地下車庫中溫度收縮裂縫的分析和控制

徐姣娟

上海市地下建筑設計研究院

地下車庫中溫度收縮裂縫的分析和控制

徐姣娟

上海市地下建筑設計研究院

一、前 言

近年來，城市建設飛速發展，地下車庫也隨之向大型化和多功能發展，對混凝土結構的長度和寬度要求越來越高。人防工程大多利用地下車庫，由于人防工程密閉的要求，根據人民防空規范（GB50038-2005）在防護單元內不宜設置沉降縫、伸縮縫。

由于此類工程整體澆筑的混凝土體積很大，如果不采取措施會產生溫度與收縮裂縫。相應會引起滲漏，降低混凝土抗侵蝕性結構的承載力，影響結構的耐久性和整體性。同時也會給使用者感官和心理上造成不良影響。

二、溫度收縮裂縫產生的理論分析

由于混凝土自生的特性，產生混凝土溫度收縮裂縫的原因可從以下幾方面分析：

混凝土澆筑后，由于水泥水化作用放出大量的熱量，一般每100kg 水泥可使混凝土溫度升高10℃左右, 加上混凝土的入模溫度, 在2～3天內, 混凝土內部溫度可達50～80℃, 一般在3～5 天內硬化初期達到最高溫度，大約混凝土成型時溫度與水泥水化熱引起的混凝土溫升峰值之和。隨后逐漸下降，直到接近大氣溫度。混凝土的線膨脹系數約為10×10-6/℃,即溫度每升高或降低10℃, 混凝土會產生0.01%的線膨脹或收縮。

混凝土的傳熱很慢，澆筑后, 聚積在內部的水泥水化熱不易散發, 混凝土的內部溫度將顯著升高。而混凝土表面則散熱較快, 這樣形成較大的內外溫差, 使混凝土內部產生壓應力, 表面產生拉應力。同時, 此時混凝土的齡期很短, 抗拉強度很低,如果溫差產生的表面拉應力, 超過此時的混凝土極限抗拉強度,就會在混凝土表面產生表面裂縫。

后期混凝土降溫時，由于逐漸散熱而產生收縮,再加上混凝土硬化過程中, 由于混凝土內部拌合水的水化和蒸發, 以及膠質體的膠凝作用,促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮, 在收縮時由于受到基底或結構本身的約束, 會產生很大的收縮應力(拉應力),如果產生的收縮應力超過當時的混凝土極限抗拉強度,就會在混凝土中產生收縮裂縫。

實際工程中較常見的是以收縮變形為主的溫度收縮裂縫。一般發生在混凝土澆筑后一年內, 但多見半月至數月之內。隨環境濕度和溫度而變化, 隨時間而發展, 裂縫的開裂和危害程度往往較單一的收縮或溫度裂縫嚴重。

三、防止和減輕混凝土結構溫度收縮裂縫建議

（一）設計方面

設計時可以采用以下措施防止溫度收縮裂縫：

1.主體結構混凝土的強度等級

為減少混凝土的水化熱，應避免采用高標號的混凝土，混凝土的強度等級越高，水泥用量越大，引起的收縮也越大，易開裂。一般地下工程要求防水混凝土的抗壓強度等級達到C20～C35，抗滲等級一般不低于S6，故宜采用C30、C35標號的混凝土。

2.有效設置后澆帶

有效設置后澆帶是目前設計人員常采用減少溫度收縮變形產生裂縫的一種方法。它是施工期間設置的臨時變形縫，利用了混凝土早期收縮量大的特性，主要作用是釋放早期混凝土收縮應力。早期混凝土的收縮量比較大且溫度場相對不穩定，后澆帶必須留置一定的時間，從理論上說后澆帶留置時間盡可能長些，溫度收縮變形釋放得比較充分，效果比較好。

后澆帶應貫通整個結構，并宜設置在梁、板跨度三等分的中間范圍內；寬度宜為700～1000mm；位置按規范規定為30m ～ 40m，具體工程應結合地下車庫長度、氣候環境特點綜合考慮。后澆帶兩側宜設鋼筋網片，防止主體混凝土流入后澆帶。結構封頂后在其兩側混凝土齡期達到42天后用強度等級提高一級的微膨脹混凝土澆灌補齊并加強養護，后澆帶處澆灌混凝土前，應將其表面浮漿、雜物等清理干凈，涂刷水泥凈漿或混凝土界面處理劑，并及時澆筑混凝土。兩側支撐保證穩定可靠，混凝土達設計強度時方可拆除。

