混凝土裂缝控制及处理实例

工程实例4.1工程概况新乡第四水厂一期工程位于红旗区西南角，北临道清路，占地70000平方米，属群体工程，其中包括沉淀池、清水池、废水池、吸水井、液铝池等多个大型现浇钢筋混凝土水池。这些大型水池池壁高4～7.6米，均为10万m2/d处理能力规模，设计要求水池完全无渗漏。大型水池池壁高，迎水面延长米极长沉淀池长宽分别为107米和26米、清水池长为40米，但池壁厚度不厚，仅在260～300毫米之间，均为现浇钢筋混凝土板壁。水池储水量大，水压力高，若施工技术措施不完备或施工不当，极易造成大面积渗漏水。4.2工程设想(1)为防止因地基不均匀沉降而导致水池结构性开裂渗漏水，基础地基加固采用砂垫层方法处理。(2)防止大体积现浇钢筋混凝土的收缩裂缝出现，在抗渗混凝土内掺入HEA高效防水剂和延长大型水池长度方向设置垂直伸缩缝。(3)为提高现浇混凝土的抗渗性能，在混凝土池壁内外侧涂抹防水剂。(4)在工程施工过程中，采用一些技术措施进一步保证现浇钢砼水池的抗渗性能。4.3工程抗裂施工措施4.3.1基础地基加固为减少基础沉降，提高地基承载力，地基加固处理采用换填法，即采用砂垫层的方法。以保证结构沉降为柔性均匀沉降。(1)根据地质勘察报告水池基底标高位于②3层黑灰色黏土层，流塑，土层较差，故基础挖至④1层暗绿-黄色黏土层，土层性质硬塑-可塑，中压缩性，土层较好；以④1层土层作为持力土层，其上的土层均用密实的砂垫层置换。(2)砂垫层施工时先砌筑挡砂墙，再分层分皮（25毫米一皮，30米长一段）铺砂，再浇水、振捣（平板振动机），经过贯落度检测合格，进行环刀试验，数据合格后再进行下一层施工。(3)砂垫层干密度经测试为平均值为1.74×103kg/m3大于设计要求的1.6×103kg/m3。4.3.2优化混凝土配合比为防止混凝土自身渗漏，采用抗渗混凝土，抗渗等级S6。由于大体积现浇钢15筋混凝土易出现收缩裂缝，为提高混凝土的抗裂性能，在抗渗混凝土内掺入适量的HEA高效防水剂和设置垂直伸缩缝间距，沉淀池伸缩缝间距约为45米。(1)HEA微膨胀防水的理论分析HEA高效防水剂会使混凝土产生适度膨胀在钢筋部位的约束下产生0.2～0.8Mpa的预应力，能有效的补偿混凝土的干缩和冷缩，同时由于HEA水化形成的大量钙矾石晶体，具有填充细孔缝作用，使混凝土中孔径下降，总空隙减少，大大改善了混凝土中孔结构的分布，使混凝土更加密实，显著提高混凝土的抗渗抗裂性能及耐久性和抵抗周围环境介质侵蚀的能力，防止钢筋锈蚀。HEA防水剂具有缓凝作用，能够延长混凝土凝结时间，且凝结时间可根据工作需要进行调整，对于大面积施工水池非常有利。HEA混凝土的早期强度及28天强度较基准混凝土提高10%以上，特别是早期强度的提高，对提高工程结构的安全性及防止混凝土早期膨胀能的损失都是有利的，因为混凝土收缩大部分发生的在早期，故HEA混凝土抗裂性能相对提高。HEA的抗渗性能良好是因为HEA混凝土的膨胀与强度发展协调，使膨胀能得以充分发挥，另外由于HEA的优良减水效果，使混凝土孔隙率减小。密实度进一步提高。(2)HEA施工控制点①HEA的活性较大，称量误差大会影响混凝土的强度及坍落度，且不易控制，所以混凝土拌和时严格控制称量误差，称量误差在±1%。②由于HEA具有与自身相容性的高效减水成份，搅拌时间控制应比普通混凝土延长30～60秒。③保湿养护至关重要，混凝土初凝后即开始浇水和盖麻袋养护，养护期不少于14天，要始终保持表面湿润状态，以不见白为原则。④振捣必须密实，不能过振或漏振，采用专人专区负责制，以混凝土开始泛浆和不冒泡为原则。对于大直径套管底部混凝土密实度，在施工过程中通过敲击模板听音的方法检查。(3)垂直伸缩缝采用橡胶止水带①橡胶止水带因其延伸性能极好，可随结构不均匀微沉降适当延伸而不产生裂缝，也不因自然温度差异产生较大的热胀冷缩导致材料微裂缝出现，有效地满足了密封防水。②橡胶止水带采用埋入式位置居中。