地下室混凝土墙体裂缝成因及控制措施

2018-07-09周全景

商品混凝土 2018年6期

周全景

（天津市建设工程质量安全监督管理总队，天津 300000）

0 引言

在城市发展建设过程中，混凝土工程建设极为广泛。地下室墙体是施工过程中重点结构部位，其特点为结构长、环境接触面积大、不易养护，容易因混凝土收缩、温度应力等因素出现裂缝。裂缝作为混凝土的一种常见缺陷，对墙体质量有着极为严重的不良影响，裂缝的控制是混凝土墙体施工中的必备工作。

1 工程概况及出现问题

本工程为天津市某工厂基地建设工程。其中地下室混凝土墙体单次浇筑长约 30m，墙体厚度 0.35～0.4m，墙体高约 5m，设计强度等级 C45。

浇筑拆模后，地下室混凝土墙体局部出现裂缝。该项目地下室剪力墙所出现裂缝按形态分为两种：一种为近似 45°斜向上裂缝，此种形态裂缝居多，并经过穿墙螺栓孔，墙体贯穿通裂，内外墙裂缝走势不一致；另一种为竖向裂缝，全部贯穿通裂，不经过穿墙螺栓孔。现场两种裂缝走势均为在墙体高度约 1/3 处位置处分别向上和向下两个方向扩展，并呈中间宽、两端窄的枣核形（梭形）裂缝的特性。

2 裂缝产生原因分析

混凝土裂缝产生的原因基本可分为以下三类：混凝土凝结前的沉降裂缝及干缩裂缝，简称收缩裂缝；水化热引起温度应力的裂缝，简称温度裂缝；混凝土受外力载荷作用形成的裂缝，简称荷载裂缝。下面结合本工程裂缝特点，以及各种常见裂缝的形成原因，对本工程墙体的裂缝成因进行分析。

（1）收缩裂缝

混凝土在凝结硬化过程中，表面和内部水分散失，引起失水收缩，同时集料与胶凝材料之间会产生不均匀的变形，在混凝土表面养护不当的位置出现龟裂。早期收缩裂缝通常在混凝土终凝前后出现，由此判断该项目墙体裂缝非早期收缩裂缝。

（2）荷载裂缝

结合本工程出现的裂缝形式进行分析，混凝土自重及模板重量引起的外力荷载相对较小，且不会造成地基的沉降，所以认为本工程的裂缝非荷载裂缝。

（3）温度裂缝

混凝土结构内部水化反应发生温度变化，形成混凝土“中心—表层—外部”温度梯度，伴随混凝土本身具有的热胀冷缩特性而发生体积变化。混凝土受热体积膨胀，随后当温度降低时混凝土体积开始收缩，在混凝土内部产生收缩应力。在混凝土强度增长初期，温度收缩应力大于混凝土的抗拉应力时，混凝土就容易产生温度裂缝。本工程墙体受结构尺寸影响，环境接触面积大，受温度应力影响较大。C45 混凝土经热工计算，其中心温升约为 50℃，入模温度如按当时最低气温 16℃ 考虑，随水化反应放热过程不断推进，中心温度可达到66℃ 左右，表面温度约 56℃ 左右。

按照温度控制，混凝土表面温度与大气温度相差过大（＞20℃），温度收缩应力使混凝土从表面爆裂向内部扩展导致通裂，则会形成近似 45°斜向上裂缝；出现竖向裂缝的位置没有经过穿墙螺栓，其中心温度高于穿墙孔处，当表面温度的急剧下降导致混凝土内部温度与混凝土表面温度相差太大（＞25℃）时，温度收缩应力使混凝土从内部爆裂。故认为本工程裂缝主要为温度裂缝。

3 控制措施

针对本工程出现温度裂缝情况，从原材选择、配合比设计、施工养护三方面采取措施进行管控。

3.1 原材选择

水泥：选用普通硅酸盐水泥，本工程所选水泥各项指标如表 1 所示。

表 1 水泥性能指标

矿物掺合料：矿物掺合料在混凝土中有火山灰效应、形态效应、微集料效应、界面效应等作用效应。矿物掺合料代替部分水泥可以在不同环境下调节胶凝材料水化过程，降低水化热，改善混凝土工作性能（如：粉煤灰的滚珠效应可以增大混凝土流动性），提高混凝土密实性，进而在一定程度上减少温度裂缝、收缩裂缝的发生。不同矿物掺合料在混凝土中的应用各具特点，必须根据其特性控制其掺量，确保混凝土质量稳定可靠。本工程所选矿物掺合料各项指标如表 2、3 所示。 %

