□文 /常生福

地下室混凝土墻體拆模后常出現(xiàn)裂縫，特別是地下室的通長外墻，開裂現(xiàn)象十分普遍；不僅影響外觀，引起滲漏，還影響結構的耐久性甚至安全。為防止施工期間地下室混凝土墻體出現(xiàn)裂縫，本文在總結地下室墻體在施工期的應力分析和防止墻體裂縫的各種實踐基礎上，進一步提出了防止裂縫的技術措施，以保證混凝土的施工質量，提高結構的耐久性和可靠性。

1 既往研究綜述

1.1 現(xiàn)場原位試驗研究

文獻[1]以一個地下室混凝土底板和長墻澆筑時的溫度控制措施為例，介紹了底板蓄水養(yǎng)護和長墻體帶模養(yǎng)護的效果。指出，混凝土長墻帶模養(yǎng)護、合理設置后澆帶間距（30～50 m）是預防墻體開裂的關鍵。建議混凝土墻體帶模保溫養(yǎng)護時間不少于3 d，遇到氣溫驟降還要推遲拆模時間。

文獻[2]以某地下室工程為例，研究了影響超長墻體溫度應力的因素，提出了以預應力（補償收縮混凝土）技術、增設溫度筋來“抗”、以后澆帶設置工藝來“放”、利用礦物摻合料降低水泥用量和水化熱，利用緩凝高效減水劑降低水化熱峰值，從而減少冷縮溫度應力值，以減小約束和混凝土溫度變形的措施來“防”的綜合溫度裂縫控制措施；在混凝土澆筑完成后的升溫階段加強散熱，降溫階段采取措施保溫（推遲拆模時間）來減小溫度應力，見圖1。采取上述措施可以將混凝土的溫度變化由曲線1調整為曲線2，從而減小溫度峰值，預防和避免冷縮應力引起的開裂。

圖1 混凝土墻體內部的時間-溫度曲線

文獻[3]在地下室混凝土墻體厚度中心處布置了應變計和溫度計。結果表明，混凝土澆筑后內部溫度約在24 h左右達到峰值,其后逐漸降低,約在7 d前后降低到與環(huán)境溫度相同；隨著厚度的增大,溫度峰值的出現(xiàn)時間逐漸后延。建議提早進行混凝土養(yǎng)護，可利用模板來實現(xiàn)保溫保濕,適當延遲拆模時間；同時應掌握好拆模的時間,避開墻體降溫最陡峭段對應的時間點拆模；采用噴霧保濕的方式養(yǎng)護。

文獻[4]指出，墻板在澆筑后約12 h達到溫度峰值，其后混凝土溫度開始迅速下降；在0.5～2.0 d內降幅較大，2.5 d后與環(huán)境溫度接近；3.5 d后，墻體內部溫度與環(huán)境溫度變化趨于一致。澆筑完成后的早期，混凝土為壓應變，混凝土應變峰值基本對應于溫度峰值時點；其后壓應變逐漸變小，最終由壓應變轉為拉應變。拉應變在0.5～2 d上升較快，在2.5 d即達到最大值；澆筑后2.5 d內，整體應變水平較高，開裂風險較高。文中指出，一次充分的養(yǎng)護即便是在高溫干燥的條件下，也會使混凝土拉應變降低的效果持續(xù)9～12 h，說明灑水養(yǎng)護對混凝土抵抗開裂的作用非常顯著。

文獻[5]指出，混凝土澆筑后內部溫度上升較快,24 h左右達到峰值；峰值后混凝土內部溫度逐漸降低,7 d前后與環(huán)境溫度相同。為防止溫升階段的內外溫差以及溫降階段的溫降速率太大，應加強保溫和保濕養(yǎng)護；可考慮延緩墻體拆模，采用小水慢淋的方式加濕養(yǎng)護；本質上看,控制水化熱仍是關鍵問題。建議應提早進行混凝土養(yǎng)護，可利用模板來實現(xiàn)保溫保濕,適當延遲拆模時間；同時應掌握好拆模的時間,避開墻體降溫最陡峭段對應的時間點拆模；采用噴霧保濕的方式。

