鄧金云, 呂興建(中國五冶集團(tuán)有限公司, 四川成都 610000)

地下室超長鋼筋混凝土擋墻裂縫控制技術(shù)研究與應(yīng)用

鄧金云, 呂興建
(中國五冶集團(tuán)有限公司, 四川成都 610000)

文章結(jié)合工程實(shí)例分析地下室超長混凝土擋墻裂縫產(chǎn)生的機(jī)理和設(shè)計(jì)、施工控制措施

混凝土；地下室超長擋墻；裂縫控制

近年來，隨著建筑市場的發(fā)展，高大群體建筑越來越多，地下室結(jié)構(gòu)也日趨大型化、復(fù)雜化，地下室超長混凝土墻產(chǎn)生溫度、濕度裂縫的情況較為普遍。本文對超長混凝土墻裂縫控制進(jìn)行分析、研究，并結(jié)合實(shí)例說明應(yīng)采取的防治措施。

1 混凝土裂縫控制的關(guān)鍵

根據(jù)鋼筋混凝土連續(xù)結(jié)構(gòu)的伸縮縫間距計(jì)算公式：

(1)

式中：EC為混凝土的彈性模量；h為構(gòu)件的計(jì)算高度；CX為地基和底板對結(jié)構(gòu)約束系數(shù)；T為結(jié)構(gòu)相對地基的綜合溫差；α為鋼筋混凝土的線膨脹系數(shù)；ξp為鋼筋混凝土的極限拉伸值。

由于先行澆筑的混凝土抗水板對后澆的地下室混凝土擋墻有很大的約束，CX=1.0-1.5 N/mm3，則ECH/CX的值很小，可推導(dǎo)出降低結(jié)構(gòu)計(jì)算綜合溫差|αT|和提高鋼筋混凝土的極限拉伸ξp值，是延長鋼筋混凝土超長墻一次整澆長度，控制鋼筋混凝土墻裂縫的關(guān)鍵措施。

2 ξp值的提高措施

(1)考慮配筋對ξp影響時(shí)，ξp的計(jì)算為：

ξp=2×0.5fu(1+p/d)×10-4

(2)

式中：fu為第t天混凝土抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度值(N/mm2)；p為配筋率；d為鋼筋直徑(cm)。

從式(2)中可以看出，提高ξp的途徑有提高fu和(1+p/d)等措施。

(2)提高fu值。由于早強(qiáng)型(R型)水泥大多比表面大、C3S、C3A含量高、早期水化快(早期水化熱發(fā)展快)，對減少αT不利，故不宜采用，僅能靠加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)及其他施工工藝措施來提高fu值。

(3)提高(1+p/d)值。這是經(jīng)常采用的措施，可與設(shè)計(jì)協(xié)商采取細(xì)筋密布的方法，在保持p值基本不變的情況下，適當(dāng)降低d值，一般水平筋的間距宜不大于150 mm。實(shí)踐證明這個(gè)措施可提高墻體混凝土的抗裂能力，尤其可抑制早期裂縫的擴(kuò)展，減小裂縫的寬度。

(4)根據(jù)王鐵夢教授在《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》一書中的有關(guān)論述，慢速荷載條件下的極限拉伸與粗骨料的種類有明顯關(guān)系，考慮徐變特性時(shí)，采用卵石混凝土的ξp為1.3×10-4，而采用碎石混凝土的ξp為1.8×10-4。在條件允許時(shí)應(yīng)盡量采用碎石作為混凝土的粗骨料，采用碎石混凝土比采用卵石混凝土的ξp至少提高1.38倍。

(5)理論和實(shí)踐均證明，合理采用混凝土二次振搗施工工藝可提高混凝土的密實(shí)性，從而提高混凝土的ξp值。

(6)ξp值與材質(zhì)及養(yǎng)護(hù)條件有很大的關(guān)系，當(dāng)材質(zhì)不佳、養(yǎng)護(hù)不良時(shí)為0.5×10-4～0.8×10-4；當(dāng)材質(zhì)優(yōu)良、養(yǎng)護(hù)優(yōu)良緩慢降溫時(shí)為2×10-4；中間狀況時(shí)為1.0×10-4～1.5×10-4。故混凝土配制應(yīng)優(yōu)選原材料，混凝土澆筑后應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，并且確保澆筑后的混凝土能夠緩慢降溫。

3 |αT|降低措施

3.1 T的含義

溫差T包括水化熱溫差、氣溫差和收縮當(dāng)量。

3.2 降低水化熱

(1)選用低熱水泥，如礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥，但由于商業(yè)因素，往往只能采用普通硅酸鹽水泥，但不應(yīng)采用帶R的早強(qiáng)型水泥；

(2)用15 %～20 %I級或II級粉煤灰代替部分水泥，以減少水泥用量，降低混凝土水化熱值；

(3)使用適量減水劑可減少單位用水量，這樣在確?；炷翝M足施工操作和設(shè)計(jì)標(biāo)號的條件下(即水灰比不變)，也相應(yīng)減少了水泥用量，降低混凝土的水化熱。

