现浇胸墙混凝土结构有害裂缝的防治

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1. 引言

　　现浇混凝土结构有害裂缝过多，会影响结构性能、使用功能和耐久性，对结构安全带来隐患。且到目前为止，没有办法彻底根除该通病。本工程中，我们尝试通过施工过程控制，采用新工艺、新材料等措施对有害裂缝进行预防治理，取得了一定的效果。

　　2. 工程概况

　　本工程共有104段胸墙，设计长度12.015m/段，宽度分5.6m和5.0m两种，高度3.2m，设计等级C30F250；含两种断面型式。

　　3. 无害裂缝与有害裂缝的区分

　　水泥砼裂缝是混凝土的一种常见病和多发病。病情绝大多数发生于施工阶段，其原因复杂多变，从裂缝外观可分成微观裂缝和宏观裂缝两大类。

　　微观裂缝是指肉眼看不到的、水泥砼内部固有的一种裂缝，它是不连贯的。宽度一般在0.05mm以下，但是要比肉眼可见的即宏观裂缝多得多。这种水泥砼本身固有的微观裂缝，在荷载不超过设计规定的条件下，一般视为无害。用实体显微镜观察、X射线或超声波探测仪等物理检验手段都可鉴定出这种裂缝。另外一种最直接的方法就是用渗水观察，一定压力的水可以从水泥砼内部的裂缝中渗透出来。

　　宏观裂缝宽度在0.05mm以上，并且认为宽度（最终宽度，即裂缝不再扩展的宽度）小于0.2～0.3mm的裂缝是无害的；继续发展可能会影响到结构性能、使用功能和耐久性的裂缝称为有害裂缝。本文中的裂缝指有害裂缝。

　　4. 有害裂缝的区分有害裂缝按照成因可分为以下几种：

　　4.1收缩裂缝。在施工阶段因水泥水化热及外部气温的作用引起水泥砼收缩而产生的裂缝。多为规则的条状，很少交叉。常发生在结构变截面处，往往与受力钢筋平行。收缩裂缝多发生在大体积水泥砼中，梁、板、柱等小块体构件，特别是预应力构件极少产生收缩裂缝。水泥砼收缩裂缝危害较大，尤其是暴露在大气中的构筑物，影响更大。如不加以防止，可能会造成严重后果。

　　4.2超载裂缝。水泥砼构件超荷载使用时，造成变形、失稳或因疲劳等原因产生裂缝。一般均发生在构件受弯矩最大的部位，成条状，但分布不象收缩裂缝那样均匀，扩展方向也相反，一般沿受力钢筋垂直方向或斜向发展。产生超载裂缝的原因，往往是施工阶段在构件上不适当地施加施工荷载或者是上部建筑过早施工。另外，温度应力影响也是原因之一。

　　4.3沉降裂缝。因地基差异沉降或构件接合不良、剪应力超过设计强度而产生的一种水泥砼裂缝，多见于填土地基、桩基沉降不均匀的各种基础与墙体。这种裂缝一般与地面垂直，或成30°～40°角方向发展，宽度因荷载大小而异，与沉降值成比例。沉降裂缝危害极大，并且极难处理。因此必须在设计上采取有效措施，施工、使用中也要加强观测、监视。

　　4.4龟裂裂缝施工阶段因配料、搅拌、浇筑、养护等各环节的操作不当均能产生，其中以养护环节为关键。裂缝成龟壳状或散射状，无规律，长度、宽度也不一致。

　　4.5疏松裂缝。水泥砼浇筑时因下料不均，致使水泥砼材料离析，或因漏振、过振而产生的疏松状态裂缝。如果它延续到水泥砼表面，则容易发现，如果只产生在水泥砼内部，则不能直接表现出来。这种疏松带长度不等，视下料或振捣情况而异。

　　5. 砼有害裂缝的成因

　　5.1与设计方面有关的裂缝。（1）超过设计荷载范围和未考虑到的。（2）设计的构件截面不足、钢筋用量不足、配置位置不当。（3）建筑结构沉降差异、地震、风力考虑不周。（4）温度应力和砼收缩应力，估计不足。

　　5.2与环境条件有关的裂缝。（1）环境温度和湿度的变化。（2）各结构、构件区域温度差异过大、冻融、冻胀不一致。（3）内部钢筋锈蚀、火灾时表面遭受高温。（4）酸碱、盐类化学侵蚀，冲击、振动等影响。

　　5.3与各种材料性质和配合比有关的裂缝。（1）水泥的非正常凝结（受潮水泥和水泥温度过高）。（2）水泥的非正常膨胀、氧化镁、氧化钙过高，含碱量过高。（3）水泥的水化热不正常。（4）骨料含泥量过大，级配不良。（5）使用碱活性骨料和风化岩石及砼自身收缩。（6）混凝土配比不当（水泥用量过大、水灰比过大、用水量大、水胶比大、砂率过大）。（7）选用水泥品种不当，外加剂不当和匹配不当，外加剂掺量过大。

