大面积钢纤维混凝土地面裂缝控制

大面积钢纤维混凝土地面施工裂缝控制
作者：董磊
(中原油田建设集团公司)
摘要：曹妃甸原油商业储备基地工程防火堤内场地硬化，每个罐区硬化面积26000㎡，地面硬化采用钢纤维混凝土。

要求商储基地内地面硬化严格控制裂缝出现，考虑到是大面积地面硬化施工，需要深入分析裂缝产生原因、编制具体施工控制措施，现场实时监督。

关键词：原油商业储备基地；控制；裂缝；大面积地面硬化；原因；措施
罐区内大面积混凝土硬化，具有面积大、厚度薄、接触罐基础处容易沉降等特点。

混凝土浇筑后，其硬化期间内外温度不同产生拉应力，特别是冬季施工情况更严重；表面水分散失过快，也会引起混凝土地面干缩裂缝；由于地面硬化施工前，地下有直埋电缆，处理不到位会产生沉降收缩裂缝，此外储罐基础沉降也会引起收缩裂缝。

本文结合混凝土特性、施工实际，对大面积钢纤维混凝土地面裂缝进行分析，并探究控制裂缝措施。

1.工程概况
曹妃甸原油商业储备基地工程，位于河北省唐山市曹妃甸工业区，共建设32台10万立方原油储罐及其配套辅助设施。

共分为8个标段，每个标段4台大罐，地面硬化面积26000㎡。

地面硬化做法为：原地面压实系数0.95，级配碎石垫层100mm厚，钢纤维地面100mm 厚，混凝土强度等级为C20。

2.裂缝产生原因
2.1 温度裂缝
混凝土浇筑后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，(当水泥用量在350-550kg/m3，每立方米混凝土将释放出17500-27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70℃左右甚至更高)。

由于混凝士的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，
较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。

当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝士表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。

在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错。

裂缝宽度大小不一。

受温度变化影啊较为明显，冬季较宽，夏季较窄。

高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显，此种裂缝的出现会引起钢纤维的锈蚀，混凝土的碳化。

降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。

混凝土结构成型后，没有及时覆盖，表面水分散失快，体积收缩大，而混凝土内部湿度变化小，收缩也小，因而表面收缩变形受到内部混凝土的约束，出现拉应力，引起混凝土表面的收缩。

2.2 塑性收缩裂缝
塑性裂缝多在新浇注的混凝土构件暴露于空气中的上表面出现，塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。

塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态，较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽1～5mm。

塑性裂缝产生的主要原因为：混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。

2.3 沉降收缩裂缝
沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致，或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。

此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，裂缝呈梭形，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30～45度角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。

裂缝宽度0.3～0.4mm，受温度变化的影响较小。

地基变形稳定之后，沉陷裂缝也
基本趋于稳定。

2.4 现场其它具体产生裂缝原因
地面硬化垫层为100mm厚碎石，由于碎石垫层缝隙大，混凝土浇筑后水分散失过大，容易产生裂缝；要求混凝土表面避免出现钢纤维，因此水灰比较大，容易产生干缩裂缝；施工时间为冬季，曹妃甸地区全天风大，混凝土表面水分蒸发块，极易造成干缩裂缝；模板接缝处固定不牢，震梁震动过程中造成接缝处碎石塌陷，容易产生通缝。

