淺談鋼筋混凝土地下室裂縫的控制

　　關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土，地下室，裂縫，控制　　

　　隨著對地下室空間的綜合利用及城市高層建筑和人民防空事業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋼筋混凝土地下室(箱型基礎(chǔ))以其獨有的特性和功能越來越多地被建設(shè)單位和設(shè)計者采用。由于鋼筋混凝土地下室永久處于潮濕或地下水環(huán)境中，鋼筋混凝土的耐久性和使用功能被人們所關(guān)心和重視，而裂縫是影響鋼筋混凝土耐久性和使用功能的主要因素之一。本文就鋼筋混凝土地下室裂縫的控制談一些看法。

　　一、產(chǎn)生裂縫的原因以及影響

　　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，混凝土強度級別較高（一般都高于C30），水泥用量大，因此混凝土在初凝過程中會有大量水化熱產(chǎn)生�；炷�土是熱的不良導(dǎo)體，又由于地下室底版幾何尺寸巨大，這些熱量不易及時排出而積聚，導(dǎo)致了其內(nèi)部溫度迅速升高（最高時可達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。這種相對的“內(nèi)脹外縮”對混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)它超過混凝土拉伸極限1～1.5×10-4，裂縫就產(chǎn)生了。

　　2、混凝土收縮變形及其影響

　　①干燥收縮，干燥收縮是指混凝土停止養(yǎng)護后，在不飽和的空氣中失去內(nèi)部毛細孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生的不可逆收縮，它不同于干濕交替引起的可逆收縮,雷蒙磨粉機。這種現(xiàn)象在混凝土剛拆模后表現(xiàn)尤為明顯，這時混凝土的強度很低，干縮卻非常大，同時由于混凝土拆模后和空氣接觸使周圍空氣溫度上升，由此導(dǎo)致周圍空氣的濕度降低，進一步加大了混凝土干縮。影響混凝土干燥收縮的主要因素是：骨料、水灰比、單位水泥漿體含量。

　�、诨瘜W(xué)收縮，水泥水化后，固相體積增加，但水泥－體系的絕對體積減小。所有的膠凝材料在水化后都有這個減縮作用，大部分硅酸鹽水泥在水化后體積總減少量為7%～9%。在硬化前，所增加的固相體積填充原來被水所占據(jù)的空間，使水泥密實，而宏觀體積減縮；在硬化后，則宏觀體積不變而水泥－水體積減縮后形成內(nèi)部孔隙。因此，這種化學(xué)減縮在硬化前不影響硬化混凝土的性質(zhì)�；瘜W(xué)減縮和水泥的組成有關(guān)。

　�、鬯苄允湛s，塑性收縮發(fā)生在硬化前的塑性階段，是指塑性階段混凝土由于表面失水速率大于泌水速率而產(chǎn)生的收縮，多見于道路、地坪、樓板等大面積的工程，以夏季有風(fēng)的情況下施工最為普遍。混凝土在新拌的狀態(tài)下，拌和物中顆粒間充滿水，如果養(yǎng)護不足，表面失水速率超過內(nèi)部水向表面遷移的速率時，則會造成毛細管中產(chǎn)生負壓，使?jié){體產(chǎn)生塑性收縮。塑性收縮常伴隨著不可見裂縫的發(fā)展。

　�、軠囟仁湛s，溫度收縮主要是混凝土內(nèi)部溫度由于水泥水化而升高，最后又冷卻到環(huán)境溫度時產(chǎn)生的收縮。其大小與環(huán)境溫度、混凝土澆筑溫度、混凝土的熱膨脹系數(shù)、混凝土最高溫度和降溫速率有關(guān)。降低溫升、減小降溫速率、提高混凝土的抗拉強度、使用熱膨脹系數(shù)低的集料(石灰?guī)r、輝長巖)，有利于減少冷縮和防止開裂。

　�、萏蓟�收縮,空氣中含CO2約為0.04%，在相對濕度合適的條件下，CO2能和混凝土表面由于水泥水化生成的水化物很快地起反應(yīng)，稱為碳化，伴隨有體積收縮，稱為碳化收縮。碳化收縮是不可逆的。

　�、拮允湛s,自收縮是由于混凝土內(nèi)部相對濕度隨水泥水化的進展而降低進而造成毛細孔中水分不飽和并由此產(chǎn)生的負壓引起的混凝土收縮�；炷�土自收縮是在混凝土與外界無水分交換的條件下發(fā)生的。影響自收縮的因素主要有水膠比、水泥品種、輔助膠凝材料、集料、水泥細度、養(yǎng)護溫度、外加劑、試件尺寸等。

　　混凝土的收縮是導(dǎo)致混凝土開裂的主要原因。在大體積混凝土中，當(dāng)這些收縮由于內(nèi)外環(huán)境不一致而使混凝土構(gòu)件表面拉應(yīng)力超過其拉伸極限時，導(dǎo)致了裂縫的產(chǎn)生。

