地下室裂缝预防及控制研究

2010-04-03阎俊生长江大学基本建设处湖北荆州434023

长江大学学报(自科版) 2010年2期

阎俊生 (长江大学基本建设处,湖北荆州434023)

随着城市建设的发展,地下室的工程越来越多,但地下建筑的施工却遇到一些问题。因地下防水的需要,地下室的混凝土一般为抗渗混凝土,而由于地下室的结构特点,很容易产生混凝土裂缝[1]。如果对这些裂缝不加以处理和重视,那么由于裂缝所引起的直接和间接后果是非常严重的,不仅影响建筑物的使用,而且严重降低建筑物的耐久性,对今后处理补救也造成极大困难。地下室结构一般比较复杂,外墙渗漏水治理难度较大,混凝土地下室墙出现裂缝,一定要认真对待、科学分析,根据实际情况采取适宜的处理方法。下面,笔者系统分析了地下室裂缝产生的原因,并对裂缝的预防和控制措施进行了详细探讨,以提高工程质量。

1 混凝土早期裂缝的类型及其产生的原因

1.1 裂缝类型

1)温度裂缝 ①水化热产生的温度裂缝。大量的水化热聚集在混凝土内部而不易散发,导致内部温度急剧上升,而混凝土表面与外界环境接触,散热较快,这样就形成内外的较大温差。由于热胀冷缩的关系,较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同,内部混凝土的膨胀受到外部混凝土的约束,从而使混凝土表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时,混凝土表面就会产生裂缝。②外界温度骤变引起的温度裂缝。在混凝土的施工中,当环境温差变化较大或混凝土受到寒潮的侵袭时,会导致混凝土表面温度急剧下降,而产生降温收缩,表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力而产生裂缝,这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。

2)化学收缩和干燥收缩裂缝 ①化学收缩。混凝土硬化过程中,水泥要发生一系列化学变化,称之为水化,但水化生成物体积比反应前物质总体积要小,这种收缩称之为化学收缩。②干燥收缩裂缝。混凝土的干燥收缩裂缝是硬化前的新拌混凝土在凝结过程中因表面水分蒸发而引起的裂缝。混凝土受到外部条件的影响,表面失水会产生收缩,当收缩受到基础或者内部约束时将产生拉应力,该拉应力超过混凝土抗压强度时便会产生干燥收缩裂缝。常见于浇筑后混凝土构件的外露表面,在干热或大风天气出现。裂缝多为表面性,呈中间宽、两端细且长短不一的平行线状或网状形式,宽度多在0.05～0.2mm之间,互不连贯。大体积混凝土中平面部位多见,较薄的梁板中多沿其短向分布。干燥收缩主要是混凝土在硬化过程中表面水分蒸发过快、水泥石干燥收缩造成的。现在城市的工程一般都采用商品混凝土,商品混凝土为了保证其流动性及和易性,水泥用量较多,单位用水量大,砂率高,使混凝土产生干缩裂缝的可能性大增。这种裂缝较小,大部分呈网状。

1.2 裂缝产生的原因分析

1)强约束约束是对结构构件活动和变形的制约,约束分为内部约束和外部约束。当墙体混凝土收缩变形产生内应力,若外约束很强,产生的内应力不能造成约束变形时,则墙体混凝土出现开裂。尤其是早期混凝土容易开裂,因为混凝土早期抗拉强度较低。墙体的最大外约束应力一般都产生在外约束的边缘,即墙体与柱、筒体、基础、底板、梁等交接处。但实际上裂缝并非在墙与约束体的交接处,而是离开0.3～0.5m,其理由是裂缝由约束产生,反过来约束又能推迟裂缝的出现和限制裂缝的扩展,这就是 “模箍作用”。

2)建筑物的形体及结构构件断面框架柱断面大,墙板厚度小,柱墙连接断面变化大,不利于防止墙体裂缝,其原因除了柱墙混凝土水化热产生温差收缩变化和大柱子给墙板增加约束造成墙体裂缝以外,还因框架柱是高层建筑主要传力构件。基础以上的所有荷重全部由柱子、筒体传给基础、基岩,当地基出现沉降或基础压缩下沉时,墙体在基础边缘部位产生剪力,导致裂缝出现。

3)地基的不均匀沉降任何一个地质勘察,其结果都是近似的。当设计假设模型与地质实际不符等情况出现时,都很可能出现不均匀沉降。同时,由于上部建筑物荷载不同,也产生不均匀沉降。这种不均匀沉降对混凝土就产生拉应力,当应力超过混凝土极限拉伸值时,导致裂缝产生。这种裂缝一旦出现则比较严重,可能危及安全和使用等功能。沉降收缩裂缝产生的原因是混凝土浇捣后,骨料颗粒沉落,水分上升,受到钢筋、予埋件、或大的粗骨料阻挡,而使混凝土互相分离,使混凝本身组成的材料沉落不均造成开裂,该裂缝为中间宽、两端窄的水平裂缝,多产生钢筋密集、截面变化较大的部位。