以往我們有這樣的觀點(diǎn)：即地下室墻較薄，散熱降溫快，水化熱影響甚微。但實(shí)際上在表面系數(shù)大的構(gòu)件中，雖中心溫度不是很高，可表面層的溫度梯度可以很大，這往往成為早期開裂的一個(gè)因素。此外，由于趕工和節(jié)省模板投入等經(jīng)濟(jì)因素，地下室墻體的模板往往在澆筑混凝土的第2～3 d內(nèi)被拆除，這時(shí)正好是水泥水化熱的高峰期，若未采取保溫、保濕養(yǎng)護(hù)措施，可能導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的溫度梯度急劇增加而引起墻體開裂。故在地下室超長混凝土擋墻施工中，降低其水化熱的措施是必要的。

3.3 注意氣溫差

地下室墻體施工期間暴露在大氣中，外界氣溫的變化影響較大。因此，要控制澆筑溫度與大氣中最低的平均溫度之差。對于四川南充地區(qū)年平均溫度在20 ℃左右，夏天混凝土入模的溫度較高，必要時(shí)應(yīng)在攪拌混凝土?xí)r采取溫控措施，并避免骨料被太陽曝曬，對混凝土輸送管進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼谏w等措施，降低混凝土入模溫度。在冬季，當(dāng)氣溫較低(低于5 ℃)時(shí)混凝土表面或外部應(yīng)采取適當(dāng)?shù)谋卮胧?/p>

3.4 減少收縮當(dāng)量差

減少收縮當(dāng)量差，即減少混凝土收縮量，針對不同的混凝土收縮種類分別闡述如下：

3.4.1 減少自身收縮

自身收縮也稱硬化收縮，是混凝土硬化過程中由于化學(xué)反應(yīng)引起的收縮。這種收縮的大小與水泥品種和用量有關(guān)，所以正確選擇水泥品種和適當(dāng)減少水泥用量可降低混凝土的自身收縮。此外，有的減水劑對自身收縮是有影響的，應(yīng)當(dāng)對外加劑提出控制收縮要求。

3.4.2 減少塑性收縮

混凝土澆筑后4～15 h左右，水泥水化反應(yīng)劇烈，混凝土初凝階段，骨料與膠合料之間產(chǎn)生的不均勻變形，出現(xiàn)泌水和水分急劇蒸發(fā)現(xiàn)象，引起失水收縮。

塑性收縮的量級很大，可達(dá)1 %左右，所以在商品混凝土澆筑4～15 h內(nèi)，在表面可能出現(xiàn)不規(guī)則的龜裂(特別是養(yǎng)護(hù)不良的部位)，既寬又密，多屬表面裂縫。

水灰比過大、水泥用量大、外加劑保水性差、粗骨料少、用水量大、振搗不密實(shí)、環(huán)境溫度高、表面失水快等都能導(dǎo)致塑性收縮引起表面裂縫。

對于地下室擋墻，由于厚度小，必須采取保溫、保濕措施，否則塑性收縮對于薄墻來說引起裂縫的可能性更大。

總之，混凝土結(jié)構(gòu)的收縮是非常復(fù)雜的變形過程，影響混凝土收縮的因素很多，應(yīng)考慮徐變形影響。根據(jù)混凝土的時(shí)間收縮計(jì)算公式：

ξy(t)=3.24×10-4(1-e-0.01t)M1M2…M10

式中：M1M2…M10為考慮各種非標(biāo)準(zhǔn)條件的修正系數(shù)。

以下分述各種非標(biāo)準(zhǔn)添加的影響：

3.4.2.1 M1為水泥品牌修正系數(shù)

普通水泥為1.00，礦渣水泥為1.25，快硬水泥為1.12，低熱水泥為1.00。從這個(gè)因素來看，采用低熱水泥或普通水泥較好。

3.4.2.2 M2為水泥細(xì)度修正系數(shù)

從目前四川南充供應(yīng)的水泥來看，水泥細(xì)度基本都接近5 000，此時(shí)M2=1.35，這個(gè)因素對減少混凝土收縮不利。

3.4.2.3 M3為骨料修正系數(shù)

常用的為礫砂，在常用情況下M3=1.0，影響不大。

3.4.2.4 M4為水灰比修正系數(shù)

當(dāng)水/灰=0.3時(shí)，M4=0.85；水/灰=0.4時(shí)，M4=1.00；水/灰=0.5時(shí)，M4=1.42。顯然從這個(gè)因素考慮水灰比越小越好。

3.4.2.5 M5為水泥漿量修正系數(shù)

水泥漿量修正系數(shù)見表1。

3.4.2.6 M6為初期養(yǎng)護(hù)時(shí)間修正系數(shù)

此系數(shù)與混凝土澆筑后初期養(yǎng)護(hù)時(shí)間有關(guān)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間逾長M6愈小。如養(yǎng)護(hù)7 d，M6=1.00；養(yǎng)護(hù)10 d，M6=0.96。由于使用摻粉煤灰的混凝土，故我們在正常情況下就規(guī)定養(yǎng)護(hù)期不小于14 d。

