淺談鋼筋混凝土地下室裂縫的控制
關(guān)鍵詞：鋼筋混凝土，地下室，裂縫，控制
隨著對(duì)地下室空間的綜合利用及城市高層建筑和人民防空事業(yè)的蓬勃發(fā)展，鋼筋混凝土地下室(箱型基礎(chǔ))以其獨(dú)有的特性和功能越來(lái)越多地被建設(shè)單位和設(shè)計(jì)者采用。由于鋼筋混凝土地下室永久處于潮濕或地下水環(huán)境中，鋼筋混凝土的耐久性和使用功能被人們所關(guān)心和重視，而裂縫是影響鋼筋混凝土耐久性和使用功能的主要因素之一。本文就鋼筋混凝土地下室裂縫的控制談一些看法。
一、產(chǎn)生裂縫的原因以及影響
1、溫差的形成及其影響
在混凝土結(jié)構(gòu)中，引起溫度變化的熱量主要源于水泥的水化熱。地下室大體積混凝土基礎(chǔ)中，混凝土強(qiáng)度級(jí)別較高（一般都高于C30），水泥用量大，因此混凝土在初凝過(guò)程中會(huì)有大量水化熱產(chǎn)生�；炷潦菬岬牟涣紝�(dǎo)體，又由于地下室底版幾何尺寸巨大，這些熱量不易及時(shí)排出而積聚，導(dǎo)致了其內(nèi)部溫度迅速升高（最高時(shí)可達(dá)70～80℃）。相反，在構(gòu)件表面，則由于散熱條件良好，溫度保持較低水平，這樣就出現(xiàn)了內(nèi)外溫差。這種相對(duì)的“內(nèi)脹外縮”對(duì)混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)它超過(guò)混凝土拉伸極限1～1.5×10-4，裂縫就產(chǎn)生了。
2、混凝土收縮變形及其影響
①干燥收縮，干燥收縮是指混凝土停止養(yǎng)護(hù)后，在不飽和的空氣中失去內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生的不可逆收縮，它不同于干濕交替引起的可逆收縮,雷蒙磨粉機(jī)。這種現(xiàn)象在混凝土剛拆模后表現(xiàn)尤為明顯，這時(shí)混凝土的強(qiáng)度很低，干縮卻非常大，同時(shí)由于混凝土拆模后和空氣接觸使周圍空氣溫度上升，由此導(dǎo)致周圍空氣的濕度降低，進(jìn)一步加大了混凝土干縮。影響混凝土干燥收縮的主要因素是：骨料、水灰比、單位水泥漿體含量。
�、诨瘜W(xué)收縮，水泥水化后，固相體積增加，但水泥－體系的絕對(duì)體積減小。所有的膠凝材料在水化后都有這個(gè)減縮作用，大部分硅酸鹽水泥在水化后體積總減少量為7%～9%。在硬化前，所增加的固相體積填充原來(lái)被水所占據(jù)的空間，使水泥密實(shí)，而宏觀體積減縮；在硬化后，則宏觀體積不變而水泥－水體積減縮后形成內(nèi)部孔隙。因此，這種化學(xué)減縮在硬化前不影響硬化混凝土的性質(zhì)。化學(xué)減縮和水泥的組成有關(guān)。
③塑性收縮，塑性收縮發(fā)生在硬化前的塑性階段，是指塑性階段混凝土由于表面失水速率大于泌水速率而產(chǎn)生的收縮，多見(jiàn)于道路、地坪、樓板等大面積的工程，以夏季有風(fēng)的情況下施工最為普遍�；炷猎谛掳璧臓顟B(tài)下，拌和物中顆粒間充滿水，如果養(yǎng)護(hù)不足，表面失水速率超過(guò)內(nèi)部水向表面遷移的速率時(shí)，則會(huì)造成毛細(xì)管中產(chǎn)生負(fù)壓，使?jié){體產(chǎn)生塑性收縮。塑性收縮常伴隨著不可見(jiàn)裂縫的發(fā)展。
�、軠囟仁湛s，溫度收縮主要是混凝土內(nèi)部溫度由于水泥水化而升高，最后又冷卻到環(huán)境溫度時(shí)產(chǎn)生的收縮。其大小與環(huán)境溫度、混凝土澆筑溫度、混凝土的熱膨脹系數(shù)、混凝土最高溫度和降溫速率有關(guān)。降低溫升、減小降溫速率、提高混凝土的抗拉強(qiáng)度、使用熱膨脹系數(shù)低的集料(石灰?guī)r、輝長(zhǎng)巖)，有利于減少冷縮和防止開(kāi)裂。
�、萏蓟湛s,空氣中含CO2約為0.04%，在相對(duì)濕度合適的條件下，CO2能和混凝土表面由于水泥水化生成的水化物很快地起反應(yīng)，稱為碳化，伴隨有體積收縮，稱為碳化收縮。碳化收縮是不可逆的。
