1）水泥的非正常凝結(jié)（受潮水泥和水泥溫度過高）。（2）水泥的非正常膨脹、氧化鎂、氧化鈣過高，含堿量過高。（3）水泥的水化熱不正常。（4）骨料含泥量過大，級(jí)配不良。（5）使用堿活性骨料和風(fēng)化巖石及砼自身收縮。（6）混凝土配比不當(dāng)（水泥用量過大、水灰比過大、用水量大、水膠比大、砂率過大）。（7）選用水泥品種不當(dāng)，外加劑不當(dāng)和匹配不當(dāng)，外加劑摻量過大。

　　5.4與施工有關(guān)的裂縫。（1）拌和不均勻，攪拌時(shí)間不足或過長(zhǎng)，拌和后澆筑時(shí)間過長(zhǎng)，泵送時(shí)增加了用水量和水泥用量。（2）澆筑順序有誤、澆筑不均勻、振動(dòng)趕漿、鋼筋過密。（3）搗實(shí)不良、坍落度過大、粗骨料下沉、泌水、砼表面強(qiáng)度過低就進(jìn)行下一道工序施工、連續(xù)澆筑時(shí)間過長(zhǎng)、接茬處理不當(dāng)。（4）鋼筋搭接錨固不良、鋼筋預(yù)埋件擾動(dòng)和鋼筋保護(hù)層不夠。（5）模板變形、漏漿、滲水、剛度不夠、下沉、過早拆除和拆除不當(dāng)。（6）砼硬化前、遭受擾動(dòng)或承受荷載。（7）養(yǎng)護(hù)條件不到位和養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或時(shí)間過短。（8）養(yǎng)護(hù)之前遭受急劇干燥（日曬、大風(fēng)、凍害）。（9）砼表面抹壓不及時(shí)和抹壓時(shí)間不當(dāng)。（10）大體積砼內(nèi)部溫度與表面溫度、環(huán)境溫度差異過大。

　　6. 本工程對(duì)有害裂縫的控制方法

　　按照本工程的特點(diǎn)，我們通過重點(diǎn)控制以下幾項(xiàng)措施，最大限度的減少胸墻砼有害裂縫。

　　6.1設(shè)計(jì)。（1）配筋設(shè)計(jì)時(shí)，改變傳統(tǒng)的深梁式理論，采用全新的實(shí)體元理論；從而改變了以往工程中只在軌道梁下方配筋的方式，在胸墻整個(gè)斷面大范圍配筋，從而整個(gè)增強(qiáng)了胸墻的整體性。（2）每個(gè)沉箱上方設(shè)置兩段胸墻，設(shè)計(jì)長(zhǎng)度由24.03m/段改為12.015m/段，從而減少了每段胸墻的體積。

　　6.2環(huán)境。（1）砼澆注前，聽取天氣預(yù)報(bào)，雨雪天、大風(fēng)天不施工。（2）砼澆注前，使用淡水沖刷底面。（3）砼澆注前，使用鋼絲刷對(duì)下層鋼筋除銹，防止內(nèi)部鋼筋銹蝕。

　　6.3原材料和配合比。（1）砂石料進(jìn)場(chǎng)前必須經(jīng)過砼供應(yīng)商和施工方兩級(jí)檢驗(yàn)，各項(xiàng)指標(biāo)合格后方可進(jìn)場(chǎng)使用。（2）比較選擇水化熱較低且性能較穩(wěn)定的普通硅酸鹽水泥水泥。本工程通過比對(duì)實(shí)驗(yàn)，確定采用三菱水泥。（3）適當(dāng)延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，使內(nèi)部的熱量在混凝土凝結(jié)之前較多的散出；降低了混凝土凝結(jié)后內(nèi)部水化熱峰值，減小混凝土的內(nèi)外溫差。（4）配合比依據(jù)《水運(yùn)工程混凝土施工規(guī)范》（JTJ268-96）和《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》（JTJ269-96）進(jìn)行設(shè)計(jì)，配合比設(shè)計(jì)采用三級(jí)配，設(shè)計(jì)坍落度80～100mm。