3.減少結構約束

約束是變形變化產生裂縫的必要條件，地下室底板的變形變化受到地基、墊層、樁基礎等的約束，地下室側墻受到地基、基礎、底板、頂板的約束，頂板受到側墻的約束。減小結構或者構件受到的約束程度可以相應地減小結構或者構件的約束應力。為了減小地基對底板造成的外部約束，可以在地基與底板之間設置滑動層或者緩沖層，緩沖層用于構件局部突出嵌入巖石的情況。在地板和墊層之間設置滑動層，減小底板受到的約束程度，以消除嵌固作用, 釋放約束應力。

4.墻水平鋼筋排放的措施

由于外墻受施工和環境濕溫度等因素的影響較大，容易出現縱向收縮裂縫，工程實踐表明，外墻確定合適的截面尺寸，不宜過小，配筋要遵循細而密的原則。在混凝土中合理配置分布筋是裂縫控制的重要措施，可明顯提高混凝土墻的抗變形能力，配筋率宜在0.4%～0.6%。外墻水平鋼筋宜放在外側，間距宜在100～150mm；可在外墻高度的中部1米范圍內用Φ8鋼筋使外墻水平鋼筋增密一倍來設置構造抗裂水平鋼筋。

5.一些結構抗裂構造措施

在進行結構設計時,與室外相連的出入口，沿截面均勻配置細密的構造鋼筋或鋼筋網片，延緩降溫可提高構件的抗裂能力。結構開口和突出部位因收縮應力集中的部位，基礎突然變化、轉折部位，變截面處以及底板、頂板與墻的轉角處, 配置構造配筋，在基礎內設置必要的溫度配筋, 孔洞轉角及周邊部位, 增加斜向構造配筋, 以改善應力集中。在基礎與墻、地坑等接縫部位, 適當增大配筋率, 設暗梁, 以減輕邊緣效應, 提高抗拉伸強度,控制裂縫開展。

(二)施工方面

在施工中控制大體積混凝土裂縫的開展, 主要從降低溫度應力和提高混凝土的極限抗拉強度兩方面入手：

澆筑混凝土時必須控制混凝土的入模溫度，做到隨澆隨抹,表面平整光滑。加強施工中的溫度控制；改善約束條件, 削減溫度應力；提高混凝土極限抗拉強度。

選擇良好級配的粗骨料, 嚴格控制其含泥量, 加強混凝土的振搗, 提高混凝土的密實度和抗拉強度,減小收縮, 保證施工質量。

對混凝土表面實行保溫潮濕養護, 使其保持一定溫度, 或加熱養護, 緩慢降溫, 充分發揮徐變特性,減低溫度應力；采取長時間養護, 規定合理的拆模時間, 延緩降溫時間和速度, 充分發揮混凝土的“應力松弛效應”。合理安排施工程序, 控制混凝土均勻上升, 避免過大高差；及時回填土, 避免結構側面長期暴露。施工時應嚴格按《混凝土結構工程施工質量驗收規范》要求養護。

四、結束語

由于大型的地下車庫及人防工程的需要，溫度收縮裂縫在超長超寬混凝土結構中較常見且日趨增多，設計人員應引起足夠重視。溫度收縮裂縫是可以控制的, 本文分析溫度收縮裂縫產生的原因，從設計、施工兩方面介紹了部分防止溫度收縮裂縫采取相應的措施, 從各個方面入手進行有效的控制, 才能減少及防止溫度裂縫的產生及發展, 提高工程質量。

[1]王鐵夢.工程結構裂縫控制.中國建筑工業出版社，1998

[2]游寶坤.混凝土建筑結構裂縫控制的技術措施.建筑結構，2002

[3]混凝土結構設計規范.GB50010-2002

[4]混凝土結構工程施工質量驗收規范.GB50204-2002