表 2 矿粉性能指标

表 3 粉煤灰技术指标

骨料：骨料的主要控制指标为含泥量和粒径级配。本工程所选砂细度模数控制在 2.5～2.8 范围。石选用5～16mm 和 5～25mm 两级配碎石进行搭配使用，改善其粒径分布，有助于混凝土致密性的提高。各项指标如表 4、5 所示。

表 4 砂性能指标

表 5 石性能指标

外加剂：本工程选用聚羧酸高性能减水剂，能够有效控制混凝土用水量，并延长混凝土凝结时间，延缓水化速度，降低水化热峰值。其各项指标如表 6 所示。

表 6 外加剂性能指标

3.2 配合比设计

水胶比：根据地下室墙体结构长、不易养护、环境接触面积大、受温度应力影响较大的特点，配合比设计宜按照大体积混凝土的相关规定进行设计。减少用水量，降低胶凝材材料用量，降低混凝土后续硬化过程中的水化热和体积变化。而用水量的控制，除受配合比设计影响外，亦与外加剂减水率、水泥标准稠度用水量、矿物掺合料流动度比、砂石含泥量等密切相关。

坍落度：墙体混凝土在坍落度满足其使用要求的同时，应将坍落度控制在一定范围。坍落度过小易造成振捣困难而影响其内部结构密实性；坍落度过大，振捣和重力影响下易造成骨料（尤指粗骨料）明显沉降，浆体明显上浮，遇到钢筋等障碍物时会在其下表面形成沉降差而促进塑形沉降裂缝产生，并降低了混凝土对钢筋的握裹力，也降低了其他裂缝扩展的抑制。本工程宜控制混凝土坍落度在 190～200mm 范围。

此外，为控制墙体裂缝的产生及扩大，可在混凝土中添加适量纤维等抗裂组分。

本试验初步设计 6 组 C45 配合比进行对比分析，如表 7、8 所示。

表 7 C 4 5 配合比设计 k g/m3

表 8 C 4 5 配合比试配结果

综合上述原则和各配合比试配情况，水胶比 0.36时，混凝土整体性能较好。添加聚丙烯纤维的混凝土强度略高于未添加聚丙烯纤维混凝土。同时，聚丙烯纤维的添加对混凝土抗裂性能有着改善作用。故最终选取试配 5 配合比作为应用配合比。

3.3 施工养护

混凝土施工过程（含后续拆模、养护等）对混凝土各项性能影响密切，过程控制是混凝土质量控制的必备环节。

布筋：对水平钢筋进行优化，遵循“小直径、小间距”有利抗裂的原则，依据齐斯克列里经验公式，选择适当的配筋率可提高混凝土极限拉伸，其结构截面配筋率控制在 0.5%。在墙体高度的中部，增设暗梁，可起到良好的“模箍作用”，从而提高混凝土墙体的抗裂能力。在结构中应力集中、刚度不均、突变部位和薄弱部位，如穿墙螺栓处，适当增加一些构造钢筋，作局部增强处理。同时，可以采用钢筋网片，以增加钢筋横向抗拉能力，能够将混凝土膨胀收缩所产生的应力均匀分布，降低裂缝产生的几率。

振捣：混凝土浇筑通常分段连续进行，与此同时要求振捣及时、均匀，不得漏振或者过振，插点要分布均匀，按顺序进行。

养护：混凝土浇筑后，要求及时覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。同时本工程借鉴其他项目控制裂缝的方法，使用模板喷水的形式进行温控，控制早期混凝土温升，控制温差及降温速率。针对裂缝主要发生的位置（墙体中部高度及以下）拟设置若干金属管进行喷水温控。浇筑后，对模板表面进行不间断冷水喷淋，降低混凝土绝热温升，同时带模养护 7 天以上，拆模后加强保湿养护。

环境：施工环境（天气、温度等）的选择，对混凝土内外温度差值也有着重要影响。

通过上述原材、配合比、施工养护控制，新浇筑混凝土墙体有明显改善，有效控制了有害裂缝的产生。

图 1 和图 2 为工程现场图，图 3 和图 4 为采取预防措施前后，混凝土墙体的对比图。