　　3、地基的不均勻沉降及其影響

　　基礎(chǔ)設(shè)計的主要依據(jù)是工程地質(zhì)勘察報告。任何一個地質(zhì)勘察，其結(jié)果都是近似的。當(dāng)設(shè)計假設(shè)模型與地質(zhì)實際不符等情況出現(xiàn)時，都很可能出現(xiàn)不均勻沉降。同時，由于上部建筑物荷載不同，也產(chǎn)生不均勻沉降。這種不均勻沉降對混凝土就產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土極限拉伸值時，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。這種裂縫一旦出現(xiàn)則比較嚴重，可能危及安全和使用等功能。

　　二、控制裂縫的措施

　　1、設(shè)計方面

　　總體上講，宏觀裂縫是在外荷載和變形荷載單獨或共同作用下產(chǎn)生的。在一般工程設(shè)計中，設(shè)計者往往重視荷載作用下的承載力計算，當(dāng)構(gòu)件斷面、配筋率滿足規(guī)范構(gòu)造要求時，不做構(gòu)件荷載作用下的撓度和裂縫驗算；而變形荷載曲溫度、收縮、不均勻沉降等引起)盡管是產(chǎn)生裂縫的主要原因，卻因為無規(guī)范強制要求、計算依據(jù)不充分而不進行設(shè)計計算，對于重要構(gòu)件設(shè)計者只是提出分段施工、采用低水化熱水泥、摻膨脹劑、不宜夏季施工等原則性措施，缺乏針對具體1二程構(gòu)件而來取的嚴謹、科學(xué)、量化的有效方法。這使得裂縫在設(shè)計階段沒有得到事先控制。在施工階段，施工單位只能根據(jù)自己的經(jīng)驗或借鑒參考資料制定控制裂縫的措施，這種措施由于缺乏設(shè)計者的參與而往往是不系統(tǒng)的，因而不可避免地帶有片面性、盲目性，致使最終效果并不十分理想。

　　（1）混凝土強度等級。隨著建筑材料的開發(fā)及混凝土技術(shù)的不斷進步，高性能(尤其是高強)混凝土發(fā)展迅速。高層建筑地下室的混凝土設(shè)計強度已達到C40～C60。現(xiàn)行規(guī)范對混凝土強度的評定是以28天標準養(yǎng)護試塊的強度值為準，而事實上基礎(chǔ)達到設(shè)汁允許的使用荷載是在丁程交付以后(一般基礎(chǔ)施工需1～3年時間)，因此基礎(chǔ)的早期強度沒有必要在28天達到設(shè)計強度況且地下室結(jié)構(gòu)一般為厚大截面，水化熱的作用使混凝土內(nèi)部溫度較高，遠遠超過標準養(yǎng)護溫度，其較好的環(huán)境往往使鹼28天的實際強度明顯高于標準試塊。這些己成為專業(yè)技術(shù)人員的共識，因此有些工程用60天(甚至90天)混凝土標準養(yǎng)護試塊的強度值取代28天強度，但這種做法缺乏設(shè)計和規(guī)范的明示，往往因為業(yè)主或監(jiān)理方的不同意見而得不到實施或難度重重，同時給工程驗收帶來困難。

　�。�2）鋼筋配置與結(jié)構(gòu)形式。在對裂縫研究尚不成熟的今天。合理的鋼筋配置和較低約束結(jié)構(gòu)形式對裂縫控制是至關(guān)重要的。

　�、黉摻钆渲�。對于強度等級高、厚度較大(一般150mm以上)的地下室多跨連續(xù)頂板，當(dāng)邊長在30m以上時，宜采用連續(xù)式雙層配筋、鋼筋間距不宜大于150ram。

　　地下室擋土墻是最容易產(chǎn)生裂縫的薄弱構(gòu)件，僅按土的側(cè)壓力作用配筋只需較低的配筋率(約0.2%)，而且沒有考慮連墻柱對墻的約束，規(guī)范也未對擋土墻配筋進行明確規(guī)定，這對控制裂縫是危險的，根據(jù)多項工程的經(jīng)驗教訓(xùn)，墻體水乎配筋率宜達到0.6%左右，水平筋間距宜小于150mm。墻體與柱連接部位應(yīng)設(shè)置加露構(gòu)造鋼筋，以抵御應(yīng)力集中現(xiàn)象。

　�、诮Y(jié)構(gòu)形式。在建筑設(shè)計允許的情況下，盡量不采用大截面框架柱與墻體連接的結(jié)構(gòu)形式，使應(yīng)力相對均衡、減少約束非使用功能之必須，不宜追求超長、超寬結(jié)構(gòu)。

　　2、施工方面

　�。�1）控制混凝土選材和配合比�？刂苹炷�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。普通混凝土酸鹽水泥早期強度高但水化熱大；礦渣水泥雖然比普通水泥比熱低，但泌水、干縮現(xiàn)象嚴重，且后期硬化收縮也大；火山灰水泥后期收縮較大，同時經(jīng)濟效益也不合算。一般選擇了粉煤灰水泥。

