畢宏杰
(太原市玉磊預拌混凝土有限公司,山西太原 030041)
高層地下室墻裂縫的成因和處理方法
畢宏杰
(太原市玉磊預拌混凝土有限公司,山西太原 030041)
由于裂縫的存在和發(fā)展常會使內部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕,降低鋼筋等混合材料的承載能力、耐久性等,影響建筑物外觀、使用壽命,嚴重威脅到生命安全,本文敘述了裂縫的成因和處理方法,并提到了預防地下室混凝土裂縫的幾點建議。
地下室;裂縫;處理方法
近幾年來,隨著混凝土設備的迅速發(fā)展,越來越多的民用建筑、橋梁結構物在澆筑過程中普遍采用了攪拌站、攪拌樓集中拌制,混凝土是由砂石骨料、水泥、水及其外加劑混合而成的非勻質脆性材料。隨著混凝土施工、本身變形和約束等一系列問題,使混凝土裂縫成了土木、水利、橋梁、隧道等工程中常見的工程病害。由于裂縫的存在和發(fā)展常會使內部的鋼筋等材料產(chǎn)生腐蝕,降低鋼筋等混合材料的承載能力、耐久性,影響建筑物的外觀、使用壽命,嚴重威脅到人民的生命財產(chǎn)安全。因為混凝土裂縫的種類多種多樣,我們這里只談一下高層地下室剪力墻裂縫的成因和處理辦法。
太原市某高層建筑,地下室二層,地上28 層,全框架結構,建筑面積約為 48000m2,其造型復雜,高為89m,混凝土墻東南兩面長度分別為 46m 和55m,地下室間距為6~7.8m,層高 4.8m,地下室混凝土墻厚300mm。
該地下室二層剪力墻東側澆筑后,為加快模板周轉,養(yǎng)護3天后,開始拆模,發(fā)現(xiàn)墻體有裂縫產(chǎn)生,多為豎向裂縫,有6條,墻的兩側則是向墻端呈 45°向上的斜裂縫,裂縫具有中間寬,兩頭尖滅的特點,在門窗洞口處有2 條以 45°向上的斜裂縫,具有“下大、上尖滅”的特點。
(1)結構本身的原因:地下室墻是澆筑在混凝土基礎底板上,基礎底板對新澆筑的墻體混凝土有很大的水平阻力,底板或筏基底板大塊混凝土對墻體的強勁約束是導致裂縫出現(xiàn)的最本質原因。
(2)設計問題的原因:設計時對溫度變化、混凝土收縮引起的變形、在約束條件下因溫度收縮變形引起的溫度收縮應力對結構裂縫出現(xiàn)和開展的影響沒有考慮或考慮甚少。GB50010—2010《混凝土結構設計規(guī)范》規(guī)定:
現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻伸縮縫的最大間距為20~30米,但實際工程中墻長均超過此規(guī)定,更有甚者,一些工程設計突破了規(guī)范規(guī)定外,地下室墻的水平鋼筋仍按構造配置,這是出現(xiàn)裂縫的又一因素?;炷潦湛s,從裂縫特征看出大部分屬于收縮裂縫。地下室混凝土剪力墻收縮較多的主要原因有水泥用量過多、養(yǎng)護不良等,
(3)溫差過大:該建筑物施工時正值冬季,晝夜溫差較大,根據(jù)施工情況和裂縫形狀,該建筑物所形成的裂縫應為溫度收縮、膨脹裂縫,呈垂直型發(fā)育,因當時氣溫劇降,模板之間保溫較差,因此混凝土變形遭受剛度、強度較大的約束,使構件產(chǎn)生拉應力。
(4)施工養(yǎng)護的原因:墻體結構的散熱面大、與空氣接觸面大,水分蒸發(fā)相對較大。加以墻體混凝土澆筑時,一般混凝土的降溫階段尚未完成,底板溫度還高于環(huán)境溫度,這就加劇了新澆筑混凝土的水分蒸發(fā)。即使完成規(guī)定時期的養(yǎng)護,在一定時期內,墻體暴漏在空氣中,受到環(huán)境溫度,濕度變化影響,已有的裂縫在一定程度內也會有發(fā)展和變化,也可能有新的裂縫產(chǎn)生。
沿裂縫切出15~20mm 的 V 型槽,常用材料有環(huán)氧樹脂類、氰凝、聚氨酯類等。混凝土表面應堅實、清潔,有的表面根據(jù)材料要求還要求干燥。以涂抹環(huán)氧樹脂類為例,其處理要點是先清潔需處理的表面,然后用丙酮、二甲苯或酒精擦洗,待干燥后用毛刷反復涂刷環(huán)氧漿液,每隔3~5min 涂一次,至涂層厚度達到1mm左右為止。國外曾報道用這種處理方法的環(huán)氧漿液滲入深度可達16~84mm,能有效防止?jié)B漏。
