建筑工程施工水池裂缝原因与控制措施

摘要通过对超长消防水池池壁裂缝产生的特点、原因的分析，讨论了从设计、施工、材料及后期养护四个方面控制超长墙体产生砼裂缝的几种措施,并对类似工程提出建议关键词超长结构裂缝收缩补偿收缩混凝土膨胀加强带引言在现代民用建筑与工业建筑中，钢筋混凝土水池正日益广泛地应用于清水池、沉淀池、滤池、澄清池和蓄水池等建设中。然而，在施工中和使用后往往出现裂缝，不仅破坏整体刚度，引起内部钢筋锈蚀，影响耐久性，而且导致水池渗漏。所以有效地控制裂缝就显得尤为重要。下面从混凝土物理力学性质、施工中的缺陷、设计及混凝土原材料方面分析钢筋混凝土水池裂缝产生的原因，并对控制混凝土裂缝的措施等方面进行系统地分析。一、情况简介1、工程概况：1.1消防水池持力层为花岗岩层，超挖部分用C15毛石混凝土填充。消防水池长50m、宽24m、底板厚500mm，池壁高4.8m，池壁厚350mm。水池顶部有梁板，梁板与池壁为铰接（梁板分部情况见下图）。混凝土强度为C30，抗渗等级为S6，抗冻等级为D200。水池在A、C轴长方向底板、池壁及顶部梁板留设膨胀加强带，膨胀加强带内需加入水泥重量14%的UEA。膨胀带两侧混凝土需加入水泥重量10%的UEA膨胀剂。池壁水平筋为Φ14@200，水平筋分布在竖筋内侧。（膨胀加强带做法见下图：）原有受力筋贯通铁丝网原有受力筋贯通铁丝网∮4@20×20膨胀加强带膨胀加强带200020001.2施工概况商混配合比下料单如下表原材料及质量证明明文件名称水泥砂石外加剂掺和料品名与规格矿业中砂碎石5-25泵送剂粉煤灰出厂合格证编号S6进场检验合格证编编号2009-03662009-04662009-06772009-02222009-0200混凝土配合比（编编号：2009--051）表观密度实测值2450kg/mm3材料砂率水灰比水泥砂子石子水粉煤灰泵送剂UEA引气剂7d28dKg/m3400.43407531083174519.1440.0523.438.5水池混凝土浇筑分两次施工，第一次底板混凝土施工和500mm高池壁混凝土施工,并留设止水钢板，膨胀加强带位置用Φ4@20×20铁丝网分隔。第二次施工为池壁混凝土浇筑及顶梁板混凝土浇筑，使用两台汽车泵顺序浇筑，现场实际浇筑高度为1.2米，使用3个振捣棒同时振捣，无漏振和过振现象。混凝土现场测量坍落度为200mm～220mm符合要求。膨胀加强带处混凝土施工使用塔吊配合施工。池壁混凝土浇筑完毕后7天池壁模板拆模，此时日最高平均气温为30oC，此间池壁混凝土共养护4次。在拆模后发现梁与墙壁节点处池壁出现上下通长裂缝,内外对称。使用筛尺测量裂缝宽度为0.1~0.22mm间。（裂缝分布如下图）二、混凝土裂缝产生的原因分析2.1、混凝土结构开裂的原因很多，但归纳起来有两类：变形引起的裂缝和受力（荷载）引起的裂缝。（变形裂缝其实也是混凝土内部应力导致开裂，起因是结构首先要求变形，当变形得不到满足才引起应力，应力超过混凝土抗拉强度才会开裂。）