③止水带的宽度为30毫米，XQ-2泡沫塑料填充，内外壁施作双组份聚硫密封膏，密封膏密实，基层垃圾清理干净、干燥。④该工程采用SGJL-851II型双组分室温固化聚硫密封胶，其对混凝土具有良好的黏结力，并有宽阔的使用范围，可在-550～110C温度下长期使用。其最大伸长率不低于400%，恢复率不低于85%，在30C以下热氧老化寿命长达105年以上。该双组分配比在一般情况下为：基膏：硫化膏=100：10，但根据气温变化可适当增减硫化膏用量来控制密封胶的黏结强度。在施工工程中，严格测定大气温度，在100：8-12之间调整配比，保证了施工质量和密封胶的密封效果。⑤橡胶止水带应分仓施工，待填充XQ-2泡沫塑料后施工另一仓。4.3.3内外防水剂(1)池壁迎水面涂JK2050水性高效有机硅防水剂。JK2050直接喷涂在混凝土表面，渗透到混凝土表层内5～8毫米，通过其于混凝土的浇合固化作用完全填补了混凝土表面的水化热细微裂缝在混凝土表面形成永久性的不透水层，保证了混凝土池壁的抗渗性能。(2)池壁外侧涂刷氰凝池壁外侧±0.00以下及垫层面涂刷JK-19A优质改性氰凝，以阻隔地下水同混凝土池壁的接触，该防水剂抗渗性能优良，耐冲刷，弹性好，抗裂性优异，且耐化学品介质腐蚀，最适合地下及室外防水涂膜。施工时每8小时涂抹一道共4到，保证其涂膜厚度达到100μm以上。(3)防水剂施工需要先进行基层处理，保证混凝土表面无孔隙、无其它附着物，然后在清洁的表面上涂刷防水剂。4.4其他措施(1)穿墙螺栓处理加大穿墙螺栓的止水片宽度。通常穿墙螺栓止水片宽度为40×40毫米，但在高度5米以上水池池壁中使用，渗水机率较大，经过理论计算，决定采用75×75毫米的止水片，实践效果非常良好。根据混凝土的终凝时间和强度发展，池壁侧模拆除规定在混凝土浇捣3天以后，以防止止水螺栓处混凝土的松动。采用微膨胀水泥浆分两次修补穿墙螺栓洞，先将洞口清理干净，再分两次将洞补掉；第一次为洞深的2/3，间隔12小时后，再进行第二次修补，以防止砂浆出现收缩裂缝。二次修补完成后外墙面做成凸出馒头状保护层。(2)严格控制混凝土塌落度在120+10毫米左右；对于大型防水套管底部混凝土浇捣，采用侧壁开门子模的方法，并通过敲击模板听音的方法检查大型套管底部混凝土密实度，保证套管底部不渗水。(3)与设计加强联系，改变套管等处加筋方法，防止钢筋过密而影响混凝土的振捣密实度。(4)加强施工过程中监控力度，配备充足施工机具和检查人员。通过对钢筋混凝土水池池壁抗渗措施的研究、探讨、实施，工程的整体质量取得了显著的效果，所有钢筋混凝土钢砼水池经盛水实验检测均无渗漏，一次性通过验收，达到了较好的水平，减少了应修补带来的工期拖延和人力物力的浪费，并且积累了较丰富和全面的经验，对于今后同类型结构的构筑物施工质量提供了有效的保证。二、工程实例22现场调查、检测结果（1）概况调查地下室顶板梁格为现浇钢筋混凝土楼盖，梁板整体现浇，规则的矩形板格，设计厚度180mm，采用商品混凝土，强度等级C40；设计图纸中该部位的地下室顶板以上为绿化和人行通道，因此要求混凝土板必须具有一定的抗渗性，设计抗渗等级为P8。顶板上部配有梁支座负筋，未设置板面分布钢筋。材料方面，据商砼站提供的资料显示，地下室顶板的混凝土配合比为：水泥：砂：石：粉煤灰：水：膨胀剂：泵送剂=348：701：1097：96：158：35：5.8，水胶比为0.33，坍落度按160±20mm控制。水泥选用425水泥，本地卵石和河砂，主要掺合料选用电厂粉煤灰，AEA型膨胀剂和LSP泵送剂。所采用的水泥为新法烧制，且入搅拌机时温度较高（约90℃）。据施工和监理人员介绍，地下室顶板是2007年5月4日下午1点开始浇筑，依次由东到西连续浇捣，至次日凌晨4点钟浇筑完毕，共耗时15小时。浇筑采用两次收面，收面后立即用棉毡毯覆盖养护。在5月5日早晨8点左右，现场施工人员发现在顶板面多处出现无规则裂缝，裂缝发展较快，次日实测裂缝的最大长度约1.4m，最大宽度达4mm。由于当时处于春夏之交，昼夜温差较大，现场测量浇筑时气温在33℃～15℃之间，温差18℃，且浇筑完成后，刮起了4～5级的大风。