地铁车站混凝土裂缝控制

赵国琪

中国中铁二局第六工程有限公司四川成都610000

摘要：在我国地铁车站混凝土结构施工中，裂缝还是混凝土质量的通病及缺陷，因会造成地铁运营的安全隐患风险，故本文就怎样控制砼裂缝而进行阐述，从原材料和施工技术等方面对砼裂缝采取相关的控制措施，有效地提高地铁车站混凝土施工质量。

关键词：地铁车站；裂缝控制；措施应用；工程实体

1.裂缝控制初步试验

根据混凝土裂缝产生的主要原因及控制措施，本文针对裂缝控制的原材料进行了初步试验。首先从原材料考虑用低热水泥和合理的运用混合材料降低砼水化热，而使砼的里表温度差降低，避免温度应力形成裂缝；其次用聚羧酸减水剂，不仅具有掺量低、减水率高、混凝土拌合物流动性大与坍落度损失小等特点，且对混凝土收缩开裂具有良好的抑制作用，可提升砼抗收缩开裂的性能。因此本文初步试验目的主要在于论证膨胀剂、减缩剂和合成纤维对混凝土塑性收缩、干燥收缩及抗裂性能的影响。

1.1膨胀剂

膨胀剂是经化学反应来控制砼的膨胀而减少收缩的外加剂。工程常用的硫铝酸盐类膨胀剂其膨胀的原因是硫铝酸钙水化物（钙矾石）的产生。经研究和实践表明：砼里掺和膨胀剂形成补偿收缩是控制它前期收缩开裂的最经济、方便和有效的办法。

1）膨胀剂对混凝土强度的影响

掺膨胀剂混凝土7d强度虽然稍低于空白样，但掺量小于5%时的28d强度要高于空白样，8%掺量的28d强度与空白样相当，所以在适宜的掺量范围内对砼后期的强度没危害。

2）膨胀剂对混凝土膨胀率和干缩的影响

膨胀率和掺量成正比例关系，而干缩则是随着膨胀剂掺量的增加而明显减小，当掺量大于8%时混凝土反而有微膨胀出现。可见在合适的掺量下，膨胀剂的掺入对混凝土的补偿收缩和开裂的预防有着重要作用。

3）膨胀剂对混凝土抗渗性及抗碳化性能的影响

膨胀剂掺量适当时（如7%左右）不会影响砼的耐久性。这是主因膨胀剂的效果下生成钙矾石造成微膨胀，使得砼中毛细孔减少，其结构更加致密，有效阻碍了它内外的离子交换以及气体交换等，从而增强了混凝土的耐久性。

4）膨胀剂的掺量

分析膨胀剂对混凝土强度、干缩及抗渗性的影响规律可知，当膨胀剂掺量为5%以下时，基本不影响它强度，甚至增大28d强度；但掺量超过8%时，强度就显然下降。干缩一般随着膨胀剂掺量的增加而明显减小，但当掺量大于8%时砼反而有微膨胀出现。膨胀剂对砼抗渗性也相似如此，当其掺量小于5%时，会明显提高其抗渗性，而当掺量大于8%时，由于膨胀率过大，抗渗性反而会有所降低。因此本文拟定砼膨胀剂掺量为5%（内掺），并且将通过应用试验进行验证。

1.2减缩剂

减缩剂属于化学外加剂，它经过降低混凝土内部表面毛细孔溶液的张力，改善其的孔构造而减小收缩。

1）减缩剂对混凝土的作用效果

减缩剂是从本质去减少砼的收缩性。掺合适剂量的减缩剂能显著的减少普通砼的任意收缩，且28d的收缩率降低约40%，同时可有效延长它出现裂纹的时间，减小砼试件的裂纹宽度。

2）减缩剂和减水剂的相容性

对比基准混凝土，C1-4组混凝土的坍落度略有增加，含气量也略有增加，而密度略有下降。比照重掺减缩、减水剂的混凝土与单掺减水剂的砼的和易性不难看出，不一样掺量的减缩剂对新拌砼的施工性能没不利效果，并不会明显影响减水剂的分散作用，这说明减缩、减水剂两者有相当强的相容性能。

3）减缩剂对混凝土自收缩和干燥收缩的影响

掺入1.7%的减缩剂后，砼在16、40、150和300小时的自收缩可分别减小66%、60%、54%和48%。掺入1.7%的减缩剂后，在5、15和40天的干燥收缩可分别减小64%、64%和46%。

