高層建筑地下室外墻混凝土裂縫防治措施分析

王治剛 王志鵬

太康縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局（461400）

1 地下室外墻裂縫成因分析

地下室外墻在施工階段特別是在混凝土澆筑后3～28 d之間常常會出現(xiàn)不同程度、不同數(shù)量的開裂，裂縫多為豎向裂縫，裂縫的原因是多方面的，與地下室的平面形狀、設(shè)計構(gòu)造、外墻周長、配筋、施工及養(yǎng)護條件等都有關(guān)系。

1.1 塑性收縮裂縫

混凝土在初凝前由于水分蒸發(fā)，內(nèi)部水分不斷向表面遷移，形成混凝土在塑性階段體積收縮。一般混凝土的塑性收縮約為1%,坍落度大的混凝土則可達2%。當(dāng)施工時溫度高、相對濕度較低時，混凝土內(nèi)部水分向表面遷移供應(yīng)不上蒸發(fā)量的情況下，表面失水干縮受下面混凝土的約束，會出現(xiàn)不規(guī)則的塑性收縮裂縫。這種塑性收縮裂縫在混凝土初凝前，二次振搗可以愈合，但是如果不及時處理，可能發(fā)展為貫通性有害裂縫。

1.2 水化收縮及自干縮裂縫

水泥在水化反應(yīng)過程中，會產(chǎn)生水化收縮。硅酸鹽水泥的水化收縮量為1%～2%。水化收縮在初凝前表現(xiàn)為漿體的宏觀體積收縮，初凝后則在已形成的水泥石骨架內(nèi)生成空隙。水泥在繼續(xù)水化過程中不斷消耗水分導(dǎo)致毛細孔中自由水減少，濕度降低，外部養(yǎng)護水供應(yīng)不充分的情況下，內(nèi)部產(chǎn)生自干燥現(xiàn)象。由于自干燥作用導(dǎo)致毛細孔內(nèi)產(chǎn)生負壓，引起混凝土自干燥收縮。

1.3 溫差脹縮裂縫

混凝土澆注后，水泥的水化熱使混凝土內(nèi)部溫度升高。試驗表明，在標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下，混凝土溫度和環(huán)境溫差大于25℃時,即出現(xiàn)肉眼可見的溫差收縮裂縫。

1.4 干燥收縮

地下室鋼筋混凝土外墻開裂主要是由于混凝土在硬化以后，內(nèi)部的游離水會由表及里逐漸蒸發(fā)失水，導(dǎo)致混凝土由表及里逐漸產(chǎn)生干燥收縮。在約束條件下，收縮變形量導(dǎo)致的收縮應(yīng)力大于混凝土的抗拉強度時，混凝土出現(xiàn)由表及里的干燥收縮裂縫。干燥收縮包括發(fā)生在開始階段不可逆收縮和再潮濕后的體積膨脹,后期干燥時發(fā)生的可逆收縮。影響混凝土干燥收縮的因素有:水灰比、水化程度、養(yǎng)護溫度、含水量、水泥含量、構(gòu)件厚度與體積和表面積之比、相對濕度、干燥速率、干燥時間等，而地下室外墻拆模后，雖然進行了澆水養(yǎng)護，但由于受到現(xiàn)場條件的限制,不可能做到恒溫恒濕進行養(yǎng)護，而只能采用澆水進行養(yǎng)護，因此混凝土外墻的干燥及收縮在所難免。

同時由于地下室外墻混凝土體積和表面積之比較小(厚度較小)，從而導(dǎo)致干燥速度快、時間短；通過觀察發(fā)現(xiàn)，地下室外墻混凝土收縮開裂大多數(shù)均發(fā)生在澆筑后的15 d內(nèi),裂縫主要集中在墻高1／2處向上下擴展,根部及頂部幾乎沒有。沿墻長每2～3 m一道。

2 防治措施

2.1 設(shè)計方面

1）選擇適當(dāng)?shù)耐鈮穸?1～2層地下室宜選400～500 mm厚，3～4層地下室的下兩層可選 600～800 mm厚。

2）外墻中暗柱和暗梁可減小混凝土的收縮裂縫，外墻每隔3～4 m設(shè)一暗柱，在外墻頂部、1／2墻高、水平施工縫處設(shè)置暗梁。加強側(cè)墻剛度，能夠有效減小裂縫。

3）外墻水平鋼筋宜設(shè)置在豎向鋼筋外側(cè)，建議布置細而密的鋼筋,間距150 mm，對抗裂較為有利。

4）采用冷軋帶肋鋼筋焊接網(wǎng)片或采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土技術(shù)，抗裂效果較為明顯。

2.2 原材料及配合比

1）水泥應(yīng)選用水化熱較低的水泥品種，當(dāng)采用預(yù)拌混凝土?xí)r因含膠結(jié)料較多時，可采用32.5低水化熱水泥，同時又能保證足夠的和易性。

2）砂采用中、粗砂，細度模數(shù)不宜低于 2.6，石子粒徑在滿足可泵性的條件下,盡量選擇大粒徑、連續(xù)級配，通過采取以上措施可以減少用水量，相應(yīng)減少混凝土的干縮，同時，砂、石含泥量宜控制在1%～1.5%以內(nèi)。

3）混凝土中摻入適量的外加劑、優(yōu)質(zhì)粉煤灰(可減少干燥收縮)，降低水泥用量，有效減少水泥的水化熱(有資料表明,每立方米混凝土降低水泥用量10 kg，可降低內(nèi)部溫度1℃)，并可減少混凝土中多余水分的蒸發(fā)，達到減小收縮量的目的。

