地下室混凝土墻體裂縫成因及控制措施

周全景

（天津市建設工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理總隊，天津 300000）

0 引言

在城市發(fā)展建設過程中，混凝土工程建設極為廣泛。地下室墻體是施工過程中重點結(jié)構(gòu)部位，其特點為結(jié)構(gòu)長、環(huán)境接觸面積大、不易養(yǎng)護，容易因混凝土收縮、溫度應力等因素出現(xiàn)裂縫。裂縫作為混凝土的一種常見缺陷，對墻體質(zhì)量有著極為嚴重的不良影響，裂縫的控制是混凝土墻體施工中的必備工作。

1 工程概況及出現(xiàn)問題

本工程為天津市某工廠基地建設工程。其中地下室混凝土墻體單次澆筑長約 30m，墻體厚度 0.35～0.4m，墻體高約 5m，設計強度等級 C45。

澆筑拆模后，地下室混凝土墻體局部出現(xiàn)裂縫。該項目地下室剪力墻所出現(xiàn)裂縫按形態(tài)分為兩種：一種為近似 45°斜向上裂縫，此種形態(tài)裂縫居多，并經(jīng)過穿墻螺栓孔，墻體貫穿通裂，內(nèi)外墻裂縫走勢不一致；另一種為豎向裂縫，全部貫穿通裂，不經(jīng)過穿墻螺栓孔?，F(xiàn)場兩種裂縫走勢均為在墻體高度約 1/3 處位置處分別向上和向下兩個方向擴展，并呈中間寬、兩端窄的棗核形（梭形）裂縫的特性。

2 裂縫產(chǎn)生原因分析

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因基本可分為以下三類：混凝土凝結(jié)前的沉降裂縫及干縮裂縫，簡稱收縮裂縫；水化熱引起溫度應力的裂縫，簡稱溫度裂縫；混凝土受外力載荷作用形成的裂縫，簡稱荷載裂縫。下面結(jié)合本工程裂縫特點，以及各種常見裂縫的形成原因，對本工程墻體的裂縫成因進行分析。

（1）收縮裂縫

混凝土在凝結(jié)硬化過程中，表面和內(nèi)部水分散失，引起失水收縮，同時集料與膠凝材料之間會產(chǎn)生不均勻的變形，在混凝土表面養(yǎng)護不當?shù)奈恢贸霈F(xiàn)龜裂。早期收縮裂縫通常在混凝土終凝前后出現(xiàn)，由此判斷該項目墻體裂縫非早期收縮裂縫。

（2）荷載裂縫

結(jié)合本工程出現(xiàn)的裂縫形式進行分析，混凝土自重及模板重量引起的外力荷載相對較小，且不會造成地基的沉降，所以認為本工程的裂縫非荷載裂縫。

（3）溫度裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部水化反應發(fā)生溫度變化，形成混凝土“中心—表層—外部”溫度梯度，伴隨混凝土本身具有的熱脹冷縮特性而發(fā)生體積變化。混凝土受熱體積膨脹，隨后當溫度降低時混凝土體積開始收縮，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生收縮應力。在混凝土強度增長初期，溫度收縮應力大于混凝土的抗拉應力時，混凝土就容易產(chǎn)生溫度裂縫。本工程墻體受結(jié)構(gòu)尺寸影響，環(huán)境接觸面積大，受溫度應力影響較大。C45 混凝土經(jīng)熱工計算，其中心溫升約為 50℃，入模溫度如按當時最低氣溫 16℃ 考慮，隨水化反應放熱過程不斷推進，中心溫度可達到66℃ 左右，表面溫度約 56℃ 左右。

按照溫度控制，混凝土表面溫度與大氣溫度相差過大（＞20℃），溫度收縮應力使混凝土從表面爆裂向內(nèi)部擴展導致通裂，則會形成近似 45°斜向上裂縫；出現(xiàn)豎向裂縫的位置沒有經(jīng)過穿墻螺栓，其中心溫度高于穿墻孔處，當表面溫度的急劇下降導致混凝土內(nèi)部溫度與混凝土表面溫度相差太大（＞25℃）時，溫度收縮應力使混凝土從內(nèi)部爆裂。故認為本工程裂縫主要為溫度裂縫。

3 控制措施

針對本工程出現(xiàn)溫度裂縫情況，從原材選擇、配合比設計、施工養(yǎng)護三方面采取措施進行管控。

3.1 原材選擇

水泥：選用普通硅酸鹽水泥，本工程所選水泥各項指標如表 1 所示。

表 1 水泥性能指標

礦物摻合料：礦物摻合料在混凝土中有火山灰效應、形態(tài)效應、微集料效應、界面效應等作用效應。礦物摻合料代替部分水泥可以在不同環(huán)境下調(diào)節(jié)膠凝材料水化過程，降低水化熱，改善混凝土工作性能（如：粉煤灰的滾珠效應可以增大混凝土流動性），提高混凝土密實性，進而在一定程度上減少溫度裂縫、收縮裂縫的發(fā)生。不同礦物摻合料在混凝土中的應用各具特點，必須根據(jù)其特性控制其摻量，確?；炷临|(zhì)量穩(wěn)定可靠。本工程所選礦物摻合料各項指標如表 2、3 所示。 %

表 2 礦粉性能指標

表 3 粉煤灰技術指標

骨料：骨料的主要控制指標為含泥量和粒徑級配。本工程所選砂細度模數(shù)控制在 2.5～2.8 范圍。石選用5～16mm 和 5～25mm 兩級配碎石進行搭配使用，改善其粒徑分布，有助于混凝土致密性的提高。各項指標如表 4、5 所示。

