成因分析控制与处理

冯丽

摘要：裂缝是大体积混凝土较容易出现的通病，本文结合北京地铁四号线陶然亭站主体结构二次衬砌混凝土的施工，对裂缝的形成原因和施工过程控制及处理方法作一论述，为今后类似工程作一参考。

关键词：裂缝应力成因 控制处理

中图分类号：TU37 文献标识码：A 文章编号：

混凝土质量在施工中非常重要，尤其是在地铁工程中尤为重要。在地铁主体二衬施工过程中极易出现不同程度的裂缝，这样就给工程质量带来极大的危害。

裂缝是混凝土板、墙及大体积结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会降低建筑物的抗渗能力，影响建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件的安全和稳定。

一．成因分析：

1.大体积混凝土浇注时如果对水化计算不准、现场混凝土降温及保温工作不到位，容易引起混凝土内部温度过高或内外温差过大，混凝土所产生的温度裂缝。

对于大体积混凝土，其形成的温度应力与其结构尺寸相关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的危险性也越大，这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。

2.现场养护措施不到位，混凝土早期脱水，引起的收缩裂缝。

3.构筑物基础不均匀沉降，产生的沉降裂缝。

这种裂缝产生的原因主要是：混凝土流动性过大或流动性不足以及不均匀.在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够，当混凝土沉陷时受到钢筋、模板抑制以及模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇筑后1～3小时出现，裂缝的深度通常达到钢筋上表面。

沉陷裂缝、干缩裂缝都是由于混凝土单方用水量过大、混凝土过稀也就是坍落度过大，而且水分蒸发过快、过多造成的。因此严格控制混凝土的用水量是减少裂缝的根本措施。为此，在混凝土配合比设计中应尽可能将单方混凝土用水量控制在170kg/m3以下，对于浇筑墙体或板材的单方混凝土用水量的控制尤为重要。特别值得注意的是，施工中混凝土的坍落度(即用水量)绝对不允许大于配合比设计给定的坍落度(即用水量)。为了降低用水量，掺加适当数量减水率高、分散性能好的外加剂是非常必要的。

混凝土是粗集料、细集料、水泥石、水和气体所组成的非均质堆聚结构。混凝土混合料在不同温湿度条件下凝结硬化，并同时产生体积变形。水泥石的干燥和冷却收缩大，集料的干燥和冷却收缩小，同时水泥石和集料之间相互粘结而约束，由于变形而产生微裂缝。

混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大，在同一水泥用量条件下，混凝土的干燥收缩和用水量成正比、为直线关系；当水泥用量较高，混凝土的干燥收缩随着用水量的增加而急剧增大。综合水泥用量和用水量来说，水灰比越大，干燥收缩就越大。

水泥水化过程中产生大量的热量而使混凝土内部温度升高， 在浇筑温度的基础上，通常升高35℃左右。如果按着我国施工验收规范规定浇筑温度为28℃ 则可使混凝土内部温度达到65℃左右。但是，如果没有降温措施或浇筑时混凝土出机或入模温度过高，混凝土内部温度就可高达80～90℃的情况也时有发生。水泥水化热在1～3天可放出热量的50%，由于热量的传递、积存，混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的3～5天，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，所以形成混凝土内外温差较大，形成温度梯度，造成温度变形和温度应力。温度应力和温差成正比，温度越大，温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力( 包括混凝土抗拉强度)时，就会产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3～5天，初期出现的裂缝很细，随着时间的发展而继续扩大，甚至达到贯穿的情况。