4）摻用膨脹劑:普通混凝土中摻入適量膨脹劑，可配成補償收縮混凝土，它在養(yǎng)護期內(nèi)能產(chǎn)生適度體積膨脹，在鋼筋和鄰位約束情況下能對鋼筋產(chǎn)生一定的拉應(yīng)力，對混凝土產(chǎn)生壓縮作用，因而在混凝土中建立一定的預(yù)應(yīng)力，使它能大致抵消混凝土產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而達到補償收縮的效果。

5）混凝土中摻入杜拉纖維。杜拉纖維與鋼筋混凝土骨料、外加劑、摻合料、水泥都不會有任何沖突，對攪拌設(shè)備也無特別的要求。施工時，可根據(jù)配比直接將纖維投入拌和機械內(nèi)或分次投入，只要保證攪拌時間使混凝土和纖維攪拌均勻即可。

6）現(xiàn)場必須加強混凝土的質(zhì)量控制工作，對于超時混凝土，塌落度過大(大于180 mm)的混凝土不宜使用，更不準(zhǔn)在現(xiàn)場對混凝土任意加水、外加劑，改變混凝土的配合比。

7）優(yōu)化配合比。在保證一定的施工和易性的前提下，降低水灰比，適當(dāng)提高砂率和灰砂比，以減少毛細孔的數(shù)量和孔徑。

2.3 施工

2.3.1 鋼筋工程

地下室外墻鋼筋的保護層厚度、間距、尺寸應(yīng)嚴格按設(shè)計及規(guī)范要求加以控制，外墻內(nèi)外層鋼筋之間的拉鉤可改成小的方箍加以支撐，縱橫向鋼筋采用綁扎。

2.3.2 混凝土澆搗

從技術(shù)角度講，混凝土采用現(xiàn)場攪拌膠凝材料用量較少，混凝土的收縮裂縫少，采用非泵送混凝土所需的水泥用量小及坍落度較小，容易控制混凝土凝結(jié)過程的收縮。

針對商品混凝土流動性大的特點，施工中采用斜面分層法澆筑，在施工中加強混凝土的二次振搗,二次振搗的時間一定要控制在混凝土初凝前，保證混凝土的握裹力，澆筑時嚴禁在一處面料厚度超過1 m，下料間距不超過3 m。振動時要快插慢拔，暗柱和暗梁等鋼筋處應(yīng)仔細振搗。

根據(jù)氣候條件及結(jié)構(gòu)特點可以考慮墻板與頂板分開澆搗，降低地下室內(nèi)外溫差，但這樣會增加施工縫的處理和施工的難度。

2.3.3 設(shè)置外墻垂直后澆帶

通過計算外墻鋼筋混凝土的收縮預(yù)估值，并將其與混凝土極限變形值相比較,根據(jù)比較結(jié)果，在外墻澆筑時，每隔一段距離設(shè)一垂直后澆帶，后澆帶一般設(shè)在應(yīng)力可能集中的外墻轉(zhuǎn)角附近，且又要便于施工，地下室厚400～500 mm的外墻，若是采用預(yù)拌混凝土(摻入12%粉煤灰)，施工縫間距取20～30 m為適宜。

2.3.4 拆模、養(yǎng)護

對于剛澆筑的混凝土因其尚處在凝結(jié)硬化階段，水化速度快，表面熱量散失大，在“散熱順利，適當(dāng)保溫”的養(yǎng)護原則下，及時采取養(yǎng)護措施。

混凝土干縮隨齡期增長而減少。大部分干縮發(fā)生在早期，而早期混凝土抗拉強度低，因而，混凝土易在早期發(fā)生干縮裂縫。為此，加強混凝土早期濕養(yǎng)護，可以推遲產(chǎn)生收縮的時間，減少干縮裂縫。當(dāng)混凝土終凝之后，即應(yīng)開始澆水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間不少于14 d。冬季施工時，采取保溫措施，混凝土表面溫度宜控制在30℃左右。

地下室外墻一般為防水混凝土，混凝土拆模時間不能過早，拆模時混凝土表面溫度與周圍氣溫之差不得超過20℃，以防混凝土表面出現(xiàn)裂縫。未拆模前從板墻上口澆水養(yǎng)護。

拆模后地下室外墻養(yǎng)護可以采用塑料管 (或鋼管)打上細而密的孔眼，利用自來水的壓力對墻全長進行淋水養(yǎng)護，以操持混凝土表面持續(xù)濕潤，養(yǎng)護效果極佳，而且可以節(jié)省大量人工。

模板拆除后,應(yīng)及時施工防水層和回填土方，以利于混凝土后期強度增長,對混凝土抗裂大有好處。

2.4 裂縫修復(fù)措施

由于地下室外墻要承受一定的水壓且是常處在潮濕環(huán)境中的結(jié)構(gòu),其允許的裂縫寬度為0.05 mm,因此對于大于0.05 mm的裂縫應(yīng)進行修復(fù)處理,修補材料主要采用環(huán)氧樹脂及改性環(huán)氧樹脂，修補方法主要有:表面處理法、灌漿法和填充法。

3 結(jié)語

實踐表明高層建筑地下室外墻裂縫的控制，應(yīng)從設(shè)計抓起，優(yōu)先混凝土施工用料，嚴格按工藝要求施工，精心養(yǎng)護，可以減少裂縫的產(chǎn)生。地下室外墻出現(xiàn)裂縫時必須組織相關(guān)單位認真進行分析，找出裂縫產(chǎn)生的原因、性質(zhì)，并采取相應(yīng)的修補措施，保證工程的使用不受影響，同時也為以后工程的設(shè)計、施工提供經(jīng)驗。