地下室裂縫預(yù)防及控制研究

閻俊生 (長(zhǎng)江大學(xué)基本建設(shè)處,湖北荊州434023)

隨著城市建設(shè)的發(fā)展,地下室的工程越來越多,但地下建筑的施工卻遇到一些問題。因地下防水的需要,地下室的混凝土一般為抗?jié)B混凝土,而由于地下室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),很容易產(chǎn)生混凝土裂縫[1]。如果對(duì)這些裂縫不加以處理和重視,那么由于裂縫所引起的直接和間接后果是非常嚴(yán)重的,不僅影響建筑物的使用,而且嚴(yán)重降低建筑物的耐久性,對(duì)今后處理補(bǔ)救也造成極大困難。地下室結(jié)構(gòu)一般比較復(fù)雜,外墻滲漏水治理難度較大,混凝土地下室墻出現(xiàn)裂縫,一定要認(rèn)真對(duì)待、科學(xué)分析,根據(jù)實(shí)際情況采取適宜的處理方法。下面,筆者系統(tǒng)分析了地下室裂縫產(chǎn)生的原因,并對(duì)裂縫的預(yù)防和控制措施進(jìn)行了詳細(xì)探討,以提高工程質(zhì)量。

1 混凝土早期裂縫的類型及其產(chǎn)生的原因

1.1 裂縫類型

1)溫度裂縫 ①水化熱產(chǎn)生的溫度裂縫。大量的水化熱聚集在混凝土內(nèi)部而不易散發(fā),導(dǎo)致內(nèi)部溫度急劇上升,而混凝土表面與外界環(huán)境接觸,散熱較快,這樣就形成內(nèi)外的較大溫差。由于熱脹冷縮的關(guān)系,較大的溫差造成內(nèi)部與外部熱脹冷縮的程度不同,內(nèi)部混凝土的膨脹受到外部混凝土的約束,從而使混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度極限時(shí),混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生裂縫。②外界溫度驟變引起的溫度裂縫。在混凝土的施工中,當(dāng)環(huán)境溫差變化較大或混凝土受到寒潮的侵襲時(shí),會(huì)導(dǎo)致混凝土表面溫度急劇下降,而產(chǎn)生降溫收縮,表面收縮的混凝土受內(nèi)部混凝土的約束,將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫,這種裂縫通常只在混凝土表面較淺的范圍內(nèi)產(chǎn)生。

2)化學(xué)收縮和干燥收縮裂縫 ①化學(xué)收縮。混凝土硬化過程中,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。②干燥收縮裂縫。混凝土的干燥收縮裂縫是硬化前的新拌混凝土在凝結(jié)過程中因表面水分蒸發(fā)而引起的裂縫。混凝土受到外部條件的影響,表面失水會(huì)產(chǎn)生收縮,當(dāng)收縮受到基礎(chǔ)或者內(nèi)部約束時(shí)將產(chǎn)生拉應(yīng)力,該拉應(yīng)力超過混凝土抗壓強(qiáng)度時(shí)便會(huì)產(chǎn)生干燥收縮裂縫。常見于澆筑后混凝土構(gòu)件的外露表面,在干熱或大風(fēng)天氣出現(xiàn)。裂縫多為表面性,呈中間寬、兩端細(xì)且長(zhǎng)短不一的平行線狀或網(wǎng)狀形式,寬度多在0.05～0.2mm之間,互不連貫。大體積混凝土中平面部位多見,較薄的梁板中多沿其短向分布。干燥收縮主要是混凝土在硬化過程中表面水分蒸發(fā)過快、水泥石干燥收縮造成的。現(xiàn)在城市的工程一般都采用商品混凝土,商品混凝土為了保證其流動(dòng)性及和易性,水泥用量較多,單位用水量大,砂率高,使混凝土產(chǎn)生干縮裂縫的可能性大增。這種裂縫較小,大部分呈網(wǎng)狀。

