淺談地下室大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因與防治

【摘 要】 近年來(lái)，國(guó)內(nèi)建筑工程中混凝土工程的體量日漸增大，尤以基礎(chǔ)地下室為甚。同時(shí)，隨著我國(guó)建筑技術(shù)的發(fā)展和城市建設(shè)、城市環(huán)保的需要，預(yù)拌商品混凝土以其集約化的生產(chǎn)方式，穩(wěn)定優(yōu)異的產(chǎn)品質(zhì)量，得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 基礎(chǔ)；地下室；混凝土前言

預(yù)拌混凝土除了必須滿足強(qiáng)度、剛度、整體性和耐久性要求外，還應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工的要求。由于預(yù)拌混凝土在施工中應(yīng)滿足從預(yù)拌站到工地現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)輸和現(xiàn)場(chǎng)泵送澆筑工藝的要求，其需要的坍落度比現(xiàn)場(chǎng)自拌混凝土傳統(tǒng)施工工藝大得多，因而在基礎(chǔ)大體積混凝土施工和地下室外墻混凝土施工中，如何有效防止和控制混凝土變形裂縫的出現(xiàn)和開(kāi)展，顯得非常重要。

地下室大體積混凝土有如下特點(diǎn)：

（1）混凝土強(qiáng)度高，水泥用量大，因而收縮變形大；

（2）幾何尺寸大，內(nèi)部熱量積聚迅速，溫升快，而外部卻散熱快，易形成高溫差；

（3）工程量大，施工連續(xù)性強(qiáng)，不易控制。

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因有三種：

一是由外荷載引起，即按照常規(guī)計(jì)算的主要應(yīng)力引起；

二是結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起，即由實(shí)際工作狀態(tài)與假設(shè)模型不符所致；

三是由變形應(yīng)力引起，這是由于溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起的結(jié)構(gòu)變形。地下室大體積混凝土裂縫主要產(chǎn)生原因?qū)儆诘谌N。

1 產(chǎn)生裂縫的原因以及影響

1.1 溫差的形成及其影響在混凝土結(jié)構(gòu)中，引起溫度變化的熱量主要源于水泥的水化熱

地下室大體積混凝土基礎(chǔ)中，混凝土強(qiáng)度級(jí)別較高（一般都高于C30），水泥用量大，因此混凝土在初凝過(guò)程中會(huì)有大量水化熱產(chǎn)生。混凝土是熱的不良導(dǎo)體，又由于地下室底版幾何尺寸巨大，這些熱量不易及時(shí)排出而積聚，導(dǎo)致了其內(nèi)部溫度迅速升高（最高時(shí)可達(dá)70～80℃）。相反，在構(gòu)件表面，則由于散熱條件良好，溫度保持較低水平，這樣就出現(xiàn)了內(nèi)外溫差。這種相對(duì)的“內(nèi)脹外縮”對(duì)混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)它超過(guò)混凝土拉伸極限1～1.5×10-4，裂縫就產(chǎn)生了。

1.2 混凝土收縮變形及其影響

1.2.1 化學(xué)收縮

混凝土硬化過(guò)程中，水泥要發(fā)生一系列化學(xué)變化，稱之為水化，但水化生成物體積比反應(yīng)前物質(zhì)總體積要小，這種收縮，稱之為化學(xué)收縮。

1.2.2 混凝土的干收縮

干收縮是由于混凝土內(nèi)部吸附水蒸發(fā)引起凝膠體失水產(chǎn)生緊縮，混凝土的干收縮取決于周圍環(huán)境的濕度變化。在大體積混凝土中，當(dāng)這種收縮由于內(nèi)外環(huán)境不一致而使混凝土構(gòu)件表面拉應(yīng)力超過(guò)其拉伸極限時(shí)，導(dǎo)致了裂縫的產(chǎn)生。

1.3 地基的不均勻沉降及其影響基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是工程地質(zhì)勘察報(bào)告

任何一個(gè)地質(zhì)勘察，其結(jié)果都是近似的。當(dāng)設(shè)計(jì)假設(shè)模型與地質(zhì)實(shí)際不符等情況出現(xiàn)時(shí)，都很可能出現(xiàn)不均勻沉降。同時(shí)，由于上部建筑物荷載不同，也產(chǎn)生不均勻沉降。這種不均勻沉降對(duì)混凝土就產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土極限拉伸值時(shí)，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。這種裂縫一旦出現(xiàn)則比較嚴(yán)重，可能危及安全和使用等功能。

