徐姣娟

上海市地下建筑設(shè)計研究院

地下車庫中溫度收縮裂縫的分析和控制

徐姣娟

上海市地下建筑設(shè)計研究院

一、前 言

近年來，城市建設(shè)飛速發(fā)展，地下車庫也隨之向大型化和多功能發(fā)展，對混凝土結(jié)構(gòu)的長度和寬度要求越來越高。人防工程大多利用地下車庫，由于人防工程密閉的要求，根據(jù)人民防空規(guī)范（GB50038-2005）在防護(hù)單元內(nèi)不宜設(shè)置沉降縫、伸縮縫。

由于此類工程整體澆筑的混凝土體積很大，如果不采取措施會產(chǎn)生溫度與收縮裂縫。相應(yīng)會引起滲漏，降低混凝土抗侵蝕性結(jié)構(gòu)的承載力，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和整體性。同時也會給使用者感官和心理上造成不良影響。

二、溫度收縮裂縫產(chǎn)生的理論分析

由于混凝土自生的特性，產(chǎn)生混凝土溫度收縮裂縫的原因可從以下幾方面分析：

混凝土澆筑后，由于水泥水化作用放出大量的熱量，一般每100kg 水泥可使混凝土溫度升高10℃左右, 加上混凝土的入模溫度, 在2～3天內(nèi), 混凝土內(nèi)部溫度可達(dá)50～80℃, 一般在3～5 天內(nèi)硬化初期達(dá)到最高溫度，大約混凝土成型時溫度與水泥水化熱引起的混凝土溫升峰值之和。隨后逐漸下降，直到接近大氣溫度?；炷恋木€膨脹系數(shù)約為10×10-6/℃,即溫度每升高或降低10℃, 混凝土?xí)a(chǎn)生0.01%的線膨脹或收縮。

混凝土的傳熱很慢，澆筑后, 聚積在內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā), 混凝土的內(nèi)部溫度將顯著升高。而混凝土表面則散熱較快, 這樣形成較大的內(nèi)外溫差, 使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力, 表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。同時, 此時混凝土的齡期很短, 抗拉強(qiáng)度很低,如果溫差產(chǎn)生的表面拉應(yīng)力, 超過此時的混凝土極限抗拉強(qiáng)度,就會在混凝土表面產(chǎn)生表面裂縫。

后期混凝土降溫時，由于逐漸散熱而產(chǎn)生收縮,再加上混凝土硬化過程中, 由于混凝土內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā), 以及膠質(zhì)體的膠凝作用,促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮, 在收縮時由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束, 會產(chǎn)生很大的收縮應(yīng)力(拉應(yīng)力),如果產(chǎn)生的收縮應(yīng)力超過當(dāng)時的混凝土極限抗拉強(qiáng)度,就會在混凝土中產(chǎn)生收縮裂縫。

實(shí)際工程中較常見的是以收縮變形為主的溫度收縮裂縫。一般發(fā)生在混凝土澆筑后一年內(nèi), 但多見半月至數(shù)月之內(nèi)。隨環(huán)境濕度和溫度而變化, 隨時間而發(fā)展, 裂縫的開裂和危害程度往往較單一的收縮或溫度裂縫嚴(yán)重。

三、防止和減輕混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮裂縫建議

（一）設(shè)計方面

設(shè)計時可以采用以下措施防止溫度收縮裂縫：

1.主體結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度等級

為減少混凝土的水化熱，應(yīng)避免采用高標(biāo)號的混凝土，混凝土的強(qiáng)度等級越高，水泥用量越大，引起的收縮也越大，易開裂。一般地下工程要求防水混凝土的抗壓強(qiáng)度等級達(dá)到C20～C35，抗?jié)B等級一般不低于S6，故宜采用C30、C35標(biāo)號的混凝土。

2.有效設(shè)置后澆帶

有效設(shè)置后澆帶是目前設(shè)計人員常采用減少溫度收縮變形產(chǎn)生裂縫的一種方法。它是施工期間設(shè)置的臨時變形縫，利用了混凝土早期收縮量大的特性，主要作用是釋放早期混凝土收縮應(yīng)力。早期混凝土的收縮量比較大且溫度場相對不穩(wěn)定，后澆帶必須留置一定的時間，從理論上說后澆帶留置時間盡可能長些，溫度收縮變形釋放得比較充分，效果比較好。

后澆帶應(yīng)貫通整個結(jié)構(gòu)，并宜設(shè)置在梁、板跨度三等分的中間范圍內(nèi)；寬度宜為700～1000mm；位置按規(guī)范規(guī)定為30m ～ 40m，具體工程應(yīng)結(jié)合地下車庫長度、氣候環(huán)境特點(diǎn)綜合考慮。后澆帶兩側(cè)宜設(shè)鋼筋網(wǎng)片，防止主體混凝土流入后澆帶。結(jié)構(gòu)封頂后在其兩側(cè)混凝土齡期達(dá)到42天后用強(qiáng)度等級提高一級的微膨脹混凝土澆灌補(bǔ)齊并加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，后澆帶處澆灌混凝土前，應(yīng)將其表面浮漿、雜物等清理干凈，涂刷水泥凈漿或混凝土界面處理劑，并及時澆筑混凝土。兩側(cè)支撐保證穩(wěn)定可靠，混凝土達(dá)設(shè)計強(qiáng)度時方可拆除。