　　6.4施工

　　6.4.1砼澆注。澆筑時(shí)控制落灰高度不大于2米、均勻下灰人工平倉(cāng)，避免粗骨料堆積。采用插入式振搗棒分層振搗，操作時(shí)快插慢拔，振點(diǎn)呈梅花形均勻排列，每一振點(diǎn)振至表面不再翻漿為止，振搗順序?yàn)閺哪０逄庨_始，先外后內(nèi)，移動(dòng)間距不大于25cm，分層振搗時(shí)應(yīng)插到下層砼中不低于5cm，不得漏振、過振。并且在砼澆筑過程中，安排專人經(jīng)常檢查模板支立的穩(wěn)固性。嚴(yán)格控制坍落度，每次澆注時(shí)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)坍落度，控制在80mm～100mm，若發(fā)現(xiàn)坍落度過大現(xiàn)象，則在規(guī)范允許范圍內(nèi)適量減水。頂層胸墻澆注前，先用淡水潤(rùn)濕底層砼表面，以利于上下層砼更好的結(jié)合。砼澆注完成后，將上部因振倒產(chǎn)生的浮漿刮除、清理干凈。

　　6.4.2分層澆注。為保證前沿線順直，標(biāo)高滿足設(shè)計(jì)要求，胸墻分兩層澆注。頂層胸墻澆注前，底層胸墻頂面必須進(jìn)行鑿毛處理，鑿毛時(shí)間選擇在砼強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度30%以后進(jìn)行，全部采用人工進(jìn)行，以露出1/3石子為宜。圖2加強(qiáng)沉降位移觀測(cè)，在底層胸墻相對(duì)穩(wěn)定時(shí)及時(shí)澆注頂層胸墻，以減少兩層胸墻澆注的間隔時(shí)間。

　　6.4.3面層砼摻加聚丙烯網(wǎng)狀纖維。胸墻頂面300mm厚范圍內(nèi)設(shè)置分散狀聚丙烯纖維，纖維直徑為18μ，纖維長(zhǎng)度為12mm，纖維數(shù)量為3億根/Kg，抗拉強(qiáng)度為300MPa，用量為0.6Kg/m³。聚丙烯網(wǎng)狀纖維是以聚丙烯為原材料，通過特殊工藝制造而成的。其外觀為多根纖維單絲相互交連而成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。當(dāng)聚丙烯網(wǎng)狀纖維投入到混凝土后，在混凝土攪拌過程中，纖維單絲間的橫向連結(jié)經(jīng)混凝土自身的揉搓和摩擦作用而破壞，形成纖維單絲或網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)充分張開，從而使砼更好的連結(jié)。圖3同鋼纖維相比，聚丙烯網(wǎng)狀纖維在充分分散后獲得的聚丙烯纖維單絲具有細(xì)度大、數(shù)量多的顯著優(yōu)勢(shì)，加之聚丙烯纖維自身所具備的不吸水、抗酸堿能力強(qiáng)和彈性模量與混凝土相當(dāng)?shù)忍匦裕苊黠@抑制或減少因混凝土塑性收縮、干縮、溫度變化等因素引起的裂縫。

　　6.4.4預(yù)埋鐵件周圍綁扎細(xì)鋼筋。按照以往經(jīng)驗(yàn)，預(yù)埋鐵件四角易出現(xiàn)45°應(yīng)力裂縫。本工程中，所有預(yù)埋鐵件四周均綁扎埋設(shè)8鋼筋扎成的鋼筋網(wǎng)片，網(wǎng)片分上下兩層埋置。

　　6.4.5養(yǎng)護(hù)。胸墻砼澆注完畢后，清理掉頂面的浮漿，終凝后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)；頂面及前后墻均覆蓋土工布并保持濕潤(rùn)。按照規(guī)范要求，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天，并有完整的養(yǎng)護(hù)記錄。

　　7. 防治效果

　　通過對(duì)裂縫產(chǎn)生原因進(jìn)行深入的分析，有針對(duì)性的采取了治理措施，目前為止，本工程胸墻頂面及墻面未發(fā)現(xiàn)有害裂縫。

　　8. 體會(huì)

　　8.1正確區(qū)分無(wú)害裂縫和有害裂縫，對(duì)指導(dǎo)工程施工具有重要意義。

　　8.2嚴(yán)格按照規(guī)范要求控制各工序，對(duì)于防治質(zhì)量通病有重要作用。

　　8.3科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展（如本工程摻加的聚丙烯纖維），能夠?qū)|(zhì)量通病的防治帶來(lái)積極影響。