地鐵車站混凝土開裂現象原因和控制措施

董獻國 胡曉曼

1安徽省水利科學院研究院（230088） 2安徽省建筑質量監督檢測站（230088）

1 裂縫產生的主要原因

1.1 水泥水化熱產生裂縫

水泥在水化過程中釋放出熱量，礦物成分C3A遇水后內部溫度可升高至60℃，與表面環境造成的溫差引起較大的內應力，該內應力超過混凝土的抗拉強度會導致澆筑完成的混凝土產生裂縫。80%～90%的混凝土結構裂縫是由水化熱引起的。因此，混凝土結構，尤其是大體積混凝土結構的裂縫控制措施中，必須首先控制其水化熱的產生。

1.2 收縮產生的裂縫

1）自收縮。水化過程中C-S-H凝膠的產生，引起水泥漿體的絕對體積減小。如硅酸鹽水泥，其水泥漿體完全水化后，體積減縮7%～9%。

2）塑性收縮。由于新拌混凝土的各顆粒間充滿水，當表面失水速率超過內部水向表面遷移的速率時，引起毛細管中產生負壓，使漿體產生塑性收縮。

3）溫度收縮。由于水泥水化放熱過程中溫度升高，而后又逐漸冷卻至環境溫度時產生的收縮。其收縮性與混凝土水化過程中產生的最高溫度與周圍環境的溫差、本身的熱膨脹系數及降溫速率等因素有直接關系。

4）干燥收縮。混凝土干燥失水產生的收縮為干燥收縮，實測干縮率為 200×10-6～1 000×10-6。

1.3 外界氣溫變化引起的裂縫

混凝土體積會隨著拌和材料的溫度、水化過程的溫升產生膨脹，而隨混凝土表面不斷與外界發生熱量交換，產生溫差。溫差梯度越大，混凝土越容易產生裂縫，產生的裂縫寬度也越大。如果外界溫度下降較快，將使混凝土面產生很大的溫度應力，容易造成混凝土產生裂縫。

1.4 外荷載作用產生的裂縫

工程中結構物的裂縫原因，屬于變形變化 (溫度、收縮、不均勻沉陷)引起的裂縫占80%以上。屬于荷載引起的裂縫占20%左右。前述80%的裂縫中也包括變形變化與荷載共同作用，但以變形變化為主所引起的裂縫。在20%的裂縫中也包括變形變化與荷載共同作用，但以荷載為主所引起的裂縫。

2 裂縫的主要控制措施

研究發現，裂縫的形成與發展與混凝土材料組成及配比、施工質量、養護條件等多方面因素相關。工程界普遍認為，就混凝土結構的預防與控制而言，設計是前提，材料是基礎，施工是關鍵，養護是保障。因此，關于混凝土裂縫控制技術的研究，應綜合考慮設計、材料、施工和養護等方面的影響因素，以完善混凝土抗裂措施，達到提高混凝土結構的防滲目的。

2.1 設計方面

地鐵車站常用的施工方法主要有明挖敞口放坡施工、明挖法有圍護結構施工、礦山法施工，不同施工方法下的車站結構防水設計也各不相同。

2.1.1 明挖敞口放坡施工的車站結構防水設計

明挖敞口放坡施工是較為常見的地鐵車站施工方法，其防水設計通常采用混凝土結構自防水和全外包柔性防水雙重復合防水形式。對結構自防水混凝土的設計，要采取有效的防滲、抗裂措施，保證混凝土具有良好的自防水性。結構迎水面設置全外包柔性防水層，即在結構底板、側墻施工前、頂板施工后采用空鋪或滿粘法鋪設防水卷材，并根據選用的防水材料和不同的部位采取與其相匹配的保護措施。

2.1.2 明挖法有圍護結構的車站結構防水設計

地鐵車站圍護結構一般采用地下連續墻，同時也可作為單層墻主體結構的防水措施。地下連續墻體采取抗滲等級大于P8等級的混凝土澆筑，迎水面鋼筋保護層厚度≥70 mm，幅間接頭采用防水接頭。若后續施工發現有滲水等缺陷問題，則采用防水砂漿、注漿或用彈性密封材料嵌縫等措施進行處理。

我國目前現有研究資料顯示，在側墻混凝土中添加鋼筋抗裂網片或冷卻水管，對抑制混凝土裂縫效果較好。

2.2 材料方面

根據實際情況，選擇符合設計要求的低水化熱水泥品種，并盡可能選擇比表面積較大的水泥，但不影響3 d和28 d水泥的強度為宜。

選擇合適的活性摻和料，能有效降低水泥用量，減小大體積混凝土的水化熱峰值。粉煤灰具有水化反應速率慢、放熱較少的特點，可用于替代部分水泥，使放熱峰顯著降低和推遲。粉煤灰的滾珠效應能起到減水和改善混凝土的和易性作用。粉煤灰吸水率低，可減小混凝土的干縮，還能提高混凝土的后期強度。

可根據實際需要摻加外加劑和纖維材料，以改善混凝土的抗裂性能。外加劑一般有高性能減水劑（如聚竣酸系減水劑，可顯著提高混凝土的抗收縮開裂）、高效減水劑、膨脹劑（如硫鋁酸鈣型膨脹劑，可補償收縮，抑制早期開裂）和減縮劑（從根本上降低混凝土的自由收縮），而纖維材料一般有合成纖維（主要是聚丙烯纖維）、碳纖維、鋼纖維、玄武巖纖維等。

2.3 施工和養護方面

規劃合理的施工順序，合理設置澆筑順序。

1）加強混凝土的保濕養護。初凝后應及時灑水保濕養護，保持通風，覆蓋保水性較好的塑料薄膜、濕草袋、濕麻袋及無紡布等，并對混凝土定期灑水或者蓄水養護，必要時可以噴涂養護劑。

2）冬季攪拌混凝土時，混凝土的出機溫度不宜低于10℃，入模溫度不宜低于5℃。在炎熱氣候下澆筑混凝土時，入模前應盡量降低模板、鋼筋溫度以及附近的氣溫，混凝土的入模溫度不宜高于氣溫且不宜超過30℃。

3）新澆混凝土與鄰接的已硬化混凝土或巖土介質間的溫差不得大于20℃。

4）混凝土養護期間，混凝土內部的最高溫度不宜高于65℃，混凝土表面的養護水溫度與混凝土表面溫度之間的溫差不得大于15℃。

5）混凝土拆模時，芯部混凝土與表層混凝土之間的溫差、表層混凝土與環境之間的溫差均不得大于20℃。在實際施工過程中，拆模時間普遍較早。

6）雙摻混凝土結構的潮濕養護不得少于14 d。當氣溫低于0℃時，要及時覆蓋新澆筑混凝土，采取保溫加熱措施，使混凝土不受凍害。

3 結語

文章就軌道交通工程中地鐵車站混凝上裂縫產生的幾點主要因素進行分析，并有針對性地從設計、材料、施工和養護方面提出幾點改進措施，以防止地鐵車站主體混凝土產生開裂現象。