混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算：

fts﹦2P/πA﹦0.637×P/A

式中fts—混凝土劈裂抗拉强度（兆帕）

P—破坏荷载（牛）

A—试件劈裂面积（平方毫米）

劈裂抗拉强度计算精确至0.01兆帕（0.1公斤/平方毫米）

三个试件测值的算术平均值作为试件的劈裂抗拉强度值。150×150×150毫米为标准试件。

据国内外调查资料表明，工程结构产生属于变形变化(温湿度、收缩与膨胀、不均匀沉降)引起的裂缝约占80%；属于荷载引起的裂缝约占20%。

对于处于运动和不稳定扩展状态的裂缝，应考虑加固和补救措施。而对于稳定、闭合、愈合的裂缝则可持久的应用。

4.混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应）也易出现裂缝。

二.控制

混凝土在满足规范要求的前提下，还要满足施工需要和和易性，尽量减小出机坍落度、降低砂率、严格控制骨料的含泥量、掺加优质粉煤灰等混合材料。添加抗裂减水剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水和沉缩变形。提高水泥浆与骨料的粘结力，提高混凝土抗裂性能。

施工过程中应经常观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况，不能漏振、过振，且在第一次振捣后间隔20～30min后，宜进行第二次复振。这样可排除混凝土泌水并减少内部裂缝与气孔的形成，提高抗裂性。浇捣时，振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间。 混凝土应振捣密实，时间以10～15秒/次为宜。

混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土内部和外界的温差，防止表面裂缝。由于散热时间延长，混凝土强度和松弛作用得到充分发挥， 使混凝土总温差产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止了贯穿裂缝的产生。浇筑时间不长的混凝土，仍然处于凝结、硬化过程，水泥水化速度较快，适宜的潮湿条件可防止混凝土表面脱水而产生收缩裂缝。同时在潮湿条件下，可使水泥的水化充分、完全，从而提高混凝土的抗拉强度。

实践证明，混凝土常见的裂缝，大多数是不同深度的表面裂缝，其主要原因是温度梯度造成的。寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。 从温度应力观点出发，保温应达到下述要求： 1.防止混凝土内外温度差及混凝土表面所产生的温度梯度。 2.防止混凝土超冷，应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土使用期的稳定温度。 3.防止老混凝土过冷，以减少新老混凝土间的约束。

三.注意事项

1.混凝土灌注时严格控制坍落度，如果坍落度较小可适当用减水剂来调节，肆意往混凝土里加水是造成混凝土结构表面收缩裂缝的主要原因。

2.夏季混凝土浇筑时入模温度不宜大于30℃，炎热季节混凝土出机或入模温度很难控制，最好在夜间浇筑。

3.过振使混凝土结构表面浆体过厚、缺乏石子约束的表面浆体更易产生裂缝。

4.浇筑速度过快时混凝土未沉降稳定就开始下一层的浇筑是产生沉降裂缝的原因之一。

5.混凝土浇筑后，也就是混凝土达到终凝后及时养生，可在模板上浇水来控制混凝土所产生的水化热，可降低混凝土内外温差所造成的温度梯度而产生的温度应力。

6.混凝土拆模时间（正常气温条件下）宜在混凝土浇筑后不宜少于3天。加强混凝土结构的后期混凝土湿养护，养护时间不宜少于14天。

7.边墙和顶板之间的连接缝（也就是俗称的封干口）填充应在边墙浇注完后12h内及时用膨胀混凝土封闭。这样可使混凝土的整体受力均匀。封闭时，混凝土坍落度应控制在8～12cm为宜。

在地铁车站主体二次衬砌过程中，拆模后的混凝土表面较易出现比较有规则的裂缝。通过施工总结，施工单位在施工过程中做到以上几点对混凝土预防出现裂缝效果非常明显。

四.处理

如果出现了裂缝，可提供以下几种修补方法：1.灌浆法    灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求的混凝土裂缝的修补。它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。器材可用T型活塞式弹力补缝器（见下图）：

T型活塞式弹力补缝器是一种压力注浆法修补裂缝的专用器具，它结构精巧、使用简便、不要动力、价格低廉，是混凝土裂缝修补的专利产品。配合TK型注缝胶使用，适合于压力注浆法修补0.2mm以上的混凝土裂缝。

2.嵌缝封堵法    嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种方法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆。

3.混凝土置换法

混凝土置换法是处理严重损坏混凝土的一种有效方法，此方法是先将损坏的混凝土剔除，然后再置换入新的混凝土或其他材料。常用的置换材料有：普通混凝土或水泥砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土或砂浆。