�、拮允湛s,自收縮是由于混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度隨水泥水化的進(jìn)展而降低進(jìn)而造成毛細(xì)孔中水分不飽和并由此產(chǎn)生的負(fù)壓引起的混凝土收縮�；炷磷允湛s是在混凝土與外界無(wú)水分交換的條件下發(fā)生的。影響自收縮的因素主要有水膠比、水泥品種、輔助膠凝材料、集料、水泥細(xì)度、養(yǎng)護(hù)溫度、外加劑、試件尺寸等。
混凝土的收縮是導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的主要原因。在大體積混凝土中，當(dāng)這些收縮由于內(nèi)外環(huán)境不一致而使混凝土構(gòu)件表面拉應(yīng)力超過(guò)其拉伸極限時(shí)，導(dǎo)致了裂縫的產(chǎn)生。
3、地基的不均勻沉降及其影響
基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的主要依據(jù)是工程地質(zhì)勘察報(bào)告。任何一個(gè)地質(zhì)勘察，其結(jié)果都是近似的。當(dāng)設(shè)計(jì)假設(shè)模型與地質(zhì)實(shí)際不符等情況出現(xiàn)時(shí)，都很可能出現(xiàn)不均勻沉降。同時(shí)，由于上部建筑物荷載不同，也產(chǎn)生不均勻沉降。這種不均勻沉降對(duì)混凝土就產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)混凝土極限拉伸值時(shí)，導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。這種裂縫一旦出現(xiàn)則比較嚴(yán)重，可能危及安全和使用等功能。
二、控制裂縫的措施
1、設(shè)計(jì)方面
總體上講，宏觀裂縫是在外荷載和變形荷載單獨(dú)或共同作用下產(chǎn)生的。在一般工程設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者往往重視荷載作用下的承載力計(jì)算，當(dāng)構(gòu)件斷面、配筋率滿足規(guī)范構(gòu)造要求時(shí)，不做構(gòu)件荷載作用下的撓度和裂縫驗(yàn)算；而變形荷載曲溫度、收縮、不均勻沉降等引起)盡管是產(chǎn)生裂縫的主要原因，卻因?yàn)闊o(wú)規(guī)范強(qiáng)制要求、計(jì)算依據(jù)不充分而不進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算，對(duì)于重要構(gòu)件設(shè)計(jì)者只是提出分段施工、采用低水化熱水泥、摻膨脹劑、不宜夏季施工等原則性措施，缺乏針對(duì)具體1二程構(gòu)件而來(lái)取的嚴(yán)謹(jǐn)、科學(xué)、量化的有效方法。這使得裂縫在設(shè)計(jì)階段沒(méi)有得到事先控制。在施工階段，施工單位只能根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)或借鑒參考資料制定控制裂縫的措施，這種措施由于缺乏設(shè)計(jì)者的參與而往往是不系統(tǒng)的，因而不可避免地帶有片面性、盲目性，致使最終效果并不十分理想。
�。�1）混凝土強(qiáng)度等級(jí)。隨著建筑材料的開(kāi)發(fā)及混凝土技術(shù)的不斷進(jìn)步，高性能(尤其是高強(qiáng))混凝土發(fā)展迅速。高層建筑地下室的混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度已達(dá)到C40～C60�，F(xiàn)行規(guī)范對(duì)混凝土強(qiáng)度的評(píng)定是以28天標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊的強(qiáng)度值為準(zhǔn)，而事實(shí)上基礎(chǔ)達(dá)到設(shè)汁允許的使用荷載是在丁程交付以后(一般基礎(chǔ)施工需1～3年時(shí)間)，因此基礎(chǔ)的早期強(qiáng)度沒(méi)有必要在28天達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度況且地下室結(jié)構(gòu)一般為厚大截面，水化熱的作用使混凝土內(nèi)部溫度較高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)溫度，其較好的環(huán)境往往使鹼28天的實(shí)際強(qiáng)度明顯高于標(biāo)準(zhǔn)試塊。