4）减缩剂对混凝土早期开裂的影响

掺加减缩剂能有效缓解混凝土的早期开裂，与基准混凝土相比，减缩剂的加入使得混凝土的开裂时间延迟了1.5h左右，1d最大裂缝宽度由1.9mm减小到1.0mm，裂缝数目和裂缝总长度也减少了一半。

5）减缩剂对混凝土强度的影响

掺入1.7%的减缩剂后，仅使混凝土的1d强度稍有降低，这可能是由于减缩剂的缓凝效应所致，但对其它龄期的强度不会造成大变化，且稍有提高，这一方面是由于掺入减缩剂时扣除等体积的水，以使新拌和砼具有相同的施工作业性能，从而使得掺入减缩剂的砼水胶比稍低，另方面是由于加入减缩剂后可促进其的水化。

6）减缩剂的掺量

综合分析减缩剂的性能可知，减缩剂与减水剂相容性良好，基本不影响减水效果；要想使砼收缩降低超过50%，减缩剂掺量需要达到3.0%，之后再继续增大掺量，砼收缩无显著降低（最大降低幅度约60%）。同时，考虑到减缩剂价格较高，当其掺量为2.0%时，即可达到较好的减缩效果（28d的收缩率降低大于40%）。因此本文拟定减缩剂掺量为2.0%，并且将通过应用试验进行验证。

1.3合成纤维

经过试验室的试验和现场施工实际的证实，纤维在砼混合料中具备克服其塑性的收缩裂纹和细缝的生成，非常明显增加砼结构的抗冲击、弯曲和疲劳效果，同时还能提升砼抗松散、渗透性能和抗弯折、拉强度。将聚丙烯纤维加入到搅拌机里和其他砼原材料一起搅拌，纤维经其他原材料的冲击而充分混和，平均散布于砼混合料里。纤维在砼混合料中充当非主要的增强料，加入剂量照常理为砼混合料容重的0.05%到0.1%。如果用0.1%的剂量掺，那么每方砼混合料中0.9kg，若我们用的纤维长度为19mm，那么独立纤维在每方砼混合料里大致会有（700到2000万）根，也就是说平均每立方厘米的砼混合料里会大致存在（7~20）根。

1）聚丙烯纤维对混凝土性能的改善作用

（1）减少泌水；

（2）因为砼拌合过程中导致纤维散布在混合料里是无向杂乱的，所以使纤维在混合料里无形的搭成三维撑持架，有效地防止骨料在混合料里沉底，增加了砼混合料的均匀性、和易性、粘聚性、保水性，从而有效遏制砼结构的前期开裂。

（3）减少原始缺陷，改善混凝土的抗裂性能；

（4）纤维能降低砼前期的弹性模量，所以降低砼结构里的拉应力；砼的抗变形变大，降低了砼前期的开裂几率；

（5）阻止微裂缝的萌生；

（6）减小砼结构物内外的应力梯度，应力松弛变大，其残余的拉应力降低；

（7）为防止砼结构裂缝的扩大，要增强混凝土的极限拉伸应变与断裂能。

2）聚丙烯纤维混凝土的技术性能

聚丙烯纤维砼实验结果显然得出加入纤维后的砼除了其强度稍微低点外，但混凝土的抗冲击强度翻倍提升、抗拉强度变大5.6%、抗折强度变大14.7%，特别是前期初裂应变提高很大，明显提升了抗裂的变形能力。另抗冻、抗渗性和干缩性都有较大的增强。

3）聚丙烯纤维的掺量

聚丙烯纤维影响砼的强度是较小的，一般不会使其砼抗压强度的显著降低，然而就纤维掺加剂量超过0.6kg/m3后，随着其掺量继续增加，抗压强度会有较大幅度降低。同时当聚丙烯纤维掺加剂量少于0.6kg/m3，随着其掺量的增加，砼抗裂性明显增加，之后继续增大掺量，抗裂性不再明显增加。以上因素本文拟定聚丙烯纤维掺入量为0.6kg/m3，并将通过试验进行验证。

2.工艺措施应用

车站砼结构分单元长度大，会造成砼收缩量的增大，造成底、顶板现浇垂直和横向裂缝。同时为了满足模板周转要求拆模过早，造成混凝土早期脱水，增加了混凝土的干燥收缩。根据以往经验，本车站的分单元避免太长，控制在18m左右。在车站土方开挖结束后，把车站主体结构分为12单元（按施工顺序排列）施工。且为确保砼质量，选用定型钢模板做上下侧墙模板。上下侧墙和板主要是在施工措施方面减少混凝土的裂缝。砼浇筑振捣严格按照施工规范和方案进行，浇筑完成后严格执行二次收面，且及时养护，养护措施为：侧墙采用自动喷淋系统兼土工布覆盖养护，并延长拆模时间；顶底板采用覆水养生。

