大体积地下室混凝土剪力墙裂缝控制技术

2011-08-15马康兵

商品混凝土 2011年7期

马康兵

（临沂天元混凝土工程有限公司，临沂276000）

1 前言

建筑结构物大体积混凝土包括基础底板、承台及空中结构转换层等混凝土结构工程的说法是工程技术管理人员普遍接受的，而对于墙体结构这类广义的“大体积混凝土”所涉及的问题往往被忽视。我国现行国家标准《大体积混凝土施工规范》[1]对大体积混凝土的定义是：“混凝土结构物实体最小尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。”同时在与大体积混凝土相关施工要求中，也将内部最高温度与表面温度之差不能高于25℃作为大体积混凝土温度控制的要求。日本建筑学会对大体积混凝土的定义：“结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。”因此混凝土设计强度等级较高的剪力墙裂缝控制应按照大体积混凝土范畴考虑。

随着国民经济的快速发展，近代建筑规模日趋宏大，超长、超宽、超厚结构都日趋增多，混凝土设计强度随之提高。由于混凝土建筑物设计强度等级的提高，水泥等胶凝材料细度的提高，各种外加剂的掺入，用水量的减少，使大体积混凝土施工过程中因水泥水化热产生的温度应力或由于混凝土干燥收缩而产生的收缩应力的变化引起混凝土体积变形而产生裂缝的防控问题尤其突出。

2 地下室剪力墙裂缝的现状描述和原因分析

地下室墙长度较大，一般设有附墙柱或暗柱，或有纵横墙交接，结构自身的刚度变化大，受到自约束和混凝土底板或楼板结构的强劲约束，是裂缝的高发部位，也是裂缝控制的难点。地下室墙裂缝的分布有规律性[2]：常在柱、暗柱、纵横墙交接部位附近出现，以竖向裂缝居多，在墙的两端则是向墙端呈45°向上的斜裂缝；裂缝具有中间宽、两头尖灭的特点。在门窗及其他洞口的裂缝则在洞口角部以45°向上的斜裂缝出现，具有下大、上尖灭的特点。在结构布置比较对称的情况下，裂缝在墙面上的分布也具有一定的对称性。但是，在墙内外相对应的位置对称出现的裂缝，并不能表明裂缝已在墙厚度方向贯穿，也有可能是浅表的或进入了一定深度的裂缝。而且，随着环境、湿度的变化，这些裂缝的长度、宽度和深度也在发展和变化之中。而引起地下室墙体裂缝的原因主要有：

（1）结构自身的原因大型地下室混凝土长墙结构受到地基“嵌固”阻力的约束，由于墙体长度大，混凝土长墙也受到墙体自身的相互约束影响。

（2）设计时从结构受力考虑，通常是将水平钢筋配置在竖向钢筋之内，而且水平方向的配筋偏少、间距偏大[3]，仅以满足规范的常规最低构造要求为度，不能充分发挥水平钢筋对裂缝的控制作用；在结构截面或刚度变化明显出现应力集中的部位，与地下室外墙连在一起的柱，本身是墙体的一部分，但其钢筋的配设要远远大于墙体的钢筋，因而其钢筋对混凝土产生收缩的约束要比墙体的约束大得多，从而加大了墙体自身收缩约束强度，相应提高了墙中的应力，因而该部位更容易出现裂缝。同时也很少考虑充分利用混凝土的后期强度，对混凝土的28天强度选择过高，使单方混凝土的水泥用量居高不下，加剧了水化热温升和混凝土收缩的不利影响。

（3）墙体结构的散热面大、与空气接触面大，水分蒸发相对较大。地下室外墙连续墙混凝土浇筑后，其内外两侧的环境完全不同，外侧与大气相连，其混凝土表面温度随着大气温度的变化而变化，墙体反复受到热冷变化，而内侧已形成室内环境，变化较小（新浇混凝土水化热的释放使室内温度较高），受二者环境差异的影响，使连续墙内外变化不一，且墙体越厚，差异越大，越易形成裂缝。

（4）大量的工程实践表明，对于面积较大的结构，采用UEA系列的膨胀剂达不到预期的产生膨胀以控制裂缝出现的目的。这是因为新浇注的墙体在养护期内难以达到掺用UEA要求的保湿条件，即使在养护期内很好地进行了养护，没有发现肉眼可见的裂缝，但养护期过后，结构也不可能长期处在“饱和水”的环境之中，随着龄期的增长，仍有明显的裂缝出现[4]。这种情况在车道墙面经常出现。