1.2 現(xiàn)場原位試驗+數值分析研究

文獻[6]通過在地下室頂板和墻體中埋設應變裝置的現(xiàn)場檢測和有限元的理論分析，對墻體內的應力分布情況作了研究，揭示了地下室頂板、側墻在溫度作用下的應力分布規(guī)律以及混凝土溫度變化規(guī)律。

文獻[7]對某大廈地下室外墻施工進行了現(xiàn)場的試驗觀察和理論分析。該項目施工采用鋼框膠木組合模板，澆筑3 d拆模,拆模后不久發(fā)現(xiàn)裂縫；裂縫在內外墻面對應部位同時存在,屬于貫穿性裂縫，用讀數顯微鏡測讀的裂縫寬度在0.3～0.6 mm之間，裂縫的平均間距約6.22 m，從裂縫形態(tài)看,寬度上下基本一致。該項研究指出，混凝土墻體芯部的溫度梯度不大(溫差僅6℃),而墻表面處溫差則有突變(溫差達18℃多)；因此,降低邊界處的溫度突變是防止裂縫的重點。由此該文提出，結合留設后澆縫,推遲模板拆除時間的建議并要求拆模后立即作外墻面維護(抹面、防水、護磚),完工后及時覆土,以免風吹干縮和遇寒流襲擊。

文獻[8]結合試驗研究結果，從數值分析入手，比較全面的研究了不同尺寸的墻體自生應力（自熱）和約束應力（底板老混凝土對新澆筑墻體自由變形的約束）以及熱應力與收縮應力的情況。該研究指出，混凝土養(yǎng)護期溫度變化有兩個階段：溫度增長（自熱）階段和冷卻到環(huán)境溫度階段。在第一階段墻體伸長受到基礎的阻止，導致墻體中產生壓應力，通常發(fā)生在混凝土澆筑后的1～3 d。自熱溫度達到最大值后墻體開始冷卻（降溫），但是受到已經完成硬化的基礎的約束，于是墻體里產生了拉應力；而在整個養(yǎng)護期濕度一直在減小，也導致拉應力，但是它的值相對較小。因此，熱收縮應力以熱應力為主導，冷卻期的拉應力可能很大，超過了混凝土的抗拉能力就會開裂。

圖2是20 m長、700 mm厚的墻體中部，在3、7 d拆模后墻內應力隨時間變化的情況。

圖2 不同的拆模時間對應力的影響

由圖2可以看出，3 d拆模比7 d拆模增加墻體中的應力，特別是墻體表面的應力。

1.3 工程經驗應用

文獻[9]指出，為減少混凝土早期收縮造成的開裂現(xiàn)象，在混凝土澆筑后4～6 h（初凝前）用濕麻袋或草袋全面帶模覆蓋養(yǎng)護，達到保持表面溫度和濕度，減小內外溫差的目的；模板拆除時間不早于3 d(氣溫不高時可延長)，常溫養(yǎng)護至少14 d。

文獻[10]指出，超長墻體模板拆除時間應控制在7 d以上。環(huán)境溫度在0℃以上時，混凝土澆筑1 d后可松動穿墻螺桿，用濕麻袋緊貼墻體，繼續(xù)保持混凝土濕潤養(yǎng)護14 d以上；當環(huán)境溫度低于0℃時，不拆除模板，采取措施保溫保濕。采用這種方法不僅簡單易行、而且節(jié)約用水、用工少、溫度梯度變緩，防止混凝土施工期開裂的效果較好。

1.4 有限元分析

文獻[11]結合有限元分析結果指出，混凝土墻體模板拆除后如果遇到氣溫驟降時，可能出現(xiàn)表面裂縫；拆模后采取養(yǎng)護措施時（如濕草席），墻體內外部溫差降低變緩，溫度應力較小，可大大提高其抗裂性。

