基于QC活动的建筑工程大体积混凝土施工质量控制

2023-12-21原兆江山西三建集团有限公司山西长治046000

砖瓦 2023年12期

原兆江（山西三建集团有限公司，山西长治 046000）

QC（Quality Control）意为质量控制，是开展生产活动的必要手段，也是全面质量管理活动的重要工具[1]。建筑工程生产活动中，对于存在的施工质量通病，运用QC创建专业课题，同时借助PDCA循环，通过分析问题和要因确认，从而针对性制定治理措施，以此提高施工质量，解决通病问题。

1 发现问题

1.1 工程概况

晋城市东山郡居住小区6#、7#、8#住宅楼建筑层数为-2/33，其中地下2层为住宅储藏，地上33层为单元式住宅，总高100.9m。建筑设计为剪力墙结构，钢筋混凝土筏板基础，板厚1.5m，埋深8.5m，采用C40 P6（强度等级C40，抗渗等级P6）混凝土浇筑成型。

1.2 现状调查

在6#和7#楼筏板基础浇筑完成2d 后，项目质检部会同驻地监理进行现场检查时，发现混凝土表面普遍存在裂缝现象，后经划分单元检查统计，抽检50处其中34处存在裂缝，裂缝率高达68.0%。当前裂缝基本以表面裂缝为主，缝宽0.04mm～0.14mm，局部存在露筋现象。此类裂缝本身对混凝土结构性能基本没有影响，仅做表面修复即可，但考虑到筏板厚度为1.5m，属于大体积结构，混凝土浇筑后会因水化反应释放大量热量，而混凝土为热的不良导体，在其表面热量及时散失而内部热量难以释放时，便会形成较大内表温差，从而在热胀冷缩作用下，混凝土内部会因体积膨胀明显而产生裂缝。但是，此类裂缝处于隐蔽状态，肉眼难见，随着混凝土龄期的增加和水化热的释放，该裂缝逐渐扩展并与表面裂缝连通后，便会形成贯穿性裂缝。

1.3 危害分析

贯穿裂缝属于塑性裂缝，对混凝土结构性能影响较大，具体表现为：①钢筋的外露在自然环境下必然会发生锈蚀，使结构承载力和耐久性降低；②构件整体性被破坏，结构受力发生变化，服役过程会因受力体系不符合原设计而对建筑质量及其运行安全造成严重影响[2]；③混凝土结构失去防水性能，其自身及其他构件易产生浸水损害，承载力和耐久性随之削弱。

结合历史项目来看，温度裂缝属于大体积混凝土的质量通病，主要是由混凝土内表温差过大产生的温度应力所引发，而混凝土水化热峰值一般出现在浇筑完成后3d～5d，本工程筏板在浇筑2d 便出现大量表面裂缝，待龄期进入3d～5d 后，极有可能内外裂缝扩展连通后形成贯穿裂缝[3]。因此，必须采取措施进行裂缝控制，以保证结构完整性和耐久性。

2 分析问题

鉴于大体积混凝土温裂通病和贯穿裂缝的危害，本工程结合实际情况，创建以项目经理为组长、技术总工为副组长、全体技术人员为组员的现场QC 小组，同时借助PDCA 循环法，从人、料、机、法、环五大方面11个末端因素进行裂缝原因分析和要因确认。

2.1 人员

2.1.1 人员水平

人员实施岗前培训制，考试合格并取得对应岗位证书后方可进行项目管理和实操作业。

2.1.2 质量意识

每道工序实施前均会进行技术交底，明确施工参数、质量要求和注意事项，且坚持每天进行班前教育。

2.1.3 施工自检

严格执行三检制度，操作手自检、工种间互检、质检员专检，做到上道工序验收合格后方可进入下道工序，不留质量隐患。经查，人员方面均符合设计要求和施工流程，为非要因。

2.2 材料

本工程采用商品混凝土，经项目技术部现场检查、抽样复检以及查阅技术报告，混凝土原材料、配合比及拌合情况控制如下。

2.2.1 原材料

（1）水泥：选用具有低水化热的P·O 42.5普通硅酸盐水泥。

（2）骨料：细骨料选用细度模数为2.3、平均粒径为0.34mm 的中砂，含泥量≤3%；粗骨料选用质地坚硬、级配连续、粒径5mm～25mm碎石，含泥量≤1%。

（3）水：市政饮用水。

（4）掺合料：选用F类Ⅱ级粉煤灰（具有一定的胶凝作用），通过减少水泥用量来降低混凝土水化热。实践证明，单位体积混凝土中水泥用量每减少10kg，水化热温度可降低1℃。

2.2.2 配合比

本工程筏基所用C40 P6混凝土配合比见表1。

表1 原C40 P6混凝土配合比

从配合比来看，本工程针对大体积混凝土只是应用了粉煤灰一种掺合料，并未采用“双掺”技术，致使水和水泥用量较大，水化热增加，温裂概率增大。

2.2.3 混凝土拌合

混凝土采用二次投料的砂浆裹石工艺加4℃冷水拌合，可有效减少5%水泥用量且提升10%强度，同时保证混凝土入模温度不超过30℃，以控制混凝土水化热及内表温差[4]。

从混凝土控制情况来看，当前配合比虽然在强度方面满足设计要求，但并未考虑筏板基础的大体积特征，且未采用双掺技术对水泥用量及水化热进行有效控制。因此，混凝土配合比不合理为温度裂缝产生的要因，需进行优化。

