任利國 張海波 曾子羽

（1 中交四航局第五工程有限公司；2 廣州航海學(xué)院）

近年來，隨著中國的快速發(fā)展，土地稀缺等問題越來越多，越來越迫切的要求對地下進(jìn)行更大的開發(fā)和挖掘。地下室可以很好的處理停車場和噪聲問題，不少高樓的底層都會有地下室或車庫，為解決地面交通擁堵建設(shè)的地鐵車站等地下建筑設(shè)施層出不窮。但由大體積混凝土建設(shè)的這些設(shè)施的墻體裂縫也越來越嚴(yán)重。裂縫會導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生滲漏，墻體內(nèi)部的鋼筋也會被侵蝕，這是一種很大的安全風(fēng)險。不但會破壞建筑物的美感，還會使建筑物的使用壽命下降，在施工過程中如果不重視、不采取相應(yīng)措施避免產(chǎn)生的后果將十分嚴(yán)重。

1 大體積混凝土墻體裂縫相關(guān)理論概述

1.1 外墻裂縫

混凝土產(chǎn)生裂縫的原因可分為兩大類：結(jié)構(gòu)性和非結(jié)構(gòu)性裂縫。前者是外荷載導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)次應(yīng)力所引起的裂縫，而后者則是由變形變化等因素所引起的，如溫度、收縮、不均勻沉降等產(chǎn)生的裂縫。在固態(tài)物質(zhì)中存在不連續(xù)性，如物質(zhì)內(nèi)部的瑕疵或隨時間擴(kuò)大的裂縫，會導(dǎo)致墻體漏水、鋼筋破損、生銹和裂縫擴(kuò)大，對建筑物壽命造成影響。因此，應(yīng)采取預(yù)防墻體裂縫的措施。裂縫的殺傷力會隨著時間的推移不斷增強(qiáng)，而在墻面開裂或陰雨天氣下，雨水會滲入墻體表面，導(dǎo)致剝落和霉菌滋生，對人體身體和心理造成很大的危害。

1.2 裂縫的主要特征

墻體的破壞有三種表現(xiàn)形式，一種是墻體的兩側(cè)壓潰，主要的破壞集中在墻體的端部，裂縫多為貫穿墻體上下的豎向裂縫；一種是墻體的整體破壞，破壞表現(xiàn)為墻體的整體開裂和混凝土剝落，除了豎向裂縫外，還有較多斜向裂縫；還有少數(shù)墻體破壞為墻體的部分整體破壞，破壞集中在墻體的一半?yún)^(qū)域，半面墻體開裂，伴有斜向裂縫向墻體中部延