灌漿材料常用的有環(huán)氧樹脂類、甲基丙烯酸甲酯、丙凝、氰凝和水溶性聚氨酯等。其中環(huán)氧類材料來源廣,施工較方便,建筑工程中應用較廣;甲基丙烯酸甲酯粘度低,可灌性好,擴散能力強,不少工程用來修補縫寬≥0.05mm的裂縫,補強和防滲效果良好。環(huán)氧樹脂漿液和甲基丙烯酸酯類漿液配方可參考 CECS25:90《混凝土結構加固技術規(guī)范》。灌漿方法常用以下兩類:一類是用低壓灌入器具向裂縫中注入環(huán)氧樹脂漿液,便裂縫封閉,修補后無明顯的痕跡;另一類是壓力灌漿,壓力常用 0.2~0.4MPa。此工程用水溶性聚胺酯處理地下室混凝土裂縫,雖然裂縫較寬,滲水較嚴重,但經(jīng)用聚胺酯灌漿處理后,再無滲漏。
混凝土本身是帶裂縫工作的材料,混凝土熱脹冷縮是不可抗拒的自然規(guī)律,干縮濕漲是混凝土的本性,而混凝土的結構又是處在復雜多變的環(huán)境和約束條件之中。因此,影響混凝土裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的因素很多,尤其混凝土墻體裂縫是控制的重點,也是當前的一大技術難題。裂縫控制是涉及到多學科、多方面的系統(tǒng)工程。著名裂縫專家王鐵夢教授對混凝土裂縫控制提出了放和抗的觀點,這是對裂縫控制最本質的闡述。“放”是降低對結構的約束程度,使產(chǎn)生的約束應力小于當時混凝土的抗拉強度,防止裂縫產(chǎn)生?!翱埂笔翘岣呋炷两Y構本身抵御裂縫產(chǎn)生的能力,或提高結構的抗裂能力,根據(jù)這一原則,在當前的認識水平上,從設計、材料、施工及使用方面關注裂縫的控制,使降低裂縫的出現(xiàn)在一定程度上得到緩解。
(1)根據(jù)墻體裂縫的特點,宜在墻中部三分之一墻高的范圍,在附壁柱和暗柱的柱墻交接部位增加細而密的水平構造配筋,以控制豎向裂縫及 45°方向裂縫。
(2)合理設置后澆帶,合理劃分溫度區(qū)段,以減小混凝土收縮應力。
(3)加強水平鋼筋的配置。應注意三個問題:第一,水平鋼筋保護層應盡可能小些;第二,防裂鋼筋的間距不宜太大,可采用小直徑鋼筋小間距的配筋方式;第三,考慮溫度收縮應力的變化加強配筋,將水平鋼筋置于豎向鋼筋之外是有效的裂縫控制措施。
(4)在確定混凝土強度等級時,宜采用60 天或90 天后期齡期強度,可以在滿足設計對承載能力和抗?jié)B要求的前提下減少水泥用量,從而減小混凝土的溫度收縮變形和應力。
優(yōu)化配合比是在保證設計要求的強度等級、抗?jié)B等級、耐久性、良好的施工性能的前提下,采用較低的水泥用量、較小的水膠比配制出混凝土水化熱相對較低、體積收縮相對較小,有利于墻體裂縫控制的混凝土。
(1)模板選用:特別注意模板的牢固和嚴密、鋼筋保護層的控制,對外露面積較大的混凝土墻體、氣溫變化劇烈的季節(jié)以及冬季不宜使用鋼模板。選用木模時,應充分濕潤,以利于保濕和散熱。
(2)嚴格控制混凝土施工質量,盡量降低不均勻性。除控制混凝土制備和運輸中的質量外,還要注意混凝土澆筑時防止離析,有序的組織分層澆筑、適度振搗,以免墻內出現(xiàn)薄弱面而產(chǎn)生裂縫。
(3)根據(jù)測溫記錄和氣象預報確定拆模時間,保證混凝土內外溫差不超過25℃,溫度陡降不超過10℃拆模后應注意覆蓋和及時養(yǎng)護。
(4)做好混凝土早期保濕養(yǎng)護。應保持混凝土表面持續(xù)濕潤,養(yǎng)護時間不少于施工規(guī)范的規(guī)定。對拆模較早或出于風口部位的墻體,注意水分蒸發(fā)對裂縫產(chǎn)生的不良影響,宜采用“小水慢淋”保濕養(yǎng)護,最好采用涂刷養(yǎng)護液防止水分蒸發(fā)。盡可能抓緊地下結構的驗收和回填,減少混凝土墻體在大氣中的暴露時間。
[1] 鋼筋混凝土結構設計規(guī)范[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1999.2.
[2] 馮乃謙.混凝土結構的裂縫與對策[M].北京:機械工業(yè)出版社,2002.5.
畢宏杰(1978—),男,總工,工程師。[通訊地址]太原市尖草坪區(qū)柏板鄉(xiāng)鎮(zhèn)城村太原市玉磊預拌混凝土有限公司(030041)