關(guān)于地下室外墻早期裂縫的原因分析與處理

陳灝沆

摘要:對(duì)珠海市地下室外墻早期裂縫的情況進(jìn)行分析和探討,嘗試對(duì)產(chǎn)生裂縫的原因和影響因素以及對(duì)裂縫處理措施進(jìn)行探索,減少裂縫對(duì)建筑物的不利影響。

關(guān)鍵詞:地下室 早期裂縫 裂縫原因 抗拉強(qiáng)度 影響因素 處理

一、引言

隨著城市建設(shè)的發(fā)展,對(duì)地下空間的利用也愈來愈大,地下室的建設(shè)也朝更深更大發(fā)展,地下室的外墻(長墻)出現(xiàn)裂縫的情況相當(dāng)普遍,在對(duì)珠海地區(qū)的調(diào)查中發(fā)現(xiàn)較大型的地下室都存在不同程度的裂縫問題,成為影響我市工程質(zhì)量的一個(gè)重要的方面,不僅影響觀感和舒適度,也直接影響建筑物的使用功能,降低建筑物的耐久性。

二、裂縫情況總結(jié)

從工程實(shí)踐中,地下室外墻裂縫多屬于收縮裂縫,具有以下特點(diǎn):

1.出現(xiàn)時(shí)間早,屬于早期裂縫,一般在拆模1～2天后出現(xiàn),個(gè)別在未拆模時(shí)便存在,隨著混凝土強(qiáng)度增加裂縫出現(xiàn)逐漸穩(wěn)定,但縫寬加大不多,少量裂縫在后期還會(huì)受混凝土的“自愈”影響消失。

2.裂縫出現(xiàn)具有規(guī)律性,為屬于垂直于底板的豎向裂縫,多出現(xiàn)在墻的中部,兩端較少,或出現(xiàn)在暗柱、壁柱等等剛度變化的地方。

3.裂縫一般的長度接近墻高,裂縫寬度大小不一,多屬于0.1～0.5mm之間,中間寬,兩端受構(gòu)件約束逐漸變細(xì)至消失。

4.裂縫大多數(shù)屬于貫穿性裂縫,少量屬于表層裂縫,但是在墻的內(nèi)外面對(duì)應(yīng)處存在裂縫。

三、裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土構(gòu)件的開裂是由于混凝土的拉應(yīng)力超過了混凝土的抗拉強(qiáng)度,從地下室長墻的早期裂縫的特征可見造成裂縫的原因主要是混凝土的收縮和溫差。根據(jù)文獻(xiàn)1,長墻的水平應(yīng)力σx是設(shè)計(jì)的主要控制應(yīng)力,是經(jīng)常引起垂直裂縫的主要應(yīng)力,長墻的中部即剪應(yīng)力等于零的位置σx為最大值,該值與混凝土的彈模、線脹系數(shù)、溫差、收縮差、長高比、長度、約束度和徐變及配筋有關(guān)?；炷恋臏囟葢?yīng)力和溫差成正比,升溫為正,引起壓應(yīng)力,降溫為負(fù),即引起拉引力,混凝土的收縮值換算為當(dāng)量溫差,此當(dāng)量溫差是負(fù)值,應(yīng)力為拉應(yīng)力。因此,當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)的降溫和收縮同時(shí)發(fā)生時(shí),混凝土結(jié)構(gòu)承受互相疊加的拉應(yīng)力,當(dāng)這拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí),在墻的中部出現(xiàn)第一條裂縫,一塊分成兩塊,每塊板又有自己的應(yīng)力分布,且其圖形完全相似,但其最大值由于長度減少了一半而減少,此時(shí)如果該值仍然超過抗拉強(qiáng)度,則形成第二批裂縫,如此持續(xù)下去,直到σxmax 小于或等于抗拉強(qiáng)度,裂縫穩(wěn)定,不再增加。由于混凝土早期強(qiáng)度較低,抗拉強(qiáng)度更低,因此,在拆模后容易出現(xiàn)裂縫,隨著裂縫的產(chǎn)生和混凝土強(qiáng)度的增加,裂縫的發(fā)展逐漸穩(wěn)定,可見,最早產(chǎn)生的裂縫由于σxmax最大,往往會(huì)形成貫穿性裂縫,而且縫寬較大,后期產(chǎn)生的裂縫縫寬較小。當(dāng)σxmax等于抗拉強(qiáng)度時(shí),處于一種在極限的不穩(wěn)定狀態(tài),受鋼筋、混凝土的性狀、施工因素等影響,混凝土可能開裂,也可能不開裂,裂縫的間距、寬度、長度就具一定的離散性。

