地铁车站混凝土开裂现象原因和控制措施

2020-01-12董献国胡晓曼

河南建材 2020年10期

董献国胡晓曼

1安徽省水利科学院研究院（230088） 2安徽省建筑质量监督检测站（230088）

1 裂缝产生的主要原因

1.1 水泥水化热产生裂缝

水泥在水化过程中释放出热量，矿物成分C3A遇水后内部温度可升高至60℃，与表面环境造成的温差引起较大的内应力，该内应力超过混凝土的抗拉强度会导致浇筑完成的混凝土产生裂缝。80%～90%的混凝土结构裂缝是由水化热引起的。因此，混凝土结构，尤其是大体积混凝土结构的裂缝控制措施中，必须首先控制其水化热的产生。

1.2 收缩产生的裂缝

1）自收缩。水化过程中C-S-H凝胶的产生，引起水泥浆体的绝对体积减小。如硅酸盐水泥，其水泥浆体完全水化后，体积减缩7%～9%。

2）塑性收缩。由于新拌混凝土的各颗粒间充满水，当表面失水速率超过内部水向表面迁移的速率时，引起毛细管中产生负压，使浆体产生塑性收缩。

3）温度收缩。由于水泥水化放热过程中温度升高，而后又逐渐冷却至环境温度时产生的收缩。其收缩性与混凝土水化过程中产生的最高温度与周围环境的温差、本身的热膨胀系数及降温速率等因素有直接关系。

4）干燥收缩。混凝土干燥失水产生的收缩为干燥收缩，实测干缩率为 200×10-6～1 000×10-6。

1.3 外界气温变化引起的裂缝

混凝土体积会随着拌和材料的温度、水化过程的温升产生膨胀，而随混凝土表面不断与外界发生热量交换，产生温差。温差梯度越大，混凝土越容易产生裂缝，产生的裂缝宽度也越大。如果外界温度下降较快，将使混凝土面产生很大的温度应力，容易造成混凝土产生裂缝。

1.4 外荷载作用产生的裂缝

工程中结构物的裂缝原因，属于变形变化 (温度、收缩、不均匀沉陷)引起的裂缝占80%以上。属于荷载引起的裂缝占20%左右。前述80%的裂缝中也包括变形变化与荷载共同作用，但以变形变化为主所引起的裂缝。在20%的裂缝中也包括变形变化与荷载共同作用，但以荷载为主所引起的裂缝。

2 裂缝的主要控制措施

研究发现，裂缝的形成与发展与混凝土材料组成及配比、施工质量、养护条件等多方面因素相关。工程界普遍认为，就混凝土结构的预防与控制而言，设计是前提，材料是基础，施工是关键，养护是保障。因此，关于混凝土裂缝控制技术的研究，应综合考虑设计、材料、施工和养护等方面的影响因素，以完善混凝土抗裂措施，达到提高混凝土结构的防渗目的。

2.1 设计方面

地铁车站常用的施工方法主要有明挖敞口放坡施工、明挖法有围护结构施工、矿山法施工，不同施工方法下的车站结构防水设计也各不相同。

2.1.1 明挖敞口放坡施工的车站结构防水设计

明挖敞口放坡施工是较为常见的地铁车站施工方法，其防水设计通常采用混凝土结构自防水和全外包柔性防水双重复合防水形式。对结构自防水混凝土的设计，要采取有效的防渗、抗裂措施，保证混凝土具有良好的自防水性。结构迎水面设置全外包柔性防水层，即在结构底板、侧墙施工前、顶板施工后采用空铺或满粘法铺设防水卷材，并根据选用的防水材料和不同的部位采取与其相匹配的保护措施。

2.1.2 明挖法有围护结构的车站结构防水设计

地铁车站围护结构一般采用地下连续墙，同时也可作为单层墙主体结构的防水措施。地下连续墙体采取抗渗等级大于P8等级的混凝土浇筑，迎水面钢筋保护层厚度≥70 mm，幅间接头采用防水接头。若后续施工发现有渗水等缺陷问题，则采用防水砂浆、注浆或用弹性密封材料嵌缝等措施进行处理。

我国目前现有研究资料显示，在侧墙混凝土中添加钢筋抗裂网片或冷却水管，对抑制混凝土裂缝效果较好。

2.2 材料方面

根据实际情况，选择符合设计要求的低水化热水泥品种，并尽可能选择比表面积较大的水泥，但不影响3 d和28 d水泥的强度为宜。

选择合适的活性掺和料，能有效降低水泥用量，减小大体积混凝土的水化热峰值。粉煤灰具有水化反应速率慢、放热较少的特点，可用于替代部分水泥，使放热峰显著降低和推迟。粉煤灰的滚珠效应能起到减水和改善混凝土的和易性作用。粉煤灰吸水率低，可减小混凝土的干缩，还能提高混凝土的后期强度。

可根据实际需要掺加外加剂和纤维材料，以改善混凝土的抗裂性能。外加剂一般有高性能减水剂（如聚竣酸系减水剂，可显著提高混凝土的抗收缩开裂）、高效减水剂、膨胀剂（如硫铝酸钙型膨胀剂，可补偿收缩，抑制早期开裂）和减缩剂（从根本上降低混凝土的自由收缩），而纤维材料一般有合成纤维（主要是聚丙烯纤维）、碳纤维、钢纤维、玄武岩纤维等。