2.1降低入模温度

1）采用低温拌合水拌制混凝土

搅拌站已购置并使用了两个冷凝水设备提供拌合水，已浇筑的混凝土都进行了降低入模温度的办法。经对现场测试对比，在外界温度为38℃情况下，入模温度可控制在27℃左右。

2）混凝土生产及浇筑控制措施

（1）拌合站采取封闭式砂石料场，并带有全自动喷淋装置的降温降尘系统，防止夏天烈日照晒使粗细集料温度太高，致使混凝土的入模温度过高。

（2）水泥安装2-3个储罐（每个储罐容量应大于250吨以上）轮流使用，防止使用才出厂的水泥温度过大，也会使混凝土入模温度超标。

（3）夏季生产用水采用地下水或冷凝水，另安排专人测量室外温度，混凝土出拌合机、出拌合站、入模温度，如果发现混凝土温度超过30℃时，及时向水中投入冰块降温。

（4）搅拌机料斗、水池、皮带传送设备、拌合楼用遮阳办法，想法减少混凝土运送时间。

（5）为确保混凝土的入模温度，一般要错开高温的白天在晚上进行混凝土施工。

（6）如果不能避开高温时段进行混凝土浇筑，可以经试验知道在温度、原材料不同下坍损情况。运用相应办法适当增加出拌合机的坍落度，确保混凝土运到浇筑地时满足工作要求。

（7）泵送混凝土施工时，泵管设置尽量减短，且用吸水强的东西湿润包裹来降低入模砼温。

（8）混凝土浇筑完后，适时进行二次收面，且及时用湿润的土工布或塑料薄膜进行覆盖，保证潮润养护最少7天以上。

2.2加设冷却水管

在站台层部分单元侧墙混凝土浇筑时内埋冷却管，用管里循环水来降低混凝土内外温差，同时各单元底板及侧墙内预埋测温管，在混凝土浇筑完成后，每隔4h测量混凝土里表的温度，并记录汇总。根据现场侧墙裂缝统计数据，相比未采取措施的混凝土侧墙裂缝有所改善，但效果还不太明显，因此采取加设冷却水管也不能很好地排除混凝土裂缝难题。

2.3安装抗裂钢筋网片

抗裂钢筋网片是用来抗混凝土的温度变化和收缩在现浇结构里产生的束应力而设置的钢筋网。在站台层第8-9单元侧墙内增设抗裂钢筋网片，抗裂钢筋网片规格为Φ3mm@50mm。根据现场裂缝统计数据，裂缝控制有明显改善，说明采取抗裂钢筋网片对于控制侧墙裂缝具有非常明显的效果。

3.新配合比应用试验

原材料控制是混凝土质量好坏的根本。在站厅层第6-9单元分别采用掺合成纤维配制的混凝土、掺膨胀剂配制的混凝土、掺减缩剂配制的混凝土以及采用合成纤维、膨胀剂和减缩剂两两掺和配制的混凝土。通过单项措施的情况对比，总结分析相关规律。站厅层侧墙各单元采用配制掺外加剂和合成纤维的混凝土进行实体的验证。

3.1实验室试验

1)主要原材料要求

混凝土原材料的好坏是保证工程实体的前提，因此试验和工程所有使用材料除特别规定外，质量均必须符合现行国家标准和规范的相应规定和要求。

2）混凝土配合比设计

根据裂缝控制初步试验结果，利用膨胀剂、减缩剂和合成纤维在减小混凝土结构收缩、降低裂缝产生机率的良好作用效果，本文分别设计了三种材料单掺、双掺及三掺时的混凝土配合比。用于试验的混凝土原材料情况及混凝土新配合比分别进行了实验室试配，试验对各组混凝土试配要求如下：（1）确保初始坍落度为220+20mm，1h坍落度损失不大于60mm；（2）若初始坍落度不足，应适当调整减水剂掺量；（3）若初始坍落度过大，就相应降低用水量；（4）混凝土不能有离析和泌水等情况的发生。

3）混凝土试配

（1）掺聚羧酸系减水剂混凝土

①混凝土拌制工艺

按照常规掺聚羧酸系减水剂混凝土拌制工艺进行，先将粗细集料、矿物料、水泥加入搅拌机里均匀后，再将聚羧酸系减水剂溶于水中加入搅拌机，再搅拌2-3分钟。测试其初始坍落度及1h坍落度损失，确保初始坍落度为220+20mm，1h坍落度损失不大于60mm，混凝土无离析、泌水现象。若初始坍落度不足，就相应增减减水剂掺量，若初始坍落度过大，而相应减少用水量。