由此看来，非荷载裂缝是混凝土施工期间由混凝土水化热或混凝土失水收缩引起体积变化，其变形受到约束而产生约束应力，当约束应力大于混凝土的抗拉强度时就出现裂缝。

3 控制地下室剪力墙裂缝的技术措施

防治混凝土长墙结构中出现的非荷载裂缝，是混凝土长墙施工的关键。混凝土结构裂缝防治的基本原则是“抗”和“放”有机结合。“抗”是指通过提高混凝土性能，合理的配筋和结构构造处理等措施来提高结构的抗裂能力；“放”是通过降低结构的约束和自约束等程度，从而达到减少或释放约束应力的目的。“抗”和“放”原则的妥善应用对结构裂缝的防治有明显效果[5]。因此，控制墙体裂缝的措施具体有：

（1）优化设计。合理划分温度区段、合理设置后浇带；适当增加水平钢筋的配筋率、墙体的配筋尽量考虑到小而密，一般来说，墙体的水平和立筋均100mm间距布置较为合理，其钢筋截面大小根据计算而定，墙体水平钢筋置于竖向钢筋之外。另外对于迎水面50mm厚的钢筋保护层，有条件的可在其内加设一层细钢丝网，这样裂缝发生的可能性会大大降低。在混凝土中添加聚丙烯纤维, 能抑制裂缝或裂纹的出现，阻止基体中原生缺陷或微裂纹的进一步扩展，一定程度地增强混凝土的抗裂能力，预防混凝土产生早期热裂缝。

（2）根据墙体裂缝的分布特点，宜在墙中部1/3墙高的范围，在附壁柱（或墙）和暗柱的柱墙交接部位增加细而密的水平构造配筋，以控制竖向裂缝和45°方向的裂缝；在结构的开口部位、截面变化部位和地下室出入口部位应适当增加附加筋。这些措施都能有效地约束和分散温度收缩裂缝的出现和开展。

（3）在确定混凝土的强度时，宜采用60d或90d的后期强度，可以在满足设计对承载能力和抗渗要求的前提下减少水泥用量，从而减少混凝土的温度收缩变形和应力。

（4）混凝土配合比设计优化。按照高性能混凝土的技术途径优化配合比设计，优化的配合比是在保证设计要求的强度等级、抗渗等级、耐久性和良好的施工性能的前提下，采用较低的水泥用量、较小的水胶比、较小的浆量，配制出混凝土水化热相对较低、体积收缩相对较小、有利于对墙体的裂缝控制的混凝土。

（5）施工措施[6]。尽量根据图纸设计、规范要求留设后浇带，混凝土的收缩大部分集中在初期，如留设后浇带，墙体两边可自由收缩，裂缝产生的可能性减少，混凝土大部分收缩完成后，再进行后浇带封闭。另外施工时可采取跳段施工的方法进行混凝土浇筑，这样可以避免后浇带施工，建议每段施工20m左右。按照施工组织设计和作业指导书规定的路线，有序地组织分层浇筑，适度振捣，对于门窗洞口、预留和预埋件部位、混凝土施工缝部位在混凝土振捣并经初步沉实之后，宜采用敲击模板的方式二次振捣，消除混凝土的塑性沉缩裂缝和表面缺陷。在规定的施工段内连续浇筑，不能产生施工冷缝；控制好预拌混凝土的质量，保证混凝土性能的同一性；将泵送混凝土的输送管用湿麻袋覆盖；进行温度监测，进行保湿蓄热养护。

竖向墙柱结构必须分层下料、分层振捣；控制浇筑速度，避免在长墙上出现砂浆积聚的薄弱部位。

（6）必须做好混凝土的早期保湿养护。竖向结构浇筑后要及时用“小水慢淋”的方式保湿养护，防止产生收缩裂缝。

（7）尽可能地抓紧地下结构的验收和回填，以减少混凝土墙体在大气中暴露的时间。

（8）地下室外围连续墙混凝土的裂缝一般对结构安全不产生影响，但其易形成渗水通道，影响地下室的使用，故对其进行封闭处理，其处理方法如下：

① 将外墙面沿裂缝两边剔成八字形槽，用环氧树脂进行灌缝密缝。

② 用防水材料相适应的裂缝处理材料将墙面压实补平。

③ 裂缝处施工一道防水层，并加设无纺纤维布一道，缝两边各500mm宽。