地下大體積混凝土裂縫預防與控制

摘要：隨著城市建筑的發展，地下空間被廣泛利用，但地下建筑的施工卻遇到一些問題。地下室大體積混凝土裂縫預防與控制就是其中之一。

關鍵詞：地下大體積混凝土裂縫預防

0 引言

隨著城市建筑的發展，地下空間被廣泛利用，但地下建筑的施工卻遇到一些問題。地下室大體積混凝土裂縫預防與控制就是其中之一。地下室大體積混凝土有如下特點：①混凝土強度高，水泥用量大，因而收縮變形大：②幾何尺寸大，內部熱量積聚迅速，溫升快，而外部卻散熱快，易形成高溫差；③工程量大，施工連續性強，不易控制。

混凝土結構裂縫產生原因有三種：一是由外荷載引起，即按照常規計算的主要應力引起；二是結構次應力引起，即由實際工作狀態與假設模型不符所致；三是由變形應力引起，這是由于溫度、收縮、膨脹、不均勻沉降等因素引起的結構變形。地下室大體積混凝土裂縫主要產生原因屬于第三種。

1 產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構中，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生。混凝土是熱的不良導體，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，導致了其內部溫度迅速升高(最高時可達70-80℃)。相反，在構件表面，則由于散熱條件好，溫度保持較低水平，這樣就出現了內外溫差。這種相對的“內脹外縮”對混凝土表面產生拉應力，當它超過混凝土拉伸極限1-1.05×10-4，裂縫就產生了。

1.2 混凝土收縮變形及其影響①化學收縮。混凝土硬化過程中，水泥要發生一系列化學變化，稱之為水化，但水化生成物休積比反應前物質總體積要小，這種收縮，我們稱之為化學收縮；②混凝土的干收縮。干收縮是由于混凝土內部吸附水蒸發引起凝膠體失水產生緊縮，混凝土的干縮取決于周圍環境濕度變化。在大體積混凝土中，當這種收縮由于內外環境不一致而使混凝土構件表面拉應力超過其拉伸極限時，導致了裂縫的產生。

1.3 地基的不均勻沉降及其影響基礎設計的主要依據是工程地質勘察報告。任何一個地質勘察，其結果都是近似的。當設計假設模型與地質實際不符等情況出現時，都很可能出現不均勻沉降。同時，由于上部建筑物荷載不同，也產生不均勻沉降。這種不均勻沉降對混凝土就產生拉應力，當應力超過混凝土極限拉伸值時，導致裂縫產生。這種裂縫一旦出現則比較嚴重，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，同時經濟效益也不合算。通過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，早期強度較低，后期強度增長較快；水化熱較小；耐凍性差：耐硫酸鹽腐蝕及耐水性較好；抗炭化能力差：抗滲性較好；千縮性較小；抗裂性較好。供應標號，275、325、425、425R、525、525R、625Ro

選擇粉煤灰水泥在技術上有兩點好處：一是減少內部水化熱的產生(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生和擴展起到了預防和抑制作用。

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<0.5％；砂為中砂，細度模數為3.5，含泥量<5％；含硫雜質<0.5％。

另外，我們還采用了外加劑LN-800N和膨脹劑HEA。這在相當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。

2.2 調整鋼筋配置方案，增設溫度傳遞分布筋。將混凝土內部熱量及時傳遞出來，防止內部熱量積蓄。

在配筋設計上，建議設計院在配筋率不變情況下，采用上下皮配筋差異方案，即底皮鋼筋在無柱板帶上無論縱橫都采用φ25@150，在有柱板帶處上下皮筋均采用φ25@1300由于混凝土有1米厚，考慮到散熱速度，我們在底皮鋼筋和頂皮鋼筋之間設置了φ25，溫度分布筋，每平方米1根，上下采用搭接焊，將原來φ28@200配筋方案徹底放棄了。這種上下錯位分布，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，上下搭接的連通鋼筋能快速把中間熱量傳遞出來，減小裂縫產生的比例。

2.3 合理設置后澆帶，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和上部建筑荷載不一引起，由于地下室面積大，我們在主樓與與輔樓相交接的位置設置了3條后澆帶。同時，由于主樓地下室沿邊狹長，我們在相應位置設置了后澆帶，這樣，有效地減少了工程早期可能不均勻沉降所產生的裂縫，也對整個底版放松了約束，同時還減少混凝土澆筑長度引起的蓄熱量，減少溫度應力，對裂縫的預防和控制擴展起到了相當的作用。

2.4 采取措施加強養護，對溫度進行嚴密監控。防止出現較大溫差。

施工(底板混凝土澆筑)控制在4月底完成，避開了暴曬和炎熱天氣。養護上，我們從澆筑完開始，配4個專人養護，輪流值班。為了保證已澆好混凝土表面散熱速度不至于過快，在其表面我們鋪蓋了草袋，并在草袋上再蓋上尼龍薄膜，保持混凝土表面濕潤，使之緩緩降溫，將養護期延長至15天。

以上方法可以有效預防和控制地下室大面積混凝土的裂縫。