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地铁工程施工中混凝土裂缝控制措施
摘 要:介绍了地铁施工中防水混凝土裂缝控制措施,以轨道交通大兴线5标清源路车站防水混凝土裂缝控制为例,通过在施工中采取切实、有效的技术措施,使工程质量达到高标准,为今后类似工程积累了一定经验。
关键词: 地铁, 施工, 混凝土, 裂缝, 控制, 措施
施工中混凝土开裂现象经常发生,是困扰工程技术人员的一大难题。其实,如果采取一定的设计和施工措施,很多裂缝是可以克服和控制的。现结合本工程实例,介绍地铁车站防水混凝土裂缝控制方法,以供同行参考。关于设计方面控制裂缝措施,本文不作讨论。
轨道交通大兴线5标清源路车站主体建筑面积8 589 m2,基础底板厚800 mm,中板厚400 mm,顶板厚700 mm,侧墙厚700 mm。基础底板、侧墙与顶板为C35密实抗渗混凝土,设计要求为无裂缝自防水混凝土。因此混凝土裂缝的控制是一个质量难题,我们在施工中着重对混凝土拌制过程、振捣过程、养护过程进行严格控制,取得了良好的效果。
1 混凝土自身特性
为了分析混凝土在地铁工程施工中出现裂缝的原因,必须了解混凝土的以下几个特性:
1)混凝土是一种脆性材料,它的抗拉强度仅为抗压强度的1/8~1/10。只要外界受力作用或内部变形,受到约束产生的拉应力大于混凝土极限抗拉强度,混凝土即出现裂缝。2)混凝土是一种胶凝性的复合材料,本身就具有收缩特性。这种特性为裂缝的产生提供了推动作用。3)混凝土由塑性状态逐步发展为固态,强度也随之迅速增长。施工阶段正是混凝土处于低强度向设计强度发展的过渡阶段。其极限拉应力也是一个变量,一旦外界扰动产生的拉应力超过了当时的极限拉应力,裂缝就产生了。4)混凝土在施工期间会受到各种外界因素的影响。多种因素的互相抵消和叠加,就会出现同样的配合比在不同的场合和结构中,裂缝的形态和分布各不相同,使问题更加复杂。
2 裂缝形成原因分析
混凝土裂缝大致可分为二类:结构性裂缝和非结构性裂缝。
2.1 结构性裂缝
产生结构性裂缝的因素很多,施工中和使用过程都可能出现裂缝。例如结构设计钢筋用量不足、配筋错误、地基不均匀下沉、超荷载、过度振动(如地震)等,都会使混凝土拉应力过大而产生裂缝。其裂缝的产生是在同一时间瞬时发生,并一次完成。
2.2 非结构性裂缝
2.2.1 收缩引起的裂缝
收缩引起的裂缝最为常见,主要为塑性收缩、干燥收缩和化学自收缩。
塑性收缩发生在混凝土凝固阶段,尤其是初凝阶段,此时水泥水化反应较强烈,混凝土中水分蒸发很快,可塑性也同时失去。混凝土在凝结硬化过程中产生体积变化,既可能收缩也可能膨胀,其变化幅度为40×10-6~100×10-6。温度较高,水泥用量较多,自身体积变形趋于增大。
干燥收缩发生在混凝土凝固后,如太早拆模混凝土表面的水分蒸发快,表面层混凝土体积缩小,而内部混凝土失水较慢,体积变化小,产生内外变形的差异,表面产生拉应力大于混凝土极限拉应力时就产生裂缝。
自收缩发生在混凝土的后期硬化过程中,由于水泥的水化反应,水化生成物体积缩小,尤其是硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥拌制的混凝土。
2.2.2 温度变化引起的裂缝
混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝产生的主要原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。温差的产生主要有三种情况:第一种是在混凝土浇筑初期,这一阶段产生大量的水化热,形成内外温差并导致混凝土开裂,这种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天(升温阶段)。另一种是在拆模前后,这时混凝土表面温度下降很快,从而导致裂缝产生。第三种情况是当混凝土内部温度高达峰值后,热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度,它们与最高温度的差值即内部温差。这三种温差都会产生裂缝,但最严重的是水化热引起的内外温差。