2 采取措施

2.1 控制混凝土選材和配合比，摻加外加劑，減少水泥用量和用水量，降低水化熱和收縮變形

普通硅酸鹽水泥早期強(qiáng)度高但水化熱大；礦渣水泥雖然比普通水泥比熱低，但泌水、干縮現(xiàn)象嚴(yán)重，且后期硬化收縮也大；火山灰水泥后期收縮較大，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益也不合算。通過(guò)比較我們選擇了粉煤灰水泥。

粉煤灰水泥特性如下：成分，在硅酸鹽水泥中摻入占水泥重量20%～40%的粉煤灰組合而成。特性，早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快；水化熱較??；耐凍性差；耐硫酸鹽腐蝕及耐水性較好；抗炭化能力差；抗?jié)B性較好；干縮性較??；抗裂性較好。供應(yīng)標(biāo)號(hào)，275、325、425、425R、525、525R、625R。

選擇粉煤灰水泥在技術(shù)上有兩點(diǎn)好處：

一是減少內(nèi)部水化熱的產(chǎn)生（因?yàn)闇p少了水泥用量）；

二是減少混凝土的“干縮”量，這樣從整體上對(duì)裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展起到了預(yù)防和抑制作用。

粗、細(xì)骨料：石子選擇了級(jí)配良好的碎石，針、片狀顆粒含量<8%；含泥量<0.5%；含硫雜質(zhì)<0.5%；砂為中砂，細(xì)度模數(shù)為3.5，含泥量<5%；含硫雜質(zhì)<0.5%。

另外，還采用了外加劑LN-800N和膨脹劑HEA，這在相當(dāng)程度上減低水灰比和水泥用量降低了水化熱，也使混凝土得到補(bǔ)償收縮。

2.2 調(diào)整鋼筋配置方案，增設(shè)溫度傳遞分布筋，將混凝土內(nèi)部熱量及時(shí)傳遞出來(lái)，防止內(nèi)部熱量積蓄

在配筋設(shè)計(jì)上，建議設(shè)計(jì)院在配筋率不變情況下，采用上下皮配筋差異方案，即底皮鋼筋在無(wú)柱板帶上無(wú)論縱橫都采用Φ25@150，在有柱板帶處上下皮筋均采用Φ25@130。由于混凝土有1米厚，考慮到散熱速度，在底皮鋼筋和頂皮鋼筋之間設(shè)置了Φ25，溫度分布筋，每平方米1根，上下采用搭接焊，將原來(lái)Φ28@200配筋方案徹底放棄了。這種上下錯(cuò)位分布，減小鋼筋直徑，加密鋼筋間距在一定程度上緩和了混凝土收縮，上下搭接的的連通鋼筋能快速把中間熱量傳遞出來(lái)，減小裂縫產(chǎn)生的比例。

2.3 合理設(shè)置后澆帶，減少早期不均勻沉降、放松約束程度

不均勻沉降主要由地基地質(zhì)和上部建筑荷載不一引起，由于地下室面積大，在主樓與輔樓相交接的位置設(shè)置了3條后澆帶。同時(shí)，由于主樓地下室沿邊狹長(zhǎng)，在相應(yīng)位置設(shè)置了后澆帶，這樣，有效地減少了工程早期可能不均勻沉降所產(chǎn)生的裂縫，也對(duì)整個(gè)底版放松了約束，同時(shí)還減少混凝土澆筑長(zhǎng)度引起的蓄熱量，減少溫度應(yīng)力，對(duì)裂縫的預(yù)防和控制擴(kuò)展起到了相當(dāng)?shù)淖饔谩?/p>

2.4 采取措施加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，防止出現(xiàn)較大溫差

施工（底板混凝土澆筑）控制在4月底完成，避開(kāi)了暴曬和炎熱天氣。在養(yǎng)護(hù)上，從澆筑完開(kāi)始，配4個(gè)專人養(yǎng)護(hù)，輪流值班。為了保證已澆好混凝土表面散熱速度不至于過(guò)快，在其表面鋪蓋了草袋，并在草袋上再蓋上尼龍薄膜，保持混凝土表面濕潤(rùn)，使之緩緩降溫，將養(yǎng)護(hù)期延長(zhǎng)至15天。