　　5.4与施工有关的裂缝。（1）拌和不均匀，搅拌时间不足或过长，拌和后浇筑时间过长，泵送时增加了用水量和水泥用量。（2）浇筑顺序有误、浇筑不均匀、振动赶浆、钢筋过密。（3）捣实不良、坍落度过大、粗骨料下沉、泌水、砼表面强度过低就进行下一道工序施工、连续浇筑时间过长、接茬处理不当。（4）钢筋搭接锚固不良、钢筋预埋件扰动和钢筋保护层不够。（5）模板变形、漏浆、渗水、刚度不够、下沉、过早拆除和拆除不当。（6）砼硬化前、遭受扰动或承受荷载。（7）养护条件不到位和养护不及时或时间过短。（8）养护之前遭受急剧干燥（日晒、大风、冻害）。（9）砼表面抹压不及时和抹压时间不当。（10）大体积砼内部温度与表面温度、环境温度差异过大。

　　6. 本工程对有害裂缝的控制方法

　　按照本工程的特点，我们通过重点控制以下几项措施，最大限度的减少胸墙砼有害裂缝。

　　6.1设计。（1）配筋设计时，改变传统的深梁式理论，采用全新的实体元理论；从而改变了以往工程中只在轨道梁下方配筋的方式，在胸墙整个断面大范围配筋，从而整个增强了胸墙的整体性。（2）每个沉箱上方设置两段胸墙，设计长度由24.03m/段改为12.015m/段，从而减少了每段胸墙的体积。

　　6.2环境。（1）砼浇注前，听取天气预报，雨雪天、大风天不施工。（2）砼浇注前，使用淡水冲刷底面。（3）砼浇注前，使用钢丝刷对下层钢筋除锈，防止内部钢筋锈蚀。

　　6.3原材料和配合比。（1）砂石料进场前必须经过砼供应商和施工方两级检验，各项指标合格后方可进场使用。（2）比较选择水化热较低且性能较稳定的普通硅酸盐水泥水泥。本工程通过比对实验，确定采用三菱水泥。（3）适当延长混凝土的凝结时间，使内部的热量在混凝土凝结之前较多的散出；降低了混凝土凝结后内部水化热峰值，减小混凝土的内外温差。（4）配合比依据《水运工程混凝土施工规范》（JTJ268-96）和《水运工程混凝土质量控制标准》（JTJ269-96）进行设计，配合比设计采用三级配，设计坍落度80～100mm。

　　6.4施工

　　6.4.1砼浇注。浇筑时控制落灰高度不大于2米、均匀下灰人工平仓，避免粗骨料堆积。采用插入式振捣棒分层振捣，操作时快插慢拔，振点呈梅花形均匀排列，每一振点振至表面不再翻浆为止，振捣顺序为从模板处开始，先外后内，移动间距不大于25cm，分层振捣时应插到下层砼中不低于5cm，不得漏振、过振。并且在砼浇筑过程中，安排专人经常检查模板支立的稳固性。严格控制坍落度，每次浇注时现场实测坍落度，控制在80mm～100mm，若发现坍落度过大现象，则在规范允许范围内适量减水。顶层胸墙浇注前，先用淡水润湿底层砼表面，以利于上下层砼更好的结合。砼浇注完成后，将上部因振倒产生的浮浆刮除、清理干净。

　　6.4.2分层浇注。为保证前沿线顺直，标高满足设计要求，胸墙分两层浇注。顶层胸墙浇注前，底层胸墙顶面必须进行凿毛处理，凿毛时间选择在砼强度达到设计强度30%以后进行，全部采用人工进行，以露出1/3石子为宜。图2加强沉降位移观测，在底层胸墙相对稳定时及时浇注顶层胸墙，以减少两层胸墙浇注的间隔时间。

　　6.4.3面层砼掺加聚丙烯网状纤维。胸墙顶面300mm厚范围内设置分散状聚丙烯纤维，纤维直径为18μ，纤维长度为12mm，纤维数量为3亿根/Kg，抗拉强度为300MPa，用量为0.6Kg/m³。聚丙烯网状纤维是以聚丙烯为原材料，通过特殊工艺制造而成的。其外观为多根纤维单丝相互交连而成网状结构。当聚丙烯网状纤维投入到混凝土后，在混凝土搅拌过程中，纤维单丝间的横向连结经混凝土自身的揉搓和摩擦作用而破坏，形成纤维单丝或网状结构充分张开，从而使砼更好的连结。图3同钢纤维相比，聚丙烯网状纤维在充分分散后获得的聚丙烯纤维单丝具有细度大、数量多的显著优势，加之聚丙烯纤维自身所具备的不吸水、抗酸碱能力强和弹性模量与混凝土相当等特性，能明显抑制或减少因混凝土塑性收缩、干缩、温度变化等因素引起的裂缝。

　　6.4.4预埋铁件周围绑扎细钢筋。按照以往经验，预埋铁件四角易出现45°应力裂缝。本工程中，所有预埋铁件四周均绑扎埋设8钢筋扎成的钢筋网片，网片分上下两层埋置。

　　6.4.5养护。胸墙砼浇注完毕后，清理掉顶面的浮浆，终凝后及时进行养护；顶面及前后墙均覆盖土工布并保持湿润。按照规范要求，养护时间不少于14天，并有完整的养护记录。

　　7. 防治效果

　　通过对裂缝产生原因进行深入的分析，有针对性的采取了治理措施，目前为止，本工程胸墙顶面及墙面未发现有害裂缝。

　　8. 体会

　　8.1正确区分无害裂缝和有害裂缝，对指导工程施工具有重要意义。

　　8.2严格按照规范要求控制各工序，对于防治质量通病有重要作用。

　　8.3科学技术的不断发展（如本工程掺加的聚丙烯纤维），能够对质量通病的防治带来积极影响。