這些己成為專業(yè)技術(shù)人員的共識(shí)，因此有些工程用60天(甚至90天)混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊的強(qiáng)度值取代28天強(qiáng)度，但這種做法缺乏設(shè)計(jì)和規(guī)范的明示，往往因?yàn)闃I(yè)主或監(jiān)理方的不同意見(jiàn)而得不到實(shí)施或難度重重，同時(shí)給工程驗(yàn)收帶來(lái)困難。
�。�2）鋼筋配置與結(jié)構(gòu)形式。在對(duì)裂縫研究尚不成熟的今天。合理的鋼筋配置和較低約束結(jié)構(gòu)形式對(duì)裂縫控制是至關(guān)重要的。
①鋼筋配置。對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)高、厚度較大(一般150mm以上)的地下室多跨連續(xù)頂板，當(dāng)邊長(zhǎng)在30m以上時(shí)，宜采用連續(xù)式雙層配筋、鋼筋間距不宜大于150ram。
地下室擋土墻是最容易產(chǎn)生裂縫的薄弱構(gòu)件，僅按土的側(cè)壓力作用配筋只需較低的配筋率(約0.2%)，而且沒(méi)有考慮連墻柱對(duì)墻的約束，規(guī)范也未對(duì)擋土墻配筋進(jìn)行明確規(guī)定，這對(duì)控制裂縫是危險(xiǎn)的，根據(jù)多項(xiàng)工程的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，墻體水乎配筋率宜達(dá)到0.6%左右，水平筋間距宜小于150mm。墻體與柱連接部位應(yīng)設(shè)置加露構(gòu)造鋼筋，以抵御應(yīng)力集中現(xiàn)象。
②結(jié)構(gòu)形式。在建筑設(shè)計(jì)允許的情況下，盡量不采用大截面框架柱與墻體連接的結(jié)構(gòu)形式，使應(yīng)力相對(duì)均衡、減少約束非使用功能之必須，不宜追求超長(zhǎng)、超寬結(jié)構(gòu)。
2、施工方面
（1）控制混凝土選材和配合比�？刂苹炷吝x材和配合比摻加外加劑，減少水泥用量和用水量，降低水化熱和收縮變形。普通混凝土酸鹽水泥早期強(qiáng)度高但水化熱大；礦渣水泥雖然比普通水泥比熱低，但泌水、干縮現(xiàn)象嚴(yán)重，且后期硬化收縮也大；火山灰水泥后期收縮較大，同時(shí)經(jīng)濟(jì)效益也不合算。一般選擇了粉煤灰水泥。
粉煤灰水泥特性如下：成分，在混凝土酸鹽水泥中摻入占水泥重量20～40%的粉煤灰組合而成。特性，早期強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快；水化熱較��；耐凍性差；耐硫酸鹽腐蝕及耐水性較好；抗炭化能力差；抗?jié)B性較好；干縮性較小；抗裂性較好。選擇粉煤灰水泥在技術(shù)上有兩點(diǎn)好處：一是減少內(nèi)部水化熱的產(chǎn)生（因?yàn)闇p少了水泥用量）；二是減少混凝土的“干縮”量，這樣從整體上對(duì)裂縫的產(chǎn)生和擴(kuò)展起到了預(yù)防和抑制作用。
粗、細(xì)骨料：石子選擇了級(jí)配良好的碎石，針、片狀顆粒含量<8%；含泥量<0.5%；含硫雜質(zhì)<0.5%；砂為中砂，細(xì)度模數(shù)為3.5，含泥量<5%；含硫雜質(zhì)<0.5%。
另外，一般采用了外加劑LN-800N和膨脹劑HEA，這在相當(dāng)程度上減低水灰比和水泥用量降低了水化熱，也使混凝土得到補(bǔ)償收縮。