2.3 机器

经查，本工程混凝土施工全过程所用机械、设备及仪器性能良好、资料齐全，均符合施工要求，为非要因。

2.4 工法

2.4.1 混凝土浇筑

本工程筏基尺寸和混凝土体量较大，为避免一次浇筑产生过大温度应力，采用分段斜面分层法浇筑（如图1 所示），并按“S”状顺序进行泵送布料，层厚按30cm～50cm控制，同时合理设置施工缝和后浇带，以放松约束程度，减少单次浇筑蓄热量，避免水化热聚集。

图1 混凝土斜面分层浇筑及振捣示意图

2.4.2 混凝土振捣

混凝土采用插入式50振捣棒振捣，振点均匀排列，移动间距不大于振捣棒有效振捣半径的1.5倍（以40cm为宜），且各振点间振捣搭接5cm～10cm。振捣过程遵循“快插慢拔、先低后高、直上直下”原则，单点振捣时间控制在20s～30s，以混凝土表面无明显下沉、无气泡冒出、表面泛浆为度。

此外，本工程混凝土施工实施二次振捣二次抹压工艺，以排除混凝土因泌水作用而在石子和水平钢筋下部形成的空隙和水分，从而提高其粘结力和抗拉强度，同时减少内部裂缝与孔隙，提升混凝土抗裂性能，闭合早期干缩裂缝。

2.4.3 混凝土养护

混凝土浇筑完成12h 后开始养护，养护周期14d。本工程采用覆盖洒水保温保湿养护方式，覆盖层组成为一层石棉被（4cm 厚）加一层草垫，其中石棉被保温，草垫保湿，洒水频率以混凝土表面时刻保持湿润为度。

最小保温层厚度验算：根据GB 50496-2018《大体积混凝土施工标准》的规定，大体积混凝土表面与环境温差不宜大于20℃，内部与表面温差不宜大于25℃，以防结构因温差过大而引发温度裂缝[5]。混凝土最小保温层厚度δ计算公式见式（1）。

式中参数含义及本工程取值见表2。

表2 最小保温层厚度计算公式参数含义及取值

将参数取值代入式（1），则：

经验算，本工程保温层（石棉被）最小厚度为7.5cm，实际只有4cm，达不到温控要求。

因此，在工法所属末端因素中，混凝土浇筑和振捣为非要因，混凝土养护措施不到位为要因。

2.5 环境

选择较适宜的气温进行混凝土浇筑，尽量避开高温天气。若遇高温天气浇筑，应对混凝土运输车及泵管采取隔热措施，以降低混凝土入模温度，减小内表温差。

经现场检查，混凝土浇筑环境条件控制良好，为非要因。

3 解决问题

3.1 目标设定

经过两次PDCA 循环，QC 小组在11个末端因素中确认出混凝土配合比不合理和养护措施不到位两个要因。基于此，通过技术措施和管理措施的制定，计划将混凝土裂缝率降至5%以下，且不得出现贯穿裂缝。

3.2 要因治理

鉴于6#、7#楼筏板基础混凝土施工出现的裂缝病害，QC小组经原因分析和要因确认，针对8#楼施工采取以下治理措施。

3.2.1 优化配合比

混凝土配合比采用“双掺”技术进行设计，即同时掺加粉煤灰和外加剂（具体掺量通过试验确定）。外加剂选用具有缓凝和减水作用的复合型，其不仅可改善混凝土的和易性，同时还可减少约10%的水泥和10%的拌合水，从而降低水化热及其释放速度，推迟放热峰值的出现，大大减小温度裂缝出现的可能性。

此外，基于“精料方针”，在其他指标不变情况下，采用粒径5mm～40mm 石子代替原5mm～25mm 石子，细度模数2.8、平均粒径0.38mm的大粒中砂代替原细度模数2.3、平均粒径0.34mm 的小粒中砂。如此，可在水灰比不变情况下，减少拌合水15kg/m3、20kg/m3、水泥20kg/m3、30kg/m3，从而既可提升混凝土强度，又可减小水化热量，抑制温度裂缝的出现。优化后的混凝土配合比见表3。

表3 优化后的C40 P6混凝土配合比

3.2.2 完善养护措施

增加保温层厚度，添加混凝土抗裂薄膜，采用“一层薄膜+两层石棉被（8cm）+一层草垫”的组合覆盖层。此外，为进一步减小混凝土内表温差，8#楼实行“内降外保”养护模式，即除覆盖养护外，混凝土浇筑前在构件内部预埋冷却管，浇筑后利用热传递原理，通过通水循环的方式将混凝土内部水化热带走，使其及时散失，以此降低内部温度，减小内表温差。冷却管采用Φ30 铸铁水管制作，按“S”型布设2 层，水平、垂直间距分别为1.0m和0.5m，进出水口各外露50cm。

混凝土养护期间，实施温度监测，以确保内表温差≤25℃，表面与环境温差≤20℃，温降速率≤2℃/d，从而达到温控目的。温测时间原则上不少于12d，其中前5d每2h 测量一次，后7d 每4h 测量一次，当温测曲线发生突变时，每1h测量一次。温测点应布置在温度变化、绝热温升和收缩应力产生最大的部位，其中剖面位置上下测点位于距混凝土表面和地面10cm处，中间测点位于筏板厚度中心，如图2所示。