水电站混凝土楼面裂缝分析与防控措施

2014-10-18王兴甫任建中

水利技术监督 2014年4期

王兴甫任建中

（1.江苏沭阳县水务局，江苏沭阳 223600；2.江苏省沭阳县柴沂灌区管理所，江苏沭阳 223600）

水利工程施工中比较注重关于方案的比选[1,2]、质量与安全事故的防范分析[3,4]，混凝土是土木工程中常用的建筑材料，混凝土裂缝是施工中普遍存在的质量通病，很多学者对混凝土结构裂缝的机理分析与控制进行了深入的研究，尤其是关于大体积混凝土的裂缝控制和早期裂缝的研究多有论述[5,6]，本文结合工程实例就混凝土楼面裂缝的分析与防控措施进行探讨。

1 工程概况

某水电站办公楼及厂房建筑面积 8578m2，钢筋混凝土全部采用商品混凝土。根据设计，梁、板为C30，板厚120mm，保护层20 mm，钢筋为双层双向布置；柱为 C35。施工时先支柱模板，再支梁、板模板；浇筑混凝土时，先浇柱混凝土，再浇梁、板混凝土。

梁、板混凝土浇筑24h后，施工单位为赶进度，陆续开始在板面堆载钢管和模板，准备搭设脚手架。检查梁、板混凝土浇筑质量时，发现板面出现少量不规则裂缝，缝长500～1000 mm，最大缝宽0.3 mm，上宽下窄呈楔型。房屋四周阳角、管线预埋处未见裂纹。

混凝土浇筑 11天后梁、板拆模继续养护时，天棚有一处地方有水滴漏至下层，其他区域未见渗水，但因板底多处粘附脱模剂颜色较深，无法看清是水渍还是脱模剂痕印，业主担心渗水是由结构性裂缝引起，为避免此项问题的再次出现，及时采取防控措施，参建各方对该项工程楼面裂缝进行了专题分析。

2 对工程楼面裂缝的分析

2.1 设计方面的原因

设计板厚120 mm，配筋为HRB400级热轧钢筋C10@150双向双层，混凝土强度等级为 C30。设计未设置放射性钢筋，从板面情况看，房屋四周阳角未见45°斜角裂缝，设计配置的双向双层C10@150钢筋，已能满足抗裂要求。

但从表1中荷载取值情况看，一般此等荷载混凝土强度等级C25即可，混凝土设计强度等级偏高。而混凝土设计强度等级越高，水泥用量越大，水化热也就越高，混凝土脆性越大，越易开裂，最终产生混凝土温差裂缝和收缩裂缝。

表1 各房间活荷载标准值

2.2 施工方面的原因

（1）未使用平板振捣器。施工单位先浇C35的柱，后浇C30的梁、板，在浇筑板时仍使用振捣棒振捣。振捣棒碰到钢筋时，易导致钢筋移位、间距加大，结构抵抗拉应力或剪切应力的能力相对不足。这种方式和平板振捣器相比，振捣不易密实。

（2）保护层厚度变大。施工人员在钢筋上踩踏，而马镫过少，致使板面负筋下沉，混凝土保护层厚度加大，结构的有效高度减小，引起板面开裂。

（3）上荷载过早。楼板混凝土施工完成后第二天就上人和吊卸钢管、模板、钢筋等材料进行下一道工序施工，造成较大的施工荷载，致使板面产生裂缝或扩大原有裂缝，在混凝土早期强度极低、上荷载过早的情况下，极易导致非结构性裂缝发展为结构性裂缝。

（4）混凝土未及时抹压。板面抹压应在表面泌水完全排除掉时进行，抹面时应用力抹压，施工单位为赶工期，未对初凝后终凝前的混凝土进行二次抹面以闭合已产生的微裂纹和泌水孔。

（5）养护不及时、养护方法不当。施工单位在楼板混凝土浇筑后第3天才开始洒水养护，且未采用覆盖式养护保湿，也未考虑温度和湿度方面的影响，混凝土养护初期过早脱水，混凝土出现干缩而导致裂缝。

2.3 环境方面的原因

2.3.1 温度方面的原因

混凝土内外温度梯度增加，混凝土表面将产生较大的拉应力，当因温度变化产生的拉应力大于混凝土极限抗拉强度时，就会产生裂缝。一般表面与外界温差不大于 20℃时，方可撤除养护措施[7]。

根据许文忠[8]的实验，选取与本项目室外温度相近（室外温度0℃～7℃）的浇筑后 9d的 2＃承台竖1（20cm处测点）实测数据分析，在混凝土浇筑后 8d内，即使在塑料棚布覆盖下混凝土表面与外界温差仍大于 20℃，其中在混凝土浇筑后4d内，内外温差呈逐日加大之势，如图1所示。