文獻[12]對一超長墻體的溫度應力及裂縫分布產生機理進行了有限元計算分析，通過和實際檢測結果對比，提出了簡便易行和實用經濟的裂縫控制新措施：給混凝土墻內施加預應力；人為設置分隔縫。該文指出，這些措施取得明顯效果。

2 墻體開裂的原因分析

混凝土中的水泥與水拌和后，化學反應產生的熱量隨時間的變化見圖3。熱量在養(yǎng)護初期是隨時間逐漸增加的，達最大值（通常是0～3 d）后下降。

與水化反應放熱相對應，混凝土內部的溫度在養(yǎng)護初期是上升的（升溫），后期下降（冷卻），見圖4。

圖3 膠凝材料的水化放熱曲線

圖4 混凝土墻中的溫度隨時間的變化[9]

混凝土墻體的體積改變如果不是自由的而是受到約束（比如老基礎對新混凝土墻體的變形約束），就會在墻體里形成應力；因為底板或基礎凝結硬化基本完成，可以認為是剛性的；而混凝土墻體在溫度作用下會伸長（升溫）或縮短（降溫）。升溫階段，新墻體的伸長受到基礎約束，就像在墻體與老基礎的接觸面上對墻體施加了壓力，從而使墻體受壓；降溫階段則相反，基礎的約束使墻體受拉，見圖5。

圖5 混凝土墻中的應力隨時間的變化[8]

混凝土抗壓能力強而抗拉能力弱，因此降溫階段開裂的風險更大。

特別需要注意，即使沒有基礎約束，由于墻體和周圍邊界的熱交換，溫度的分布在墻體內部并不均勻。在升溫階段，靠近模板的表面處一般溫度較低，而墻體核心處溫度較高，這種溫差造成混凝土內部產生不均勻的應力分布。內部協(xié)調變形的結果造成心部受壓，外墻面部受拉；在冷卻階段，心部降溫速率如果快于表面，造成心部受拉而面部受壓；相反如果心部降溫速率慢于表面（外部環(huán)境溫度劇烈變動時），造成心部受壓面部受拉。無論哪種情況，內外溫差太大，可能會導致混凝土開裂，這是大體積混凝土開裂的原因。

如果模板拆除過早，由于墻體表面迅速的冷卻，產生較大拉應力，可能導致墻體表面產生裂縫；同時，模板拆除加速了混凝土表面的濕度損失，會形成干縮裂縫,這就是墻體頂面沒有防護它的應力會大為增加的原因。因此，保溫同時保濕對防止裂縫有重要意義。

綜上所述，引起地下室混凝土墻體開裂的原因有：

1）墻體內外過大的溫差形成的應力；

2）已完成硬化的底板混凝土對墻體的約束應力；

3）拆模時間太早會造成內應力增加。

3 防止裂縫的措施

為防止施工期間墻體開裂，施工中要優(yōu)先選用水化熱低的水泥；優(yōu)化混凝土配合比設計；振搗密實等；除了這些常用的施工措施外，特別強調如下措施。

1）通過限制內外溫差的措施來減少墻體內部不均勻應力。墻體采用復合木模板；帶模養(yǎng)護至少7 d再拆模。在混凝土完成終凝后立即指派專人進行細水慢澆養(yǎng)護，保持模板濕潤狀態(tài)。冬季要采取專門的保溫措施養(yǎng)護，控制內外溫差不超過25℃[13]。