四、影響裂縫的因素及處理措施

由上可知,混凝土的開裂由于拉應(yīng)力超過了抗拉強(qiáng)度引起,與建筑物的設(shè)計(jì)、材料、施工等有直接的關(guān)系。

(一)設(shè)計(jì)

1.《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)中規(guī)定:現(xiàn)澆鋼筋混凝土地下室墻伸縮縫最大間距為20m(露天)～ 30m(室內(nèi)或土中),但實(shí)際工程中地下室墻長絕大部分均超過此規(guī)定,后澆帶的設(shè)置受建筑物的影響大多數(shù)僅考慮主次樓的沉降差,而并未考慮地下室長墻的開裂問題,合理設(shè)置建筑物的平面布置,減少約束度,合理設(shè)置后澆帶或“跳倉法”等措施,減少變形約束;可以有效的釋放混凝土的早期應(yīng)力應(yīng)變,減少開裂的機(jī)會(huì)。

2.設(shè)計(jì)合理的混凝土強(qiáng)度等級(jí),從混凝土的抗壓強(qiáng)度提高,抗拉強(qiáng)度提高卻很有限,即拉壓比降低,尤其是混凝土的極限拉伸強(qiáng)度幾乎不隨著抗壓強(qiáng)度的提高而提高,但高強(qiáng)混凝土的塑性收縮大,溫度收縮和自身收縮更大,在高強(qiáng)預(yù)拌泵送混凝土對(duì)流動(dòng)性及和易性的要求下,坍落度大,水泥用量多,水灰比大,砂率增多,骨料粒徑減小等等導(dǎo)致高強(qiáng)混凝土收縮率、水化熱更大,更加容易開裂。文獻(xiàn)1推薦使用C40強(qiáng)度的混凝土作為地下室墻的混凝土強(qiáng)度門檻值是非常值得重視的。

3.設(shè)置抗裂鋼筋的作用是非常明顯的,布置“細(xì)而密”的抗裂鋼筋、增加鋼絲網(wǎng)片等能夠有效分散應(yīng)力集中現(xiàn)象,提高抗拉性能。通過合理布置構(gòu)造鋼筋,提高配筋率、保證鋼筋保護(hù)層的合理厚度等從而提高混凝土的抗拉強(qiáng)度和極限拉伸,減少開裂現(xiàn)象。

(二)材料因素

混凝土裂縫是一定存在的,但混凝土的不良性狀加劇混凝土的收縮,加大了水化熱等,導(dǎo)致混凝土更加容易開裂。地下室等大體積混凝土多采用泵送混凝土,隨著水泥用量增加,水灰比增加,砂率增加,骨料粒徑減小,用水量增加、大量使用外加劑等導(dǎo)致收縮及水化熱增加,加劇裂縫的發(fā)展。

1.粗細(xì)集料含泥量過大,降低混凝土的抗拉性能。

2.為了保證混凝土的可泵性,工程中一般選用較小粒徑的粗骨料,或減少粗骨料的用量,增大砂率,粗骨料的用量的減少和粗骨料粒徑的減小,會(huì)使混凝土的體積穩(wěn)定性下降,不穩(wěn)定性變大,從而增大了混凝土收縮。

3.隨著高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用,水泥的等級(jí)要求就高,細(xì)度越細(xì),水泥用量越大,用水量增加、水灰比大等導(dǎo)致收縮及水化熱增加,同時(shí)降低了抗拉強(qiáng)度,混凝土的開裂變形也就越大。

4.水泥品種對(duì)混凝土的收縮影響較大,一般認(rèn)為礦渣硅酸鹽水泥、快硬水泥等收縮比普通硅酸鹽水泥收縮大。

5.混凝土外加劑、摻和料選擇不當(dāng)、或摻量不當(dāng),外加劑及摻合料種類繁多,大多數(shù)只有強(qiáng)度指標(biāo),缺乏對(duì)水化熱及收縮變形影響的長期實(shí)驗(yàn)資料,許多外加劑嚴(yán)重的增加收縮變形,有的甚至降低耐久性。