1.2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

1)強(qiáng)約束 約束是對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件活動(dòng)和變形的制約,約束分為內(nèi)部約束和外部約束。當(dāng)墻體混凝土收縮變形產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,若外約束很強(qiáng),產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力不能造成約束變形時(shí),則墻體混凝土出現(xiàn)開裂。尤其是早期混凝土容易開裂,因?yàn)榛炷猎缙诳估瓘?qiáng)度較低。墻體的最大外約束應(yīng)力一般都產(chǎn)生在外約束的邊緣,即墻體與柱、筒體、基礎(chǔ)、底板、梁等交接處。但實(shí)際上裂縫并非在墻與約束體的交接處,而是離開0.3～0.5m,其理由是裂縫由約束產(chǎn)生,反過來約束又能推遲裂縫的出現(xiàn)和限制裂縫的擴(kuò)展,這就是 “模箍作用”。

2)建筑物的形體及結(jié)構(gòu)構(gòu)件斷面 框架柱斷面大,墻板厚度小,柱墻連接斷面變化大,不利于防止墻體裂縫,其原因除了柱墻混凝土水化熱產(chǎn)生溫差收縮變化和大柱子給墻板增加約束造成墻體裂縫以外,還因框架柱是高層建筑主要傳力構(gòu)件。基礎(chǔ)以上的所有荷重全部由柱子、筒體傳給基礎(chǔ)、基巖,當(dāng)?shù)鼗霈F(xiàn)沉降或基礎(chǔ)壓縮下沉?xí)r,墻體在基礎(chǔ)邊緣部位產(chǎn)生剪力,導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。

3)地基的不均勻沉降 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。沉降收縮裂縫產(chǎn)生的原因是混凝土澆搗后,骨料顆粒沉落,水分上升,受到鋼筋、予埋件、或大的粗骨料阻擋,而使混凝土互相分離,使混凝本身組成的材料沉落不均造成開裂,該裂縫為中間寬、兩端窄的水平裂縫,多產(chǎn)生鋼筋密集、截面變化較大的部位。

4)其他原因 構(gòu)件在制作、脫模、運(yùn)輸、堆放、吊裝過程中,由于各種原因而產(chǎn)生縱向、橫向、斜向、豎向、水平、表面或貫穿的各種裂縫[2]。

2 裂縫的預(yù)防和控制

地下室施工質(zhì)量控制非常重要,一旦出現(xiàn)問題就有可能帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。所以地下室施工從公司到項(xiàng)目經(jīng)理部都應(yīng)該高度重視。在施工之前,首先應(yīng)編制詳細(xì)的施工方案交甲方、監(jiān)理審批,混凝土施工過程中嚴(yán)格控制好質(zhì)量,并做好溫度檢測(cè),混凝土澆筑完后應(yīng)做好養(yǎng)護(hù)工作,同時(shí)做好施工記錄和資料的整理工作,對(duì)質(zhì)量、進(jìn)度等各方面進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān),消除因施工引起的可能產(chǎn)生裂縫不利因素[3～5]。

2.1 預(yù)防措施

1)溫度裂縫的預(yù)防措施 混凝土澆筑應(yīng)在一天中氣溫較低時(shí)進(jìn)行;優(yōu)先采用水化熱較低的水泥;在保證混凝土強(qiáng)度等級(jí)的前提下,使用適當(dāng)?shù)木從郎p水劑,減少水泥用量、降低水灰比,以減小水化熱;摻用外摻料,如摻用粉煤灰,不僅可取代部分水泥,減少水用量,還可改善混凝土的可泵性等;控制混凝土的入模溫度,例如防止太陽(yáng)直接照射砂石料,向骨料噴水 (井水更好),加冰塊冷卻原材料等;在澆筑時(shí)采用分層澆筑,控制澆筑厚度和進(jìn)度,以利散熱;合理地設(shè)置后澆帶;控制澆筑溫度,如澆筑混凝土?xí)r投入適量毛石、蠻石 (粒徑達(dá)150mm的大骨料),以吸收熱量,并節(jié)約部分混凝土材料,但在這種混凝土中,“毛石塊”不應(yīng)大于總體積的20%～30%;預(yù)埋冷卻水管,用循環(huán)水降低混凝土的溫度,進(jìn)行人工導(dǎo)熱。循環(huán)水是通過管道系統(tǒng)泵入的,以井水為最好;澆筑完畢后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行覆蓋保溫,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù);模板可減緩混凝土表面散熱,減小混凝土內(nèi)外溫差,從而減少混凝土的溫度裂縫,因此在混凝土澆筑完畢后,不要急于拆模,最好7d后拆模。