3.減少結(jié)構(gòu)約束

約束是變形變化產(chǎn)生裂縫的必要條件，地下室底板的變形變化受到地基、墊層、樁基礎(chǔ)等的約束，地下室側(cè)墻受到地基、基礎(chǔ)、底板、頂板的約束，頂板受到側(cè)墻的約束。減小結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件受到的約束程度可以相應(yīng)地減小結(jié)構(gòu)或者構(gòu)件的約束應(yīng)力。為了減小地基對底板造成的外部約束，可以在地基與底板之間設(shè)置滑動層或者緩沖層，緩沖層用于構(gòu)件局部突出嵌入巖石的情況。在地板和墊層之間設(shè)置滑動層，減小底板受到的約束程度，以消除嵌固作用, 釋放約束應(yīng)力。

4.墻水平鋼筋排放的措施

由于外墻受施工和環(huán)境濕溫度等因素的影響較大，容易出現(xiàn)縱向收縮裂縫，工程實(shí)踐表明，外墻確定合適的截面尺寸，不宜過小，配筋要遵循細(xì)而密的原則。在混凝土中合理配置分布筋是裂縫控制的重要措施，可明顯提高混凝土墻的抗變形能力，配筋率宜在0.4%～0.6%。外墻水平鋼筋宜放在外側(cè)，間距宜在100～150mm；可在外墻高度的中部1米范圍內(nèi)用Φ8鋼筋使外墻水平鋼筋增密一倍來設(shè)置構(gòu)造抗裂水平鋼筋。

5.一些結(jié)構(gòu)抗裂構(gòu)造措施

在進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時,與室外相連的出入口，沿截面均勻配置細(xì)密的構(gòu)造鋼筋或鋼筋網(wǎng)片，延緩降溫可提高構(gòu)件的抗裂能力。結(jié)構(gòu)開口和突出部位因收縮應(yīng)力集中的部位，基礎(chǔ)突然變化、轉(zhuǎn)折部位，變截面處以及底板、頂板與墻的轉(zhuǎn)角處, 配置構(gòu)造配筋，在基礎(chǔ)內(nèi)設(shè)置必要的溫度配筋, 孔洞轉(zhuǎn)角及周邊部位, 增加斜向構(gòu)造配筋, 以改善應(yīng)力集中。在基礎(chǔ)與墻、地坑等接縫部位, 適當(dāng)增大配筋率, 設(shè)暗梁, 以減輕邊緣效應(yīng), 提高抗拉伸強(qiáng)度,控制裂縫開展。

(二)施工方面

在施工中控制大體積混凝土裂縫的開展, 主要從降低溫度應(yīng)力和提高混凝土的極限抗拉強(qiáng)度兩方面入手：

澆筑混凝土?xí)r必須控制混凝土的入模溫度，做到隨澆隨抹,表面平整光滑。加強(qiáng)施工中的溫度控制；改善約束條件, 削減溫度應(yīng)力；提高混凝土極限抗拉強(qiáng)度。

選擇良好級配的粗骨料, 嚴(yán)格控制其含泥量, 加強(qiáng)混凝土的振搗, 提高混凝土的密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度,減小收縮, 保證施工質(zhì)量。

對混凝土表面實(shí)行保溫潮濕養(yǎng)護(hù), 使其保持一定溫度, 或加熱養(yǎng)護(hù), 緩慢降溫, 充分發(fā)揮徐變特性,減低溫度應(yīng)力；采取長時間養(yǎng)護(hù), 規(guī)定合理的拆模時間, 延緩降溫時間和速度, 充分發(fā)揮混凝土的“應(yīng)力松弛效應(yīng)”。合理安排施工程序, 控制混凝土均勻上升, 避免過大高差；及時回填土, 避免結(jié)構(gòu)側(cè)面長期暴露。施工時應(yīng)嚴(yán)格按《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》要求養(yǎng)護(hù)。

四、結(jié)束語

由于大型的地下車庫及人防工程的需要，溫度收縮裂縫在超長超寬混凝土結(jié)構(gòu)中較常見且日趨增多，設(shè)計人員應(yīng)引起足夠重視。溫度收縮裂縫是可以控制的, 本文分析溫度收縮裂縫產(chǎn)生的原因，從設(shè)計、施工兩方面介紹了部分防止溫度收縮裂縫采取相應(yīng)的措施, 從各個方面入手進(jìn)行有效的控制, 才能減少及防止溫度裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展, 提高工程質(zhì)量。

[1]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制.中國建筑工業(yè)出版社，1998

[2]游寶坤.混凝土建筑結(jié)構(gòu)裂縫控制的技術(shù)措施.建筑結(jié)構(gòu)，2002

[3]混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范.GB50010-2002

[4]混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范.GB50204-2002