�。�2）混凝土泵送施工。泵送混凝土的工藝特性要求混凝土具有較大的流動(dòng)性和較好的和易性及合適的粗骨料粒徑(一般315mm以下)在同等級(jí)混凝土強(qiáng)度條件下。水灰比、水泥用量、用水量、砂率必然比普通混凝土明顯增大，這對(duì)裂縫控制是非常不利的，泵送混凝土的收縮變形比普通混凝土的收縮變形大1倍多。要改善這一狀況，采用較低的坍落度和摻人外加劑及粉煤灰是有效的方法。由于地下室基本位于地面以下，又是較厚大構(gòu)件，采用l00～120ram的現(xiàn)場(chǎng)泵送坍落度是適宜的，千萬(wàn)不可盲目強(qiáng)凋可泵性而使混凝土產(chǎn)生許多負(fù)面效應(yīng)。
�。�3）施工季節(jié)的選擇。從土方及大體積混凝土的質(zhì)量擰制而言，在春秋、初冬進(jìn)行地下室施工是比較有利的。一方面避免雨雪對(duì)地下工程的影響；另一方面可以獲得適宜的人模溫度和養(yǎng)護(hù)環(huán)境，這對(duì)裂縫控制是非常重要的，同時(shí)大大降低技術(shù)措施費(fèi)用。
�。�4）溫度控制。對(duì)于底板、擋墻、厚截面梁等產(chǎn)生較大水化熱溫升的構(gòu)件，不僅要控制升溫階段混凝土的內(nèi)外溫差及絕對(duì)溫升，更應(yīng)控制降溫階段的降溫速度不宜大于3℃，天，絕對(duì)溫升大于30℃時(shí)降溫速度宜小于1.5℃/天，以盡可能發(fā)揮混凝土的應(yīng)力松弛效應(yīng)，同時(shí)要嚴(yán)防寒流襲擊，造成溫度突降。
（5）后澆帶設(shè)置(不包括差異沉降后澆帶)。底板一般具有配筋量大、鋼筋間距小、養(yǎng)護(hù)條件好、地基對(duì)底板約束較小(巖石地基除外)的特點(diǎn)，這對(duì)裂縫控制是有利的�？紤]基礎(chǔ)的整體性、防水，注(水平后澆帶清理圈難)及施工方便，厚度為1.5m以下、長(zhǎng)邊小于6Om的底板宜不留后澆帶；厚度1.5m以上，當(dāng)采取有效的降溫措施時(shí)，也不宜留置后落帶。地下室筏板對(duì)擋土墻具有很大的約束，這是擋土墻產(chǎn)生裂縫的主要原因之一，宜采用后澆帶的方法削減溫度收縮應(yīng)力，后澆帶的間距約20～30m其位置應(yīng)與施工縫、預(yù)留洞口結(jié)合考慮，以減少后澆帶的數(shù)量及消除預(yù)留洞口處應(yīng)力集中。地下室頂板的后澆帶位置與墻體后澆帶相同。后澆帶的保留時(shí)間二般不少于42天，在不影響工程進(jìn)度的前提下，保留時(shí)間越長(zhǎng)越好。后澆帶宜采用摻膨脹劑的同等級(jí)混凝土填充。
（6）墻體與頂板的澆注。為了減免墻體對(duì)頂板約束，在墻體高度小于4m，且混凝土澆注能力能滿足連續(xù)施工的情況下，墻體宜與頂板整體澆注。當(dāng)整體澆注有困難時(shí)，應(yīng)在施工縫上下各配置4根l6mm以上的變形鋼筋(施工縫在暗梁下口時(shí)只在縫下配置)，以抑制裂縫發(fā)生。
�。�7）二次振搗及抹壓。新澆注的混凝土在表面水分不斷蒸發(fā)且得不到及時(shí)補(bǔ)充的情況下，容易出現(xiàn)塑性收縮裂縫，同時(shí)在鋼筋位置容易出現(xiàn)沉降裂縫。消除這種裂縫方法除優(yōu)化配比、及時(shí)覆蓋保水以外，采用混凝土初凝前二次振搗及2～3遍間隔性抹壓是有效的，而且增加混凝土的密實(shí)度。
�。�8）混凝土的養(yǎng)護(hù)。眾所周知，養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土的強(qiáng)度增加、控制混凝土內(nèi)外溫差及減少收縮是非常重要的。應(yīng)落實(shí)好砼澆筑后的養(yǎng)護(hù)措施，盡量做好保濕保溫養(yǎng)護(hù)，既可使砼初期獲得更高的強(qiáng)度，還可減少砼的溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力，養(yǎng)護(hù)時(shí)間在14天以上。
三、結(jié)束語(yǔ)
由此可見(jiàn)，雖然地下室鋼筋混凝土裂縫是建筑工程質(zhì)量通病之一，且其裂縫在長(zhǎng)期荷載及地下水壓及土壓作用下會(huì)加深加大，造成很大危害，但只要在設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)方法等方面采取控制措施，地下室混凝土的裂縫是可以防治的。