根据实际现场施工情况可知导致混凝土池壁裂缝的原因为混凝土自身变形引起的裂缝。而在混凝土变形开裂中，最主要的因素是温度变化（如环境气温变化、水泥水化热、太阳辐射等）、混凝土收缩（自身收缩、失水干缩、碳化收缩、塑性收缩等）和地基变形（如膨胀地基、失陷地基、地基差异沉降等）。混凝土是一种脆性材料，拉压强度比很低。在受到钢筋或邻位结构限制的情况下，混凝土膨胀时内部受压，不易开裂，而在收缩时内部受拉，很容易开裂。在施工期间，由于混凝土干缩和温度变化，造成混凝土内部产生拉应力，其内应力沿长度方向的分布是不均匀的，端部内应力最小，位移量最大；越靠近中部收缩拉应力越大，位移量越小，收缩应力最大的是变形不动点处的混凝土。因为水池顶梁与墙体铰接，梁和基础底板的刚度远大于墙体的刚度，梁和基础底板对墙体产生了一种变形约束，所以裂缝出现在梁与墙的交接处。综上所述可知，造成混凝土水池池壁裂缝的主要原因为混凝土的收缩和温度变化。三、控制措施混凝土的重要组成部分是水泥和水，通过水泥和水的水化作用，形成胶结材料，将松散的砂石骨料胶合成为人工石体。水泥石在干燥和水湿的环境中要产生干缩和湿胀现象，最大的收缩时发生在第一次干燥之后，收缩和膨胀变形是部分可逆的。混凝土结构的干缩是非常复杂的变形过程，影响混凝土收缩的因素很多，诸如水泥的标号、水泥用量、标准磨细度、骨料种类及级配、水灰比、含泥量、混凝土振动捣实状况试件截面暴露条件、结构养护方法、配筋数量等。在现场施工中我们可以通过原材料及配合比优化、外加剂的选择和适配、调整配筋率增加温度筋、根据现场实际情况改变补偿收缩混凝土的膨胀加强带的施工方法、加强对混凝土的养护等方法来控制超长混凝土水池池壁的裂缝产生。3.1、原材料及配合比控制原材料优化为控制预拌混凝土施工期间收缩裂缝的发生，应对混凝土原材料进行优化选择。（1）从控制裂缝的角度考虑，水泥品种优先选择的次序宜为：低碱水泥、矿渣硅酸盐水泥、硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥；水泥的碱含量不大于0.6%。水泥细度符合国家标准，细度大的水泥易产生干燥收缩裂缝。本工程选用矿渣硅酸盐水泥，因为矿渣水泥的混凝土自身收缩是负的即为膨胀变形，掺用粉煤灰的自身收缩也是膨胀变形，尽管膨胀变形不大但对混凝土的抗裂是有义的。（2）补偿收缩混凝土中的膨胀剂应符合《混凝土外加剂应用技术规范要求》，考虑外加剂之间相容性及与水泥的相容性，膨胀剂的掺量应通过试验确定。并在搅拌过程中严格控制投料计量。（3）使骨料堆积密度最大：控制骨料的合理级配，减小骨料空隙率，以减少胶凝材料用量，严格控制粗、细骨料的含泥量。粗细骨料的含泥量应不大于1%，因为泥的膨胀性大于水泥的膨胀性，并且含泥量大的砂石与水泥粘结界面强度低，粘结力弱，影响混凝土抗拉强度，使混凝土产生裂缝。在使用机制人工砂时应尽量避免单一使用，应与河砂按最佳比例混合使用。优先选用连续级配的粗骨料，即降低水泥用量，减少泌水、收缩和水化热。细骨料应优先选用级配良好的中、粗砂，细度模数在

