地下工程混凝土侧墙裂缝控制及相关标准分析

2024-03-09姜国庆

大众标准化 2024年4期

赵建，姜国庆，黄锐

（南京建工集团有限公司，江苏南京 210012）

近年来，地下工程混凝土侧墙日益向超长、超厚、大体积方向发展，侧墙混凝土的抗裂成为困扰工程界的难题，开裂使得混凝土内部更容易受到环境中的有害物质和水分的渗透，进而引发侵蚀环境下钢筋锈蚀、高寒环境下冻融破坏，导致混凝土的耐久性以及抗震性能下降，缩短结构的使用寿命。墙板开裂可能导致地下室结构的稳定性受损，降低建筑整体的承载能力。开裂的墙板可能会使墙体失去原有的强度和刚度，从而影响地下室的整体结构完整性。在地下室作为房屋的基础部分，这种结构性的问题可能会对整个建筑的安全性产生潜在威胁。

针对超长、超厚混凝土侧墙的开裂问题，从结构设计、混凝土材料、施工方面研发出了多种抗裂的方法，国家出台了相关标准如《超长混凝土结构无缝施工标准》（JGJ/T492-2023），在施工过程中采用跳仓法浇筑混凝土，即把超长混凝土结构划分为一定尺度的多个单元，间隔浇筑混凝土的方法。还可以设置膨胀加强带，即在后浇的条形区域部位，浇筑补偿性混凝土。另外，利用滑动构造（支座）原理减少约束、降低混凝土内应力、采用微膨胀混凝土也可以降低开裂的可能性。结构设计方面参照现行的有关混凝土墙板的标准条文优化配筋及混凝土性能，都对地下室混凝土墙板抗裂性能的研究与应用有重要意义。

1 项目背景

某建筑地下总建筑面积36 698.1 m2，其中地下二层停车场共30 417.4 m2，地下商业6 561.3 m2。地上地下总建筑面积共93 890 m2。地下室3层，公寓建筑层数18层，办公楼建筑层数14层，建筑耐火等级地上一级地下一级，侧墙混凝土设计等级C50/P10，墙板厚度500 mm，地上建筑均采用框架剪力墙结构体系，工程设计使用年限50年，机动车停车位480辆，非机动车停车位1 250辆。

地下室混凝土在试浇筑时，侧墙出现一定数量的裂缝。裂缝呈现四个特点：一是宽度大，裂缝最大宽度达1 mm；二是贯穿性，部分裂缝贯穿整个侧墙厚度；三是间距小，裂缝最小间距为2 m；四是垂直分布，裂缝沿整个墙体高度分布。在拆模后即发现多条裂缝，后期裂缝数量进一步增多，宽度进一步增大。

文章掺用氧化镁膨胀剂提高混凝土侧墙的抗裂性能，并进行温度和应变监测。

2 配合比优化

混凝土早龄期自收缩和温度收缩显著，硫铝酸盐、氧化钙、氧化镁等膨胀剂的水化作用可引起膨胀，用于补偿混凝土的自收缩或温度收缩。氧化钙基膨胀剂由于水化速度快，膨胀通常发生在早期，后期不能很好地补偿混凝土的温度收缩。氧化镁型膨胀剂因其相对较低的需水量、水化产物化学性质稳定以及可设计的膨胀性能（即膨胀过程可以设计的与大体积混凝土的冷却阶段很好地匹配并准确补偿温度收缩）等良好的性能而受到广泛关注。氧化钙和氧化镁分别可以很好地补偿混凝土水化初期的自收缩和后期的温度收缩。因此，由不同反应性的氧化镁与其他类型的膨胀剂（如氧化钙或硫铝酸钙基膨胀剂）组成的复合膨胀剂可以很好地补偿混凝土在水化早期和后期的收缩。为了补偿收缩，文章选用的氧化镁复合膨胀剂为某公司生产的高性能混凝土氧化镁复合膨胀剂。此型号氧化镁复合膨胀剂，是复合不同煅烧温度的轻烧氧化镁制备而成的新型高效减缩、抗裂产品。此品贴合高性能混凝土组成结构的特征，在满足安定性的前提下，依据高性能混凝土收缩开裂的特点，能够分阶段、全过程补偿混凝土的收缩，提高混凝土的抗裂性能。