　　粉煤灰水泥特性如下：成分，在混凝土酸鹽水泥中摻入占水泥重量20～40%的粉煤灰組合而成。特性，早期強度較低，后期強度增長較快；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；干縮性較小；抗裂性較好。選擇粉煤灰水泥在技術(shù)上有兩點好處：一是減少內(nèi)部水化熱的產(chǎn)生（因為減少了水泥用量）；二是減少混凝土的“干縮”量，這樣從整體上對裂縫的產(chǎn)生和擴展起到了預(yù)防和抑制作用。

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

　　另外，一般采用了外加劑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，也使混凝土得到補償收縮。

　�。�2）混凝土泵送施工。泵送混凝土的工藝特性要求混凝土具有較大的流動性和較好的和易性及合適的粗骨料粒徑(一般315mm以下)在同等級混凝土強度條件下。水灰比、水泥用量、用水量、砂率必然比普通混凝土明顯增大，這對裂縫控制是非常不利的，泵送混凝土的收縮變形比普通混凝土的收縮變形大1倍多。要改善這一狀況，采用較低的坍落度和摻人外加劑及粉煤灰是有效的方法。由于地下室基本位于地面以下，又是較厚大構(gòu)件，采用l00～120ram的現(xiàn)場泵送坍落度是適宜的，千萬不可盲目強凋可泵性而使混凝土產(chǎn)生許多負面效應(yīng)。

　�。�3）施工季節(jié)的選擇。從土方及大體積混凝土的質(zhì)量擰制而言，在春秋、初冬進行地下室施工是比較有利的。一方面避免雨雪對地下工程的影響；另一方面可以獲得適宜的人模溫度和養(yǎng)護環(huán)境，這對裂縫控制是非常重要的，同時大大降低技術(shù)措施費用。

　　（4）溫度控制。對于底板、擋墻、厚截面梁等產(chǎn)生較大水化熱溫升的構(gòu)件，不僅要控制升溫階段混凝土的內(nèi)外溫差及絕對溫升，更應(yīng)控制降溫階段的降溫速度不宜大于3℃，天，絕對溫升大于30℃時降溫速度宜小于1.5℃/天，以盡可能發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松弛效應(yīng)，同時要嚴防寒流襲擊，造成溫度突降。

　　（5）后澆帶設(shè)置(不包括差異沉降后澆帶)。底板一般具有配筋量大、鋼筋間距小、養(yǎng)護條件好、地基對底板約束較小(巖石地基除外)的特點，這對裂縫控制是有利的�？紤]基礎(chǔ)的整體性、防水，注(水平后澆帶清理圈難)及施工方便，厚度為1.5m以下、長邊小于6Om的底板宜不留后澆帶；厚度1.5m以上，當(dāng)采取有效的降溫措施時，也不宜留置后落帶。地下室筏板對擋土墻具有很大的約束，這是擋土墻產(chǎn)生裂縫的主要原因之一，宜采用后澆帶的方法削減溫度收縮應(yīng)力，后澆帶的間距約20～30m其位置應(yīng)與施工縫、預(yù)留洞口結(jié)合考慮，以減少后澆帶的數(shù)量及消除預(yù)留洞口處應(yīng)力集中。地下室頂板的后澆帶位置與墻體后澆帶相同。后澆帶的保留時間二般不少于42天，在不影響工程進度的前提下，保留時間越長越好。后澆帶宜采用摻膨脹劑的同等級混凝土填充。

　�。�6）墻體與頂板的澆注。為了減免墻體對頂板約束，在墻體高度小于4m，且混凝土澆注能力能滿足連續(xù)施工的情況下，墻體宜與頂板整體澆注。當(dāng)整體澆注有困難時，應(yīng)在施工縫上下各配置4根l6mm以上的變形鋼筋(施工縫在暗梁下口時只在縫下配置)，以抑制裂縫發(fā)生。

　�。�7）二次振搗及抹壓。新澆注的混凝土在表面水分不斷蒸發(fā)且得不到及時補充的情況下，容易出現(xiàn)塑性收縮裂縫，同時在鋼筋位置容易出現(xiàn)沉降裂縫。消除這種裂縫方法除優(yōu)化配比、及時覆蓋保水以外，采用混凝土初凝前二次振搗及2～3遍間隔性抹壓是有效的，而且增加混凝土的密實度。

　�。�8）混凝土的養(yǎng)護。眾所周知，養(yǎng)護對混凝土的強度增加、控制混凝土內(nèi)外溫差及減少收縮是非常重要的。應(yīng)落實好砼澆筑后的養(yǎng)護措施，盡量做好保濕保溫養(yǎng)護，既可使砼初期獲得更高的強度，還可減少砼的溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力，養(yǎng)護時間在14天以上。

　　三、結(jié)束語

　　由此可見，雖然地下室鋼筋混凝土裂縫是建筑工程質(zhì)量通病之一，且其裂縫在長期荷載及地下水壓及土壓作用下會加深加大，造成很大危害，但只要在設(shè)計、施工、養(yǎng)護方法等方面采取控制措施，地下室混凝土的裂縫是可以防治的。