2.6

～

2.8

之间为最佳。（4）在混凝土中掺入一定量的纤维、有机聚合物，可提高混凝土的抗裂性能。有机纤维如聚丙烯、尼龙类纤维，能提高混凝土塑性抗裂性能；钢纤维能提高塑性抗裂性能和硬化后混凝土抗裂性能。在纤维分散度良好的情况下，混凝土抗裂性能随着纤维掺量的提高而提高。、配合比控制（1）控制水泥掺量商品混凝土的合理设计首先是混凝土配合比设计与材料制定，单方混凝土水泥用量应合理，水泥用量大，用水量大，水泥浆体体积大，收缩亦大。从理论上讲，混凝土中掺加水泥过多，不仅使其产生大量的水化热和较大的温度应力，而且还会使混凝土产生较大的收缩质量问题，水泥细度愈大，干缩率愈大。有关试验资料显示：用水量不变时，水泥用量每增加10%，混凝土收缩增加5%；水泥用量不变时，用水量每增加10%，混凝土强度降低20%，混凝土与钢筋的粘结力降低10%。（2）严格控制水灰比，水灰比宜小于0.5水灰比过大或过小时均可能导致收缩加大、抗裂性能降低，混凝土水灰比是影响强度和裂缝的主要因素之一。水灰比大的混凝土其收缩亦大，也就是越容易产生裂缝。塑性沉落裂缝、干燥收缩裂缝都是由于混凝土单方用水量过大，混凝土稠度过低、塌落度过大、水分蒸发过快造成的。因此，在保持合适的工作性始终不变的条件下，只要能达到泵送的条件，水灰比应当尽可能低，严格控制混凝土水灰比即严格混凝土的用水量是减少裂缝的根本措施。

（3）在混凝土中宜加入一定量的粉煤灰或磨细矿渣（部分替代水泥），掺量通过配合比设计、试验确定，以改善混凝土的抗裂性能。当混凝土中掺入矿粉时，矿粉细度宜与水泥的细度接近。掺加硅灰时，应有可靠的技术措施。有条件的也宜对混凝土掺合料进行抗裂性试验和评价。粉煤灰可以降低混凝土拌合物的屈服剪切应力，大大提高混凝土拌合物的坍落度，改善和提高新拌混凝土和硬化混凝土的性能，改善混凝土的和易性及可泵性，降低水化热，降低泌水率和干缩程度，减少在管道中的堵塞和分离，降低混凝土与管壁的阻力，从而提高混凝土拌合物的流动性和稳定性。粉煤灰颗粒在泵送过程中起着“滚珠”效应。（4）在混凝土砂率设计方面，应优先选用最佳砂率，一般泵送混凝土可控制在