②混凝土配合比调整

为满足混凝土工作性要求，对混凝土配合比作了适当调整，混凝土和易性较好，无离析、泌水现象，初始坍落度为190mm，1h坍落度为165mm，1h后坍落度损失小于60mm。

（2）单掺纤维混凝土

①混凝土拌制工艺

先将粗细集料、矿物料、水泥和聚丙烯纤维加入搅拌机里充分搅拌，使聚丙烯纤维分散开来，然后将减水剂溶于水中加入搅拌机，再搅拌2-3分钟。测试及调整同上

②混凝土配合比调整

单掺纤维混凝土调整后，聚丙烯纤维在混合料中分散比较均匀，混凝土比较黏，流动性稍差，无离析、泌水现象，初始坍落度215mm，1h坍落度为170mm，1h坍落度损失小于60mm。

（3）单掺膨胀剂混凝土

①混凝土拌制工艺

先将粗细集料、矿物料、水泥和膨胀剂加入搅拌机里充分搅拌均匀，然后将减水剂溶于水中加入搅拌机，再搅拌2-3分钟。测试及调整同上。

②混凝土配合比调整

单掺膨胀剂混凝土调整后，混凝土和易性较好，无离析、泌水现象，初始坍落度200mm，1h后坍落度为160mm，1h后坍损小于60mm。

（4）单掺减缩剂混凝土

①混凝土拌制工艺

先将粗细集料、矿物料、水泥加入搅拌机里充分搅拌后，再将60%的水（溶入了减水剂）加入搅拌机，然后再加入减缩剂和剩下的水，再搅拌2-3分钟。测试及调整同上。

②混凝土配合比调整

单掺减缩剂混凝土调整后，混凝土和易性较好，无离析、泌水现象，初始坍落度为210mm，1h后坍落度损失较大（135mm），经调整减缩剂配方后，混凝土1h坍损也小于60mm。

（5）膨胀剂与纤维双掺混凝土

①混凝土拌制工艺

先将粗细集料、矿物料、水泥、聚丙烯纤维和膨胀剂加入搅拌机里充分搅拌均匀，使聚丙烯纤维分散开来，然后将减水剂溶于水中加入搅拌机，再搅拌2-3分钟。测试及调整同上。

②混凝土配合比调整

膨胀剂与纤维双掺混凝土调整后，混凝土和易性较好，无离析、泌水现象。初始坍落度为220mm，1h后坍落度为170mm，坍损不大于60mm。

（6）膨胀剂与减缩剂双掺混凝土

①混凝土拌制工艺

先将粗细集料、矿物料、水泥和膨胀剂加入搅拌机中搅拌均匀，再将60%的水（溶入了减水剂）加入搅拌机，然后再加入减缩剂和剩下的水，再搅拌2-3分钟。测试及调整同上。

②混凝土配合比调整

膨胀剂与减缩剂双掺混凝土调整后，混凝土和易性较好，无离析、泌水现象。初始坍落度为220mm，1h后坍落度为180mm，坍损不大于60mm。

(7)减缩剂与纤维双掺混凝土

①混凝土拌制工艺

先将粗细集料、矿物料、水泥和聚丙烯纤维加入搅拌机中搅拌均匀，使聚丙烯纤维分散开来，再将60%的水（溶入了减水剂）加入搅拌机，然后再加入减缩剂和剩下的水，再搅拌2-3分钟。测试及调整同上。

②混凝土配合比调整

减缩剂与纤维双掺混凝土调整后，混凝土和易性较好，无离析、泌水现象。初始坍落度为220mm，1h后坍落度为170mm，坍损不大于60mm。

（8）三掺混凝土

①混凝土拌制工艺

先将粗细集料、矿物料、水泥、膨胀剂和聚丙烯纤维加入搅拌机中充分搅拌均匀，使纤维分散开来，再将60%的水（溶入了减水剂）加入搅拌机，然后再加入减缩剂和剩下的水，再搅拌2-3分钟。测试及调整同上。

②混凝土配合比调整

三掺混凝土调整后，纤维分散比较均匀，混凝土比较黏稠，流动性比较小，无离析、泌水现象。初始坍落度为190mm，1h后坍落度为115mm，1h坍落度损失为75mm，经调整减缩剂配方后，1h坍落度也不大于60mm。