《混凝土用氧化镁膨胀剂应用技术规程》中，将氧化镁膨胀剂根据反应时间分为快速型、中速型和慢速型。并且指出了快型氧化镁膨胀剂掺量不宜大于8%、中型氧化镁膨胀剂掺量不宜大于8%以及慢型氧化镁膨胀剂掺量不宜大于6%。文章采取外掺氧化镁复合膨胀剂的方式，掺量为6%。

3 裂缝控制效果监测

3.1 测试方案

外墙板在养护5 d后拆模。为有效监测其抗裂性能情况，在现场共布置应变传感器7个，温度传感器9个，如图1所示。其中S代表应变传感器，T代表温度传感器。除M2应变测点，其余埋在墙体中的传感器，均布置在墙体厚度及墙体高度中间的位置。浇筑的墙体测试传感器布置如下图1所示。

图1 浇筑测点平面布置图及1-1 剖面图

3.2 结果分析

3.2.1 混凝土内外温度

采用温度和应变传感器对浇筑的侧墙进行实时监测，结果如图2所示。在浇筑完成后南墙东部测区温度先小幅度下降，随后由于水泥水化放热温度迅速升高，在5月20日时达到最高温度48.9 ℃。南墙东侧中点、靠内和靠外的墙体温度分别是48.8 ℃、48.9℃和46.9 ℃，墙体外侧温度低于墙体内侧。在达到最高温度后温度缓慢下降，随后下降到室温。

图2 西墙南部测区温度

南墙中部在浇筑后温度迅速升高，在5月21日时达到最高温度，南墙中部的上部、中部和下部的墙体温度分别是46.7 ℃、55.0 ℃和56.2 ℃。墙体的上部温度要显著低于中部和下部，在达到最高温度后墙体温度缓慢下降，直至降到室温。

西墙南部在浇筑后温度迅速升高，在5月20日上午九点时达到最高温度52.8 ℃，西墙南侧中心点的墙体最高温度为50.0 ℃。随后侧墙温度逐渐下降，在5月26日时下降到室温。

3.2.2 混凝应变及裂缝

采用氧化镁膨胀剂的浇筑墙体应变相关结果如图3所示。在本次测试中，正应变代表膨胀，负应变代表收缩。5月19日10点作为应变0点，5月20日23点南墙中部上、下应变收缩达到最大值，分别为-75.4 με、-7.2 με。6月1日2点南墙中部上、下、中应变分别为14.7 με、53.6 με和-162.3 με。其中，南墙中部测区墙体中心的收缩表现为最大。

图3 南墙中部上、下、中位置墙体应变

5月20日2 点南墙东部达到收缩最大值-79.3 με。5月20日7点，西墙中部及西墙南部收缩达到最大值，分别为-43.7 με、-7.3 με。5月19日16点西墙北部收缩达到最大值-261.3 με。6月1日2点，南墙东部、南墙中部、西墙中部、西墙北部和西墙南部测区的墙体中间位置应变分别为77.8 με、-162.3 με、98.0 με、-168.7 με和167.9 με。6月5日10点，南墙东部、西墙中部、西墙北部和西墙南部测区的墙体中间位置应变分别为62.3 με、74.7 με、-171.8 με、130.1 με。其中，南墙中部和西墙北部收缩最为严重。

4 相关标准浅析

根据《超长混凝土结构无缝施工标准》（JGJ/T492-2023）中的5.3.1规定，地下室外墙混凝土强度等级不宜超过C40，本工程强度等级C50，相比较而言，收缩加大，水化放热大，抗裂难度加大，经与设计单位沟通协调后，后续侧墙改为C40，同时根据工程具体情况选用膨胀加强带。

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》（JGJ3-2010）中7.2.3的规定，墙板厚度大于400 mm，但小于700 mm，可采用三排配筋，本工程墙板厚度500 mm，在后续侧墙浇筑中采用三排配筋，同时各排分布钢筋之间拉筋的间距不应大于600 mm，直径不应小于6 mm。地下室至少一层与上部对应的剪力墙墙肢端部边缘构件的纵向钢筋截面面积不应小于地上一层对应的剪力墙墙肢边缘构件的纵向钢筋截面面积。