图1 塑料棚布覆盖下的混凝土内外温差～浇筑后时间关系曲线

混凝土养护的保温处理，不但提高了混凝土表面的温度，还使混凝土内部温度得以缓降，并减小了断面上的温度梯度、内外温差以及混凝土表面与环境大气的温差[9]。施工单位质量意识淡薄，浇筑后第3天才开始洒水养护，且在混凝土表面与外界温差大于 20℃时即停止养护，混凝土早期升温阶段尚未充分硬化，弹性模量小，拉应力小，易产生表面裂缝；而在降温阶段，因混凝土中心与表面的冷却程度不同，降温收缩致混凝土中心产生较大的拉应力，当其大于此时龄期混凝土的抗拉强度时，原有表面裂缝就会发展成为贯穿裂缝。

2.3.2 湿度方面的原因

混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂[10]。风速对混凝土的水分蒸发有直接影响，不可忽视。浇筑当晚及次日风力 5～6级，施工单位浇筑后也未及时采用覆盖式养护保湿，混凝土表面水分的蒸发速度过快，混凝土收缩受环境相对湿度影响显著，养护湿度为 70%的混凝土较养护湿度为 90%的混凝土所测各龄期干缩大，其 3d龄期的干缩率前者是后者的8.3倍[11]。环境相对湿度越低，其干缩值越大，干缩值随龄期的发展规律为早期发展快，后期发展缓慢并逐渐稳定。施工单位浇筑后第3天未采用覆盖式养护保温保湿而采用洒水养护，根据黄瑜等学者的研究[12]，在浇筑面非密封状态下，5 cm处湿度下降最快，这与马跃先等学者[13]非线性方程拟合计算湿度变化曲线结果和线弹性法计算湿度变化曲线结果 3 cm处湿度变化曲线一致，可见混凝土覆盖式养护保湿不仅有利于保持混凝土表面的保温湿润，防止混凝土表面水分的丢失，也有利于减缓混凝土内湿度的下降。

2.4 混凝土方面的原因

该工程梁、板混凝土强度等级同为 C30，施工时一次性浇筑。在泵送混凝土施工中，混凝土的可泵性一般用混凝土的坍落度和压力泌水值来表示，前者反映拌合物的流动性，后者主要反映拌合物的稳定性和保水性。满足可泵性要求的混凝土需达到一定的坍落度和具有适中的压力泌水值[14]。商品混凝土为了满足可泵性、和易性，混凝土的坍落度比普通混凝土大很多，水泥用量过大，砂率过大，粗骨料相应减少，用水量增大，混凝土流动性增加，早期强度低，水分易散失，表面易形成裂缝。

2.5 原材料方面的原因

选用级配良好的粗、细骨料，有利于减少收缩，降低收缩应力，并提高混凝土的抗裂能力(极限拉伸应力或极限拉伸变形)[15]。水泥细度对混凝土收缩量有较大影响，水泥细度过细将加快水化速度早期放热量较大，从而导致混凝土硬化收缩增大；砂、石骨料含泥量超标，将增加混凝土的收缩，不利于混凝土的抗裂性与抗渗性；细骨料采用细砂或特细砂，不利于降低温升和减少混凝土的收缩，对混凝土收缩变形影响较大。

3 防控措施

（1）设计中应充分考虑混凝土内外温差和混凝土收缩特性，根据柱、梁、板荷载情况选择合适的混凝土设计强度等级。

（2）根据混凝土结构的形式，选择不同的振捣器，振捣中不要碰到钢筋以至于钢筋移位，致使构件局部配筋相对不够产生裂缝。

（3）马镫间距以600～700mm为宜，同时搭设临时的简易通道，保护板面上层负筋。

（4）合理安排工期，控制施工进度，在浇筑后24h内不得上荷载，仅限于做养护、测量、放样等工作，浇筑72h后方许吊装大宗材料。

（5）浇筑完毕后要及时压实、抹平，当表面发现细微裂缝时，初凝后终凝前应及时再抹压一次然后养护。

（6）混凝土浇筑后应及时而正确的养护。养护时要考虑环境温度和湿度对混凝土的影响，应提高混凝土的养护温度促进其尽快凝结，保持环境处于高湿度状态，降低混凝土表面的风速[16]。对于混凝土浇筑面，尤其是平面结构，宜边浇筑成型边采用塑料薄膜覆盖保湿[7]，防止表面水分蒸发。模板和保温层应在混凝土冷却到 5℃方可拆除，或在混凝土表面温度与外界温度相差不大于 20 ℃时拆模，混凝土拆模完毕后应继续进行养护。

（7）合理确定混凝土塌落度和水灰比，商品混凝土严禁途中或现场加水，应逐车现场检查塌落度；因气候或施工情况变化可能影响混凝土质量，要及时适当调整混凝土配合比。

（8）尽量选用水化热较低和水泥细度适当的水泥，在保证混凝土的强度与和易性、耐久性的前提下，尽可能的降低水泥用量；粗、细骨料应洁净、级配良好，宜采用连续级配的粗骨料，再掺以适当比例连续级配的砂子，以得到较低的空隙率。

经分析并采取以上防控措施后，原有裂缝未进一步扩展，在后续浇筑中除楼梯口因人员行走和搭设模板支撑时致覆盖养护破损，局部出现3条裂纹外，楼面裂缝基本上得到控制。