2）通過墻板中設置分隔縫來減小基礎底板對墻體的約束應力?；炷翂w出現(xiàn)裂縫是它自身性質決定的，難以避免；所以要順應它的特點，采用“放”的措施。即使對地下室這樣的墻體，雖然在回填土完成后，環(huán)境溫差比起外露的主體結構來相對較小，但是在拆除模板后，通常還需要進行基層清理、防水層施工、防水保護層施工、驗收等多個環(huán)節(jié)的工作，時間持續(xù)通常不會短于1月，因為這段時間持續(xù)的確切季節(jié)不能確定，因此，可以認為它暴露的環(huán)境和主體結構一樣；同時，底板的約束對墻體也形成應力，這個應力的大小與自由變形的長度有關。為此，相隔一定間距，預先人為設置斷縫，減少約束的墻體長度，從而減少約束應力，避免產生裂縫；同時使出現(xiàn)裂縫的位置形成規(guī)律，方便處理，減少裂縫出現(xiàn)部位的隨機性。

這種人為斷縫可以采用暗設的方式，在墻體內部加十字分隔片。見圖6。

圖6 墻板中設置分隔縫

分隔片由止水鋼板和分隔鋼板焊接在一起形成。平行于墻體的止水鋼板厚2 mm、寬300 mm，開口朝向迎水面；分隔鋼板厚2 mm，寬度為內外兩排鋼筋的凈距，分兩片對稱焊接在止水鋼板兩側，放置在內外兩排鋼筋之間；分隔片的間距不超過文獻[14]的規(guī)定，這個間距也是文獻[2]建議設置后澆帶間距的下限值。

分隔片也可以采用定購加工、現(xiàn)場組裝的方式，在止水鋼板上對應分隔片的位置做插槽，現(xiàn)場把分隔片插入。在墻體較高的情況下，組裝方式更便于施工。

特別需要提及，分隔片的設置可以代替后澆帶，減少了后澆帶施工的環(huán)節(jié)。分隔片部位的防水需要加強。

3）模板涂刷隔離劑(兼保濕劑)。隔離劑就像一層塑料薄膜覆蓋在混凝土表面,既便于拆除模板，防止模板受損，又起到保濕保溫的雙重效果。

4 工程應用

某項目地下建筑面積24 000 m2，外墻混凝土設計強度等級C30，抗?jié)B等級P6。觀測的西側墻長180 m，柱截面尺寸600 mm×600 mm,柱網尺寸7.2～8.5 m,外墻厚 400 mm,局部 300 mm，凈高 3.6 m；底板厚 400 mm，采用C40混凝土。

該項目2017年5月15日上午8：20開始澆筑混凝土墻體，26日21：10結束?；炷寥肽囟?2℃。采用十字板分隔裝置并按間距30 m設置一道（實際采用時結合柱、墻角、后澆帶的設置可適當調整）；采用18 mm厚復合木模板。為防止養(yǎng)護時間長造成的拆模困難，接觸混凝土的模板面滿涂隔離劑(兼保濕劑)，脫模劑采用WAX-1型，每千克稀釋液涂刷8～10 m2模板；涂刷20 min后即可在模板表面形成膜，起到隔離和保濕保溫的效果。安裝完成后的模板外側掛雙層麻袋覆蓋。墻體澆筑完成6 h后，專人開始灑水養(yǎng)護，每隔4 h養(yǎng)護一次，養(yǎng)護灑水以確保模板保持濕潤為限，持續(xù)7 d。7 d后開始拆模，檢查未發(fā)現(xiàn)裂縫，效果良好。

5 結論

混凝土地下室墻體施工早期開裂的原因比較復雜，主要原因是水化過程中的自熱和老基礎對新墻體的變形約束。為消除兩者造成的影響，采取如下措施：

1）采用復合木模板用于保溫和保濕的養(yǎng)護，保持至少7 d再拆模；

2）墻板中人為預先設置分隔縫；

3）模板涂刷隔離（兼保濕）劑。

采取上述措施后，大大減少了混凝土墻體內外的溫差，從而降低了溫度應力；同時降低了濕度損失，減少了干縮變形；降低了約束應力，防止了裂縫的出現(xiàn)，取得了良好效果。