(三)施工因素

因?yàn)槭┕げ划?dāng)導(dǎo)致混凝土開裂的情況屢見不鮮,由于混凝土的“非均質(zhì)性”對(duì)抗拉性能極其敏感,經(jīng)常出現(xiàn)在相同的情況下,裂縫的程度卻完全不同,因此,強(qiáng)調(diào)認(rèn)真施工,做好各項(xiàng)技術(shù)措施對(duì)減少混凝土開裂是十分必要的。

1.應(yīng)在早晚或夜間澆灌混凝土,避免高溫入模,減少溫差。

2.澆筑混凝土前未充分濕潤模板,混凝土表面水分被模板吸收且得不到補(bǔ)充,引起混凝土的塑性收縮,產(chǎn)生裂縫。

3.模板拆除過早,地下室墻體表面積較大,過早拆模容易導(dǎo)致表面水分的喪失過快和降溫過快。模板在混凝土終凝后一定的時(shí)間內(nèi)可以起到很好的保溫保濕的作用,適當(dāng)延長拆模時(shí)間,有利于混凝土的強(qiáng)度和裂縫的控制,廣東地區(qū)習(xí)慣澆灌混凝土后24小時(shí)就拆模并進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù),這種做法不僅達(dá)不到保溫作用,而且澆水導(dǎo)致更大的溫差,更不利于裂縫的控制,應(yīng)當(dāng)建議拆模時(shí)間延長至7天。

4.加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作,養(yǎng)護(hù)工作應(yīng)盡早進(jìn)行,并適當(dāng)延長,但不宜過早采取松模澆水的做法,以免加劇溫差,在可能的情況下全面覆蓋塑料薄膜,保持養(yǎng)護(hù)期混凝土表面始終濕潤。

五、裂縫的處理

對(duì)地下室的裂縫應(yīng)首先確認(rèn)裂縫性質(zhì),裂縫的出現(xiàn)時(shí)間、發(fā)展情況、位置、裂逢長度、寬度、深度、數(shù)量等應(yīng)有詳細(xì)認(rèn)真的情況記錄,在裂縫穩(wěn)定的情況下再進(jìn)行處理,一般的收縮裂縫可以采取化學(xué)灌漿方法和封閉方法加以處理,對(duì)于裂縫位置尚應(yīng)在迎防水施工前做好防水加強(qiáng)層,空鋪處理,地下室裂縫的處理宜優(yōu)先在迎水面進(jìn)行處理,一般有以下幾種:

(一)表面處理法:包括表面涂抹和表面貼補(bǔ)法

表面涂抹適用范圍是漿材難以灌入的細(xì)而淺的裂縫,未貫穿、深度未達(dá)到鋼筋表面的裂縫,不漏水或開裂已經(jīng)穩(wěn)定的裂縫。表面貼補(bǔ)法(土工膜或其它防水片)適用于大面積漏水(蜂窩麻面等或不易確定具體漏水位置、變形縫)的防滲堵漏。

(二)填充法

用修補(bǔ)材料(一般使用環(huán)氧樹脂)直接填充裂縫,常常用來修補(bǔ)較寬的裂縫(≥0.4mm),當(dāng)寬度<0.4mm且深度較淺的裂縫,或是裂縫中有雜物,用灌漿法很難達(dá)到效果的裂縫,以及個(gè)別裂縫的簡易處理可采取開V型槽,然后作填充處理。

(三)灌漿法

分高壓注入和低壓注入兩種方式,此法應(yīng)用范圍廣,對(duì)混凝土的細(xì)微裂縫到大裂縫均可適用,處理效果好。

(四)加固補(bǔ)強(qiáng)法?

加固補(bǔ)強(qiáng)法與一般的裂縫處理不一樣,要求恢復(fù)建筑物因裂縫而導(dǎo)致承載力降低的情況,除封閉裂縫外還對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加強(qiáng),應(yīng)有詳細(xì)的施工設(shè)計(jì)、措施,采取恰當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行處理,包括粘鋼法、預(yù)應(yīng)力法、斷面補(bǔ)強(qiáng)法等。

參考文獻(xiàn):

[1]《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB50010-2002)

[2]《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》(王鐵夢著)

(作者單位:珠海市建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測站)