地下车库中温度收缩裂缝的分析和控制

徐姣娟

上海市地下建筑设计研究院

地下车库中温度收缩裂缝的分析和控制

徐姣娟

上海市地下建筑设计研究院

一、前 言

近年来，城市建设飞速发展，地下车库也随之向大型化和多功能发展，对混凝土结构的长度和宽度要求越来越高。人防工程大多利用地下车库，由于人防工程密闭的要求，根据人民防空规范（GB50038-2005）在防护单元内不宜设置沉降缝、伸缩缝。

由于此类工程整体浇筑的混凝土体积很大，如果不采取措施会产生温度与收缩裂缝。相应会引起渗漏，降低混凝土抗侵蚀性结构的承载力，影响结构的耐久性和整体性。同时也会给使用者感官和心理上造成不良影响。

二、温度收缩裂缝产生的理论分析

由于混凝土自生的特性，产生混凝土温度收缩裂缝的原因可从以下几方面分析：

混凝土浇筑后，由于水泥水化作用放出大量的热量，一般每100kg 水泥可使混凝土温度升高10℃左右, 加上混凝土的入模温度, 在2～3天内, 混凝土内部温度可达50～80℃, 一般在3～5 天内硬化初期达到最高温度，大约混凝土成型时温度与水泥水化热引起的混凝土温升峰值之和。随后逐渐下降，直到接近大气温度。混凝土的线膨胀系数约为10×10-6/℃,即温度每升高或降低10℃, 混凝土会产生0.01%的线膨胀或收缩。

混凝土的传热很慢，浇筑后, 聚积在内部的水泥水化热不易散发, 混凝土的内部温度将显著升高。而混凝土表面则散热较快, 这样形成较大的内外温差, 使混凝土内部产生压应力, 表面产生拉应力。同时, 此时混凝土的龄期很短, 抗拉强度很低,如果温差产生的表面拉应力, 超过此时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土表面产生表面裂缝。

后期混凝土降温时，由于逐渐散热而产生收缩,再加上混凝土硬化过程中, 由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发, 以及胶质体的胶凝作用,促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩, 在收缩时由于受到基底或结构本身的约束, 会产生很大的收缩应力(拉应力),如果产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度,就会在混凝土中产生收缩裂缝。

实际工程中较常见的是以收缩变形为主的温度收缩裂缝。一般发生在混凝土浇筑后一年内, 但多见半月至数月之内。随环境湿度和温度而变化, 随时间而发展, 裂缝的开裂和危害程度往往较单一的收缩或温度裂缝严重。

三、防止和减轻混凝土结构温度收缩裂缝建议

（一）设计方面

设计时可以采用以下措施防止温度收缩裂缝：

1.主体结构混凝土的强度等级

为减少混凝土的水化热，应避免采用高标号的混凝土，混凝土的强度等级越高，水泥用量越大，引起的收缩也越大，易开裂。一般地下工程要求防水混凝土的抗压强度等级达到C20～C35，抗渗等级一般不低于S6，故宜采用C30、C35标号的混凝土。

2.有效设置后浇带

有效设置后浇带是目前设计人员常采用减少温度收缩变形产生裂缝的一种方法。它是施工期间设置的临时变形缝，利用了混凝土早期收缩量大的特性，主要作用是释放早期混凝土收缩应力。早期混凝土的收缩量比较大且温度场相对不稳定，后浇带必须留置一定的时间，从理论上说后浇带留置时间尽可能长些，温度收缩变形释放得比较充分，效果比较好。

后浇带应贯通整个结构，并宜设置在梁、板跨度三等分的中间范围内；宽度宜为700～1000mm；位置按规范规定为30m ～ 40m，具体工程应结合地下车库长度、气候环境特点综合考虑。后浇带两侧宜设钢筋网片，防止主体混凝土流入后浇带。结构封顶后在其两侧混凝土龄期达到42天后用强度等级提高一级的微膨胀混凝土浇灌补齐并加强养护，后浇带处浇灌混凝土前，应将其表面浮浆、杂物等清理干净，涂刷水泥净浆或混凝土界面处理剂，并及时浇筑混凝土。两侧支撑保证稳定可靠，混凝土达设计强度时方可拆除。