表1 水泥漿量修正系數(shù)

3.4.2.7 M7為環(huán)境相對濕度修正系數(shù)

環(huán)境相對濕度修正系數(shù)見表2。

表2 環(huán)境相對濕度修正系數(shù)

顯然環(huán)境濕度相對濕度愈大對減少混凝土收縮有利。

3.4.2.8 M8為水力半徑的例數(shù)修正系數(shù)

此系數(shù)與構(gòu)件截面尺寸有關(guān)，由設(shè)計(jì)定型定值，地下室擋墻截面對抗裂不利。

3.4.2.9 M9為不同操作條件的修正系數(shù)

一般采用機(jī)械振搗，M9=1.00。

3.4.2.10 M10為不同配筋率(模量比)的修正系數(shù)

不同配筋率(模量比)的修正系數(shù)見表3。

表3 不同配筋率(模量比)的修正系數(shù)

表3說明鋼筋混凝土的配筋率越高，混凝土的收縮量減少。

3.4.3 膨脹劑的作用

普通硅酸鹽水泥的混凝土，由于C3S、C3A含量高，這兩種礦物成分收縮值大，加入膨脹劑后，不但可增加混凝土的密實(shí)性，而且可補(bǔ)償混凝土的收縮，達(dá)到減少整體混凝土的收縮，防止裂縫的效果。但由于各種膨脹劑性能有差異，使用膨脹劑時(shí)，應(yīng)根據(jù)混凝土環(huán)境、結(jié)構(gòu)物大小和季節(jié)適當(dāng)選用膨脹劑種類和摻量，否則會(huì)產(chǎn)生不利的效果。

3.4.4 環(huán)境的影響

日溫差變化大小和風(fēng)速大小直接影響混凝土表面的水分蒸發(fā)速度，特別對新澆筑的混凝土內(nèi)外濕度梯度的影響極大，施工技術(shù)措施及裂縫分析中應(yīng)根據(jù)具體條件加以考慮。

4 工程實(shí)例應(yīng)用

4.1 實(shí)例工程概況

南充藍(lán)光·COCO香江B-1地塊地下室結(jié)構(gòu)二層，層高(4.5+4.5) m，單層建筑面積15 000 m2，單層地下室外墻周長820 m，墻厚300 mm，外墻設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級為C35 P8，配筋I(lǐng)I級鋼，外墻后澆帶設(shè)置和底板的分割基本上控制在30 m左右的長度。

4.2 工程中采取的相應(yīng)措施

(1)提高ξp值的措施。因?yàn)樘岣擀蝡值的途徑為提高 fu(1+p/d)最有效，采用非早強(qiáng)型的普通硅酸鹽水泥，并在墻混凝土澆筑后加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)工作。地下室外墻原施工圖配筋為HRB40016@200，經(jīng)與設(shè)計(jì)人員商議，改為主筋保持原設(shè)計(jì)不變，水平鋼筋改為HRB40014@150，使得p值不變而d值有所降低，粗骨料原擬采用破碎卵石代替碎石以節(jié)約成本，后與商品混凝土攪拌站協(xié)商采用碎石，使ξp值的提高得到保證。

(2)降低|αT|的措施。為了降低水化熱除了采用非早強(qiáng)型水泥，可采用添加II級粉煤灰和減水劑CSP-2來減少水泥用量。此外，地下室外墻模板拆除時(shí)間應(yīng)延長，防止模板拆除過早而影響墻體的保溫、保濕。

在膨脹劑的使用上選用性能穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

4.3 實(shí)施情況及結(jié)果

綜合考慮上述各種因素，我們在南充藍(lán)光·COCO香江工程地下室外墻施工中采用了表4所示混凝土配合比，混凝土等級為C35 P8。

表4 混凝土配合比

此配合比水泥為42.5普通硅酸鹽水泥，砂MX=2.3，砂率38 %，碎石粒徑5～30 mm，砂石含泥量在0.2 %以下，粉煤灰為II級粉煤灰，減水劑采用CSP-2膨脹劑。由于混凝土料采用泵送，塌落度為140～160 mm。該地下室墻體施工歷時(shí)3個(gè)多月，澆筑時(shí)多為晴天，保證3 d后才拆除模板，拆除模板后立即人工澆水養(yǎng)護(hù)14 d?，F(xiàn)地下室外墻混凝土已澆筑完成近1年，經(jīng)仔細(xì)檢查，各段均未發(fā)現(xiàn)裂縫，所留置的標(biāo)養(yǎng)、同養(yǎng)試塊足齡試壓均達(dá)到設(shè)計(jì)的抗壓、抗?jié)B等級。

TU755.7

B

[定稿日期]2016-06-17