2)干縮裂縫的預(yù)防措施 選用收縮量較小的水泥,盡量采用中低熱水泥或粉煤灰水泥;混凝土的干縮受水灰比的影響較大,水灰比越大,干縮越大,因此在混凝土配合比設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡量控制好水灰比的選用,同時(shí)摻加合適的減水劑,減少水的用量;外加劑與摻合料應(yīng)選擇得當(dāng),應(yīng)選擇收縮小的外加劑與摻合料;避免雨中澆筑混凝土;做好早期的養(yǎng)護(hù),及時(shí)地保溫、保濕;混凝土澆筑完畢后不要急于拆模。

3)沉降收縮裂縫的預(yù)防措施 在滿足泵送和澆筑的前提下,嚴(yán)格控制混凝土的單位用水量,盡可能減小混凝土塌落度;摻加適量的外加劑改善混凝土性能;控制混凝土攪拌時(shí)間,防止攪拌時(shí)間不均勻造成混凝土前后物理性能相差較大;加強(qiáng)混凝土的搗實(shí);在澆筑過程中下料不能太快,防止混凝土堆積而造成振搗不充分;對(duì)于斷面相差大的結(jié)構(gòu)物,先澆灌較大、較深的部位,置2～3h,然后與較薄斷面一起澆灌;進(jìn)行第2次壓抹或初凝前進(jìn)行2次振搗。

2.2 控制措施

1)控制混凝土選材和配合比,摻加外加劑 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。因此,一般選擇粉煤灰水泥。另外,還可以采用外加劑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)調(diào)整鋼筋配置方案,增設(shè)溫度傳遞分布筋 在配筋設(shè)計(jì)上,建議在配筋率不變情況下,采用上下皮配筋差異方案。如果混凝土比較厚,考慮到散熱速度,在底皮鋼筋和頂皮鋼筋之間設(shè)置溫度分布筋,每平方米1根,上下采用搭接焊。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,減小裂縫產(chǎn)生的比例。

3)合理設(shè)置后澆帶 不均勻沉降主要由地基地質(zhì)和上部建筑荷載不一引起,如果地下室面積大,在主樓與輔樓相交接的位置應(yīng)設(shè)置后澆帶,如果主樓地下室沿邊狹長(zhǎng),在相應(yīng)位置也要設(shè)置后澆帶,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>

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 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。在養(yǎng)護(hù)上,從澆筑完開始,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快,在其表面鋪蓋草袋,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15d。

3 結(jié) 語(yǔ)

通過對(duì)地下室混凝土裂縫的產(chǎn)生原因分析,可知混凝土裂縫的產(chǎn)生是可以控制和預(yù)防的,具體施工中還要靠施工技術(shù)人員多觀察、多比較,出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié),采用多種預(yù)防處理措施,對(duì)混凝土裂縫實(shí)施有效控制,提高混凝土施工技術(shù)水平,保證工程質(zhì)量。

[1]周根全.地下室大體積混凝土裂縫的預(yù)防與控制[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2010,(8):31～32.

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[3]韓坤,李柏地.淺談地下室底板、外墻防裂縫措施 [J].黑龍江科技信息,2010,(3):35～36.

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[5]周步萱,劉淺微.淺談地下室混凝土墻裂縫產(chǎn)生的原因及治理[J].廣東科技,2010,(4):108～109.