3.裂缝控制措施
3.1配比设计
控制混凝土配比，使用中低热水泥、干缩值较小早期强度较高的水泥，比如：硫酸盐水泥、低热硅酸盐水泥。

在满足要求的情况下降低混凝土塌落度，要求塌落度值为（130-140），降低水灰比，掺高效减水剂。

骨料采用10-30mm的碎石，以此降低骨料表面积，降低砂浆用量。

表1 混凝土配合比
3.2跳仓法施工
由于面积较大，采取跳仓法、小区块施工。

首先将罐区内地面划分为若干施工区域，按照每幅宽5m，每次浇筑面积不大于250㎡，浇筑一幅后间隔一幅再浇筑另一幅。

严格按照施工组织设计中划分的区块施工，安排好施工先后时间。

暂时不施工罐区预留口处，待全部完成后，用泵车施工此区域。

图1 二标段T-8区块地面施工区块划分
3.3地基及垫层处理
地面整平后压路机将地面压实，压实系数大于0.95，碾压重点区域为环粱周边，防火堤边缘，直埋电缆区。

机械碾压不到的地方，采用小型夯实机具人工夯实。

采用级配碎石，碎石垫层压实系数达到0.95以上，施工混凝土地面时，将碎石垫层洒水保湿。

由于采用商砼罐车自卸浇筑，浇筑前需将碎石垫层上车辙平整，并且压实。

3.4胀、缩、沉降缝
合理布置纵缝、缩缝、胀缝以及和环粱接触部位沉降缝。

纵缝和施工缝重合，每5m 一道；缩缝每5m一道，宽5-10mm，深20-30mm；胀缝宽20mm，填聚苯板，每30-40m布置一道；在和环粱、管墩接触处布置沉降缝，宽20mm，填聚苯板。

缩缝填M7.5砂浆，其它缝灌沥青。

缩缝在混凝土浇筑后48至72小时切缝，太早切缝容易产生毛茬，太晚容易产生裂缝。

图2 留缝示意图（此为图集参考做法）
3.5养护措施
混凝土浇筑完成，用剖光机打磨三遍，将面层剖光，减少水分蒸发、散失，并及时洒水养护；由于是冬季施工，遇到低温天气，浇筑完成当天及时覆盖塑料薄膜，第二天上午涂抹混凝土养护剂，并覆盖2-3层棉毡。

图3 面层剖光
3.6钢纤维控制
混凝土搅拌时严格控制钢纤维用量，保证钢纤维用量不少于15KG/立方米。

钢纤维的作用是拉结混凝土，减少裂缝，确保钢纤维用量直接影响裂缝的产生数量。

在拌合物中加入的钢纤维应充分分散均匀，才能在混凝土中起到增强作用，因此只有保证钢纤维在拌合料中分散均匀，才能获得良好的增强效果。

可先投入砂、石、水泥、钢纤维进行干拌，使钢纤维均匀分散于拌合料中，然后加入水进行湿拌，为了提高分散性，在投放钢纤维时，可用钢纤维分散布料机。

制作0.01立方米盒子，在每车到现场后，检测每车钢纤维含量是否异常。

3.7砼施工控制
模板采用10#槽钢，模板加固十分重要，加固不到位，造成震动不均衡。

因此模板加固需要内外加固，外侧采用三角支撑，前后两模板接缝处，尤其要重点加固，在施工时将内侧固定钢筋拆除。

模板下部间隔5m垫0.2m长木方，减小震梁震动时对碎石垫层影响。

支模时用水平仪严格控制槽钢顶标高，在模板支设后用C30 细石混凝土将槽钢下面填实，以免混凝土振捣时漏浆，影响混凝土强度。

混凝土浇筑时应加强振捣，由于钢纤维会阻碍混凝土的流动，因此钢纤维混凝土的振捣要比普通混凝土的振捣时间长，一般应为普通混凝土的1.5倍。

振捣时采用6m长的平板振动器（尽量避免使用插入式振动棒）将混凝土振捣密实直至出浆。

4.结语
原油储罐防火堤内地面硬化，由于面积大、混凝土地面薄，且采取碎石垫层（当地土质不适合灰土垫层），为减少裂缝施工难度大。

经过深入剖析裂缝产生原因，分析实际情况中特殊原因，考虑了施工期间天气，总结出了一整套控制措施。

现场实施、监督也十分关键，在管理、施工人员齐心协力下，没有发现严重裂缝及渗水现象，达到了预期效果。

地面工程开始于2011年11月5日，在2011年12月13日完成中交，生产单位接收原油储备基地。

参考文献：
⑴中华人民共和国国家标准，混凝土结构工程施工质量验收规范（GB50204-2002）
⑵SEI（中国石化工程建设公司），曹妃甸原油商业储备基地工程图纸
⑶张培韬，道路混凝土施工技术，黄河水利，2007
⑷王海军，大体积混凝土温度和收缩裂缝控制措施，J山西建筑，2006
⑸王铁梦，工程结构裂缝控制，中国建筑工业出版社，1997。