（2）顶板混凝土强度分析现场采用回弹及取芯法对检测区域内楼板混凝土强度进行了抽查，具体强度测试结果见表1，从测试结果来看，当前龄期（检测时板混凝土龄期为13天）的顶板混凝土强度基本达到了设计强度。根据甲方提供的搅拌站混凝土的试压报告、施工单位现场预留试块的试压强度、监理公司见证取样混凝土的强度试压报告，混凝土强度均达到了C40的强度要求。（3）现场裂缝检测结果在施工方和监理方的配合下，检测单位对板面裂缝进行详细调查，调查发现约有90%的板格上表面出现严重开裂现象，裂缝出现较早，大多在混凝土终凝前就已经出现，此类裂缝属于混凝土早期塑性裂缝，非荷载等原因所致。裂缝分布特点为：大部分板块裂缝相对较长，靠近板跨中部位的裂缝多且较宽，靠近板支座（梁附近）部位的裂缝较少、宽度较小，裂缝分布无方向性，多数呈放射状由板跨中向外延伸，裂缝分布见图片1；局部板块裂缝呈不规则的网状分布（即龟裂）且表面不平整，这种裂缝宽度较小，裂缝分布较密。对大多数板格上的裂缝宽度进行测量后发现：大部分板格裂缝宽度在1.5mm以上，最大裂缝宽度为4mm左右；龟裂的板格裂缝宽度较小，一般在0.1mm以下，但拆模后仍发现存在渗水现象。图片1顶板裂缝局部分布图为了较准确的检查裂缝沿板厚方向的发展程度，选取较典型的裂缝，采用骑缝钻芯的方法，测量裂缝深度，测量结果见表2，所取出的芯样见图片2。结果表明（见表2），有10个芯样上的裂缝深度大于等于100mm。6个芯样上的裂缝上下已贯穿。（4）裂缝分析混凝土结构早期裂缝问题是具有综合性质的复杂问题。温度收缩作用、干缩图片2芯样裂缝深度观察图变形、塑性变形、基础不均匀沉降等均会引起结构早期开裂。通过对裂缝形态、分布区域、发生时间等进行了详细调查，综合裂缝发生的特点，查阅原始资料及了解施工过程，对可能产生裂缝的原因逐一排查。分析表明，本工程检测区域内裂缝属于混凝土早期裂缝，是由于混凝土收缩和温度变形引起的。混凝土结构的裂缝控制问题是一个系统工程，由于混凝土收缩变形及温度变形引起的开裂控制是复杂的，需要从材料组成、结构设计、施工设计和施工过程、混凝土养护等方面综合施工环境条件进行全过程控制。在裂缝控制过程中，应该抓好每一个环节，如果在某一个方面防裂措施不严密，则必然会引起结构开裂。通常构件截面尺寸对收缩的影响，采用截面水利半径倒数作为反映截面在大气中的暴露程度来表示。楼板截面水力半径倒数是相同正方形截面棱柱体的5倍，因而在同样环境条件下其收缩远大于同面积的棱柱体。楼板收缩受到纵横梁框架的约束，当收缩应力超过混凝土抗拉强度时则引起开裂，裂缝呈网状或横断形式。这也就是为什么楼板开裂较多而梁体开裂较少或未开裂的原因之一。分析表明，楼板开裂的原因有以下几个方面：①本工程所采用的水泥为新法烧制。这种水泥温度较高（入搅拌机的温度超过90℃）、比表面积大、早期水化迅速，这使得实际结构的混凝土强度发展速率与实验室凉下来的水泥做试验时的发展速率差异甚大，再加上使用保水性较好的萘系减水剂，使得采用这种水泥的混凝土形成水化快、水化热发展快、拌合物保水性强，泌水性小。由于当时环境温度高、风速大而且干燥，水分挥发迅速，混凝土的泌水和毛细管提升水的综合作用还低于水的挥发作用时，使混凝上表层脱水速度远大于混凝上内层提供水的速度，造成了混凝土面层体积收缩大，而此时混凝上还未产生足够的强度，则混凝土可能早在实行表面覆盖、喷水养护之前就己经产生了表面裂缝，甚至贯穿性的裂缝。②为了满足施工现场的可泵性、流动性,商砼出机时坍落度和砂率都较大，因运输距离长，为了降低坍落度损失,在商砼中掺加一定量的缓凝成份，使得混凝土早期强度变低，并且搅拌站没有根据天气的变化随时对加入缓凝剂的量进行调整，致使此批混凝土缓凝剂加入过量，更增加了形成塑性收缩裂缝的可能。虽然混凝土掺加了膨胀剂，可以抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力，但是没有保证