38

％

-43

％之间，砂率过小混凝土容易产生离析，不宜泵送。砂率过大，会降低混凝土的工作性和强度，并能增大混凝土的收缩和裂缝。3.2优化结构配筋、配置温度筋根据吴中伟.《补偿收缩混凝土的新动向》和王铁梦《工程结构裂缝控制》混凝土开裂的判据公式可知混凝土的限制膨胀率ε2大于收缩率S，混凝土中将有压应力存在；ε2小于S，若其差值的绝对值小于混凝土的极限伸缩率Sk，混凝土中虽有拉应力尚不致使混凝土出现裂缝，若其差值的绝对值大于Sk时，内部拉应力超过其抗拉强度，混凝土出现裂缝。因此，限制膨胀率ε2、收缩率S和极限延伸率Sk是控制混凝土裂缝的关键。其中限制膨胀率ε2随UEA(CSA)掺量增加而增加。收缩率S与混凝土原材料、配合比、外界环境及养护条件有关。钢筋混凝土的极限延伸率Sk根据公式（1）可知与配筋率成及钢筋直径有关，即标号相同的钢筋混凝土配筋率越大钢筋混凝土的极限延伸率越大，混凝土的抗裂缝能力越强。在同标号、同配筋率情况下，钢筋直径越小、间距越密，钢筋混凝土的极限延伸率越大，混凝土的抗裂缝能力越强。（公式一）依据以上论述可对水池池壁钢筋进行以下调整，以控制混凝土的收缩裂缝：在混凝土墙体收缩裂缝的高发区，墙体中的钢筋除应满足强度要求外，还应适当提高配筋率。在本工程中，梁与墙的交接处是约束最大的部位，在此区域可以将水平筋间距进行适当调整以加大配筋率或在此区域加设防裂钢筋网片。Φ16@200Φ16@200Φ14@20035051mm原设计池壁配筋ΦΦ16@200Φ10@12835025mm调整后池壁配筋墙体混凝土保护层内配置钢筋网片墙体混凝土保护层内配置钢筋网片3.3优化膨胀加强带施工方法，合理安排混凝土施工顺序。（1）水池侧壁膨胀加强带位置与底板相同，虽然按照设计加设了Φ4@20×20铁丝网分隔，但由于混凝土的流动性大、泵送混凝土使用的是细石混凝土，墙壁的混凝土浇筑又是分层循环浇筑，虽然现场施工中，使用两台泵车外加塔吊单独配合浇筑膨胀加强带，但膨胀加强带现场实际施工效果很不理想。因为侧壁薄又长，又受底板约束，受到风速和大气温度影响大、混凝土浇筑和养护比较困难，易出现纵向裂缝，因此采用膨胀加强带后浇做法。即在膨胀加强带处使用密目高强铁丝网封堵并加设钢板止水带，在膨胀加强带中填充苯板以防止混凝土浇筑过程中密目铁丝网严重变形。在混凝土浇筑完比养护14d清理膨胀加强带内杂物及灰浆并进行凿毛处理，然后用比两侧混凝土强度等级高5Mpa且UEA掺量为14%的膨胀混凝土浇筑。（具体做法如下图）苯板填充（2）由于膨胀加强带将整个淡水池侧壁分为2个“[”部分，因此在浇筑时可以分开浇筑，使用2台泵车分别从两个膨胀带处相对浇筑，并使用塔吊配合浇筑膨胀加强带两侧混凝土以减少由于浇筑高度不同对密目铁丝网产生的侧压力，待一层浇筑完后返回起点重复浇筑，直至浇筑完毕。侧壁采用分层浇筑的方法，每层分层厚度为50cm。要求混凝土的坍落度必须控制好，每班检测坍落度不少于2次。商品混凝土监禁到现场后加水搅拌。苯板填充（3）水池顶梁板混凝土施工应同后浇膨胀加强带一起施工，这样可以大大减少梁板对水池池壁的约束作用。（4）加强混凝土振捣管理、浇筑后的混凝土在初凝前,可进行二次振捣,以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部产生的水分和空隙,提高混凝土与钢筋的握裹力,达到提高混凝土强度,防止混凝土墙体出现裂缝的目的.3.4、混凝土养护及拆模为了获得高质量的混凝土，进行适宜环境的养护是防止混凝土裂缝有效的措施。确切地说，养护的目的是要使混凝土保持或尽可能接近于饱和状态，使水化作用达到其最大的速度，得到更高强度的混凝土，不同的养护和维护可使结构的抗裂能力成倍地变化。不当的养护则会造成强度损失。所以说混凝土的养护条件对强度发展有很大的影响。混凝土的养护条件指混凝土的潮湿状态及养护温度。关于湿养护的影响；如果混凝土潮湿状态低于相对温度的80%，水化几乎会完全停止，因此湿度的供给情况对混凝土的影响是一个重要方面。在入模温度相同的情况下，干燥状态比湿养护状态强度显著降低，且随龄期增长而变化。3天时强度降低21%，28d强度降低27%。在养护温度相同的情况下，连续湿养护（即盖草袋洒水养护）时混凝土强度在各龄期均为最高。标准养护14d后放室外自然养护28d强度降低14%。最不利的情况，脱模后随即放室外自然养护。28d强度比连续湿养护降低27%。潮湿状态对混凝土抗拉强度影响更为敏感，通过实验可知自然养护28d抗拉强度为标准养护的20%，甚至更低。上述结果说明：在早龄期如果想使混凝土硬化后达到预期的强度，并在早期有良好的抗裂性能，充份的供湿是非常重要的，缺少湿养护使湿凝土强度降低的除了水化受到抑制外，由于可缩可能引起内应力和微裂缝也是混凝土强度降低、混凝开裂的原因之一。本工程水池池壁及梁板混凝土浇筑时间为7月21日，当日气温为18oC~30oC，当时入模温度大约为40oC左右，浇筑完成后7d进行模板拆除。期间未进行过养护，因气温过高、气候干燥，混凝土结构浇筑后，在未及时浇水养护条件下，导致混凝土结构失水过