表 4 砂性能指標

表 5 石性能指標

外加劑：本工程選用聚羧酸高性能減水劑，能夠有效控制混凝土用水量，并延長混凝土凝結(jié)時間，延緩水化速度，降低水化熱峰值。其各項指標如表 6 所示。

表 6 外加劑性能指標

3.2 配合比設計

水膠比：根據(jù)地下室墻體結(jié)構(gòu)長、不易養(yǎng)護、環(huán)境接觸面積大、受溫度應力影響較大的特點，配合比設計宜按照大體積混凝土的相關規(guī)定進行設計。減少用水量，降低膠凝材材料用量，降低混凝土后續(xù)硬化過程中的水化熱和體積變化。而用水量的控制，除受配合比設計影響外，亦與外加劑減水率、水泥標準稠度用水量、礦物摻合料流動度比、砂石含泥量等密切相關。

坍落度：墻體混凝土在坍落度滿足其使用要求的同時，應將坍落度控制在一定范圍。坍落度過小易造成振搗困難而影響其內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實性；坍落度過大，振搗和重力影響下易造成骨料（尤指粗骨料）明顯沉降，漿體明顯上浮，遇到鋼筋等障礙物時會在其下表面形成沉降差而促進塑形沉降裂縫產(chǎn)生，并降低了混凝土對鋼筋的握裹力，也降低了其他裂縫擴展的抑制。本工程宜控制混凝土坍落度在 190～200mm 范圍。

此外，為控制墻體裂縫的產(chǎn)生及擴大，可在混凝土中添加適量纖維等抗裂組分。

本試驗初步設計 6 組 C45 配合比進行對比分析，如表 7、8 所示。

表 7 C 4 5 配合比設計 k g/m3

表 8 C 4 5 配合比試配結(jié)果

綜合上述原則和各配合比試配情況，水膠比 0.36時，混凝土整體性能較好。添加聚丙烯纖維的混凝土強度略高于未添加聚丙烯纖維混凝土。同時，聚丙烯纖維的添加對混凝土抗裂性能有著改善作用。故最終選取試配 5 配合比作為應用配合比。

3.3 施工養(yǎng)護

混凝土施工過程（含后續(xù)拆模、養(yǎng)護等）對混凝土各項性能影響密切，過程控制是混凝土質(zhì)量控制的必備環(huán)節(jié)。

布筋：對水平鋼筋進行優(yōu)化，遵循“小直徑、小間距”有利抗裂的原則，依據(jù)齊斯克列里經(jīng)驗公式，選擇適當?shù)呐浣盥士商岣呋炷翗O限拉伸，其結(jié)構(gòu)截面配筋率控制在 0.5%。在墻體高度的中部，增設暗梁，可起到良好的“模箍作用”，從而提高混凝土墻體的抗裂能力。在結(jié)構(gòu)中應力集中、剛度不均、突變部位和薄弱部位，如穿墻螺栓處，適當增加一些構(gòu)造鋼筋，作局部增強處理。同時，可以采用鋼筋網(wǎng)片，以增加鋼筋橫向抗拉能力，能夠?qū)⒒炷僚蛎浭湛s所產(chǎn)生的應力均勻分布，降低裂縫產(chǎn)生的幾率。

振搗：混凝土澆筑通常分段連續(xù)進行，與此同時要求振搗及時、均勻，不得漏振或者過振，插點要分布均勻，按順序進行。

養(yǎng)護：混凝土澆筑后，要求及時覆蓋，并注意灑水養(yǎng)護，適當延長養(yǎng)護時間，保證混凝土表面緩慢冷卻。同時本工程借鑒其他項目控制裂縫的方法，使用模板噴水的形式進行溫控，控制早期混凝土溫升，控制溫差及降溫速率。針對裂縫主要發(fā)生的位置（墻體中部高度及以下）擬設置若干金屬管進行噴水溫控。澆筑后，對模板表面進行不間斷冷水噴淋，降低混凝土絕熱溫升，同時帶模養(yǎng)護 7 天以上，拆模后加強保濕養(yǎng)護。

環(huán)境：施工環(huán)境（天氣、溫度等）的選擇，對混凝土內(nèi)外溫度差值也有著重要影響。

通過上述原材、配合比、施工養(yǎng)護控制，新澆筑混凝土墻體有明顯改善，有效控制了有害裂縫的產(chǎn)生。

圖 1 和圖 2 為工程現(xiàn)場圖，圖 3 和圖 4 為采取預防措施前后，混凝土墻體的對比圖。

圖 1 工程實況

圖 2 裂縫測量

圖 3 調(diào)整前

圖 4 調(diào)整后

4 結(jié)論

混凝土墻體裂縫成因復雜，應針對具體問題具體分析，多管齊下，綜合把控。加強原材料控制，配合比設計遵循低水膠比、低砂率、合理摻合料用量，小坍落度等原則，提高施工及后續(xù)過程中作業(yè)質(zhì)量（布筋、振搗、養(yǎng)護等）。最后，本文中各項原材指標及混凝土配合比選擇僅供其他工程參考，不同工程應進行試配驗證。

[1] 王鐵夢．王鐵夢教授談控制混凝土工程收縮裂縫的18 個主要因素[J]．混凝土，2003(11): 65-65．

[2] 張晶晶，魏鵬，鄧霞，等．C60 高性能混凝土的研究與施工應用[J]．商品混凝土，2016(3): 59-62．

[3] 劉陽，胡長明，韓大富，等．超長地下室混凝土墻體裂縫控制研究[J]．施工技術，2016, 45(6): 106-109．

[4] 馬曉鵬, 曹穎．建筑施工中墻體裂縫成因分析與防治處理[J]．甘肅科技縱橫，2013, 42(1): 85-87．