4)混凝土性能测试结果

（1）混凝土力学性能测试结果

目前已完成所有组合的混凝土配合比实验室试配及性能测试，混凝土和易性良好，初始坍落度和保持性均满足相关要求。根据检验报告，新配合比下的混凝土抗压强度如下表。通过各组抗压强度的检测数据可看出，各个配比都能符合C35砼强度要求，只有减缩剂与膨胀剂和膨胀剂与纤维双掺混凝土的28d强度稍微比基准混凝土低外，其它配比28d的强度都高于基准混凝土，证明膨胀剂、纤维和减缩剂的加入不会对其强度产生影响。

混凝土抗压强度测试结果

（2）混凝土长期耐久性测试结果

混凝土长期耐久性测试项目包括：抗渗等级、抗氯离子渗透（电通量法）、氯离子迁移系数、碳化性能，由江西省建材产品质量监督检验站完成相关检测，各数据如下表。提高混凝土的抗渗性能可以有效地防止钢筋锈蚀，一般来说，当混凝土的渗透性很低时，就可以有效抵抗水和侵蚀性介质的侵入。由测试结果可知，采用各配合比配制的混凝土抗渗等级均≥P8，满足地铁车站混凝土抗渗等级要求。对于混凝土抗氯离子渗透性能来说，除单掺膨胀剂混凝土、膨胀剂与纤维双掺混凝土和膨胀剂与减缩剂双掺相对基准混凝土有所降低外，其它组混凝土抗氯离子渗透性能都超过基准混凝土，但各组混凝土抗氯离子渗透性均低于1000C，满足《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》中对混凝土抗氯离子渗透性能的要求。对于各组混凝土的氯离子迁移系数和碳化性能来说，可以发现，采取新配合比的各组混凝土的氯离子迁移系数和碳化深度均小于基准混凝土，并且均满足地下工程混凝土对氯离子迁移系数和碳化深度的要求，这也说明膨胀剂、减缩剂和纤维对降低混凝土氯离子迁移系数和碳化深度均是有利的。

混凝土长期耐久性测试结果

总的来说，各个新配合比下的混凝土的抗渗等级、抗氯离子渗透（电通量法）、氯离子迁移系数、碳化性能等混凝土长期耐久性均满足相关规定及要求，膨胀剂、减缩剂和纤维不会对混凝土长期耐久性造成危害，因此采取新配合比在满足混凝土长期耐久性方面是可行的。

3.2工程实体试验

在初步试验和实验室试验的基础上，经过充分论证，选定了膨胀剂、减缩剂和合成纤维，分别配制混凝土，并通过工程实体进行验证。在站厅层第6-12单元分别采用掺合成纤维配制的混凝土、掺膨胀剂配制的混凝土、掺减缩剂配制的混凝土以及采用合成纤维、膨胀剂和减缩剂两两掺合配制的混凝土。第1-5单元：运用降低入模温度的施工方法。第6单元：运用降低入模温度的施工方法，另掺合成纤维配制相关混凝土。第7单元：运用降低入模温度的施工方法，另掺膨胀剂配制相关混凝土。第8单元：运用降低入模温度的施工方法，另掺减缩剂配制相关混凝土。第9-12单元：运用降低入模温度的施工方法，另合成纤维、膨胀剂和减缩剂两两掺和配制相关混凝土。

浇筑后混凝土按照正常程序养护，拆模后统计每一段侧墙裂缝分布情况，并测试每条裂缝的长度、宽度及缝深，同时对比未运用新配比的侧墙裂缝位置情况。由站厅层西侧侧墙各段裂缝分布统计数据可知，未采取新配合比的每段侧墙均有裂缝出现，而采取新配合比的侧墙裂缝均比较少或者没有裂缝。同时，可以发现采取配合比的混凝土侧墙裂缝宽度和裂缝深度也相对较小。通过工程实体验证表明，采取新配比来控制混凝土结构裂缝具有明显的效果。

结语：综上所述，南昌地铁已进入全面建设阶段，总结地铁1、2号线建设的经验和教训，根据本文应严格优化原材和施工技术等积极运用到后续地铁车站混凝土施工中，从而进一步提高地铁建设质量，并产生更好的经济和社会效益。

参考文献：

混凝土结构设计规范GB50010-2010

轨道交通防水工程施工质量验收标准

普通混凝土配合比设计规范JGJ55-2011

混凝土结构工程施工质量验收规范GB50204-2015

破碎卵石在预拌混凝土中的应用研究肖晓磊