2.2.3 安定性裂缝
安定性裂缝表现为龟裂,主要是由于水泥安定性不合格而引起。
3 混凝土裂缝的控制措施
3.1 混凝土拌制过程
3.1.1 原材料的选择
施工中采用均匀、稳定、与外加剂具有良好的适应性、早期化学收缩性较小的42. 5级普通硅酸盐水泥;级配良好的碎卵石和中砂作为混凝土的粗细骨料,严格控制砂石的含泥量,减少孔隙率,增大表面积。从而减少了水化热,达到减少收缩裂缝提高抗裂性能的目的。
3.1.2 混凝土配合比的选定
混凝土配合比设计中严格控制水灰比、坍落度,最大限度减少早期干缩裂缝的产生。本工程采用泵送混凝土,根据施工部位的不同及时进行试配,以利于混凝土配合比的优化设计,确保泵送混凝土满足以下的技术参数要求: 1)水灰比控制在0. 40 ~0.45,坍落度控制在140 mm~160 mm; 2)初凝时间不少于8 h; 3)砂率控制在40%~45%; 4)掺加外加剂; 5)掺加适量粉煤灰,改善混凝土和易性,减少水泥用量、降低水化热,减少混凝土干缩。
混凝土配合比的设计在满足施工条件的情况下尽量减少砂浆量,在混凝土粘性不影响施工的情况下,减少用水量,用减水剂调节混凝土流动性。根据原材料的变化,天气情况等经反复试配,选定配合比:水泥∶水∶砂∶石=1∶0. 43∶2. 12∶2. 69;HY801型聚羧酸高性能减水剂6. 8 kg/m3,高性能磨细矿粉50 kg/m3,Ⅰ级粉煤灰80 kg/m3,水泥270 kg/m3。
3.2 混凝土振捣施工技术措施
1)本工程地下室底板、侧墙、中板、顶板均采用分层分段法浇筑,每层厚度不超过300 mm~400 mm,相邻两层浇筑时间间隔不超过2 h,确保上、下层混凝土在初凝之前结合好,不形成施工缝。混凝土浇捣顺序采用分块浇捣,使每块底板、侧墙及中板、顶板的水化热控制在一定范围内。2)浇捣前及时进行检查,模板进行润湿,杂物清理干净,随时掌握天气变化情况,备好防雨、抽水设备。3)控制混凝土浇灌温度,其内外温差应控制在25℃以内,外表面与环境温差应控制在25℃以内。在混凝土表面用木抹子紧压整平后覆盖一层塑料布。4)浇捣时振动棒要快插慢拔,振捣时间为20 s~30 s,以混凝土开始出浆和不冒气泡为准,避免漏振、欠振和过振。并注意及时排除泌水,减少混凝土内部的水分和气泡。5)控制好混凝土的坍落度。每泵压送混凝土入模时分别测定坍落度,对不符合坍落度要求的混凝土做退场处理,严格制止在施工现场对罐车内混凝土加水。
4 混凝土养护
1)底板、顶板混凝土初凝后及时用塑料布覆盖并洒水养护。
2)模板拆除除应符合强度及外观的限定要求外,还应考虑混凝土水化温升、温降变化规律及混凝土收缩变化规律、自然环境温度、湿度、风速、日照等情况,合理确定拆模时间。避免在混凝土温度峰值时拆除模板及淋冷水养护。混凝土浇筑3 d后,采用模板上口开小缝隙的方法,小水慢淋进行墙体养护,养护用水以与墙体外表面温度相近为宜。
3)混凝土施工应根据天气情况,尽量避免雨中混凝土浇筑施工,防止刚浇筑完的混凝土被雨水浇淋。
5 结语
虽然施工中混凝土裂缝产生的原因很多,但只要严格按规范规定施工,认真积极的探索裂缝产生的原因,及早采取相应的预防措施,就能有效地控制混凝土结构的裂缝。
参考文献:
[1] 李小满.混凝土地下室墙裂缝渗漏的原因分析与防治[J].山西建筑, 2009, 35(8): 138-139. |