4)其他原因构件在制作、脱模、运输、堆放、吊装过程中,由于各种原因而产生纵向、横向、斜向、竖向、水平、表面或贯穿的各种裂缝[2]。

2 裂缝的预防和控制

地下室施工质量控制非常重要,一旦出现问题就有可能带来巨大的经济损失。所以地下室施工从公司到项目经理部都应该高度重视。在施工之前,首先应编制详细的施工方案交甲方、监理审批,混凝土施工过程中严格控制好质量,并做好温度检测,混凝土浇筑完后应做好养护工作,同时做好施工记录和资料的整理工作,对质量、进度等各方面进行严格把关,消除因施工引起的可能产生裂缝不利因素[3～5]。

2.1 预防措施

1)温度裂缝的预防措施混凝土浇筑应在一天中气温较低时进行;优先采用水化热较低的水泥;在保证混凝土强度等级的前提下,使用适当的缓凝减水剂,减少水泥用量、降低水灰比,以减小水化热;掺用外掺料,如掺用粉煤灰,不仅可取代部分水泥,减少水用量,还可改善混凝土的可泵性等;控制混凝土的入模温度,例如防止太阳直接照射砂石料,向骨料喷水 (井水更好),加冰块冷却原材料等;在浇筑时采用分层浇筑,控制浇筑厚度和进度,以利散热;合理地设置后浇带;控制浇筑温度,如浇筑混凝土时投入适量毛石、蛮石 (粒径达150mm的大骨料),以吸收热量,并节约部分混凝土材料,但在这种混凝土中,“毛石块”不应大于总体积的20%～30%;预埋冷却水管,用循环水降低混凝土的温度,进行人工导热。循环水是通过管道系统泵入的,以井水为最好;浇筑完毕后,应及时进行覆盖保温,加强养护;模板可减缓混凝土表面散热,减小混凝土内外温差,从而减少混凝土的温度裂缝,因此在混凝土浇筑完毕后,不要急于拆模,最好7d后拆模。

2)干缩裂缝的预防措施选用收缩量较小的水泥,尽量采用中低热水泥或粉煤灰水泥;混凝土的干缩受水灰比的影响较大,水灰比越大,干缩越大,因此在混凝土配合比设计中,应尽量控制好水灰比的选用,同时掺加合适的减水剂,减少水的用量;外加剂与掺合料应选择得当,应选择收缩小的外加剂与掺合料;避免雨中浇筑混凝土;做好早期的养护,及时地保温、保湿;混凝土浇筑完毕后不要急于拆模。

3)沉降收缩裂缝的预防措施在满足泵送和浇筑的前提下,严格控制混凝土的单位用水量,尽可能减小混凝土塌落度;掺加适量的外加剂改善混凝土性能;控制混凝土搅拌时间,防止搅拌时间不均匀造成混凝土前后物理性能相差较大;加强混凝土的捣实;在浇筑过程中下料不能太快,防止混凝土堆积而造成振捣不充分;对于断面相差大的结构物,先浇灌较大、较深的部位,置2～3h,然后与较薄断面一起浇灌;进行第2次压抹或初凝前进行2次振捣。

2.2 控制措施

1)控制混凝土选材和配合比,掺加外加剂普通硅酸盐水泥早期强度高但水化热大;矿渣水泥虽然比普通水泥比热低,但泌水、干缩现象严重,且后期硬化收缩也大;火山灰水泥后期收缩较大,同时经济效益也不合算。因此,一般选择粉煤灰水泥。另外,还可以采用外加剂LN-800N和膨胀剂HEA,这在相当程度上减低水灰比和水泥用量,降低了水化热,也使混凝土得到补偿收缩。

2)调整钢筋配置方案,增设温度传递分布筋在配筋设计上,建议在配筋率不变情况下,采用上下皮配筋差异方案。如果混凝土比较厚,考虑到散热速度,在底皮钢筋和顶皮钢筋之间设置温度分布筋,每平方米1根,上下采用搭接焊。这种上下错位分布,减小钢筋直径,加密钢筋间距在一定程度上缓和了混凝土收缩,上下搭接的的连通钢筋能快速把中间热量传递出来,减小裂缝产生的比例。

3)合理设置后浇带不均匀沉降主要由地基地质和上部建筑荷载不一引起,如果地下室面积大,在主楼与辅楼相交接的位置应设置后浇带,如果主楼地下室沿边狭长,在相应位置也要设置后浇带,这样,有效地减少了工程早期可能不均匀沉降所产生的裂缝,也对整个底版放松了约束,同时还减少混凝土浇筑长度引起的蓄热量,减少温度应力,对裂缝的预防和控制扩展起到了相当的作用。

4)采取措施加强养护,对温度进行严密监控施工 (底板混凝土浇筑)控制在4月底完成,避开了暴晒和炎热天气。在养护上,从浇筑完开始,配4个专人养护,轮流值班。为了保证已浇好混凝土表面散热速度不至于过快,在其表面铺盖草袋,并在草袋上再盖上尼龙薄膜,保持混凝土表面湿润,使之缓缓降温,将养护期延长至15d。