3.减少结构约束

约束是变形变化产生裂缝的必要条件，地下室底板的变形变化受到地基、垫层、桩基础等的约束，地下室侧墙受到地基、基础、底板、顶板的约束，顶板受到侧墙的约束。减小结构或者构件受到的约束程度可以相应地减小结构或者构件的约束应力。为了减小地基对底板造成的外部约束，可以在地基与底板之间设置滑动层或者缓冲层，缓冲层用于构件局部突出嵌入岩石的情况。在地板和垫层之间设置滑动层，减小底板受到的约束程度，以消除嵌固作用, 释放约束应力。

4.墙水平钢筋排放的措施

由于外墙受施工和环境湿温度等因素的影响较大，容易出现纵向收缩裂缝，工程实践表明，外墙确定合适的截面尺寸，不宜过小，配筋要遵循细而密的原则。在混凝土中合理配置分布筋是裂缝控制的重要措施，可明显提高混凝土墙的抗变形能力，配筋率宜在0.4%～0.6%。外墙水平钢筋宜放在外侧，间距宜在100～150mm；可在外墙高度的中部1米范围内用Φ8钢筋使外墙水平钢筋增密一倍来设置构造抗裂水平钢筋。

5.一些结构抗裂构造措施

在进行结构设计时,与室外相连的出入口，沿截面均匀配置细密的构造钢筋或钢筋网片，延缓降温可提高构件的抗裂能力。结构开口和突出部位因收缩应力集中的部位，基础突然变化、转折部位，变截面处以及底板、顶板与墙的转角处, 配置构造配筋，在基础内设置必要的温度配筋, 孔洞转角及周边部位, 增加斜向构造配筋, 以改善应力集中。在基础与墙、地坑等接缝部位, 适当增大配筋率, 设暗梁, 以减轻边缘效应, 提高抗拉伸强度,控制裂缝开展。

(二)施工方面

在施工中控制大体积混凝土裂缝的开展, 主要从降低温度应力和提高混凝土的极限抗拉强度两方面入手：

浇筑混凝土时必须控制混凝土的入模温度，做到随浇随抹,表面平整光滑。加强施工中的温度控制；改善约束条件, 削减温度应力；提高混凝土极限抗拉强度。

选择良好级配的粗骨料, 严格控制其含泥量, 加强混凝土的振捣, 提高混凝土的密实度和抗拉强度,减小收缩, 保证施工质量。

对混凝土表面实行保温潮湿养护, 使其保持一定温度, 或加热养护, 缓慢降温, 充分发挥徐变特性,减低温度应力；采取长时间养护, 规定合理的拆模时间, 延缓降温时间和速度, 充分发挥混凝土的“应力松弛效应”。合理安排施工程序, 控制混凝土均匀上升, 避免过大高差；及时回填土, 避免结构侧面长期暴露。施工时应严格按《混凝土结构工程施工质量验收规范》要求养护。

四、结束语

由于大型的地下车库及人防工程的需要，温度收缩裂缝在超长超宽混凝土结构中较常见且日趋增多，设计人员应引起足够重视。温度收缩裂缝是可以控制的, 本文分析温度收缩裂缝产生的原因，从设计、施工两方面介绍了部分防止温度收缩裂缝采取相应的措施, 从各个方面入手进行有效的控制, 才能减少及防止温度裂缝的产生及发展, 提高工程质量。

[1]王铁梦.工程结构裂缝控制.中国建筑工业出版社，1998

[2]游宝坤.混凝土建筑结构裂缝控制的技术措施.建筑结构，2002

[3]混凝土结构设计规范.GB50010-2002

[4]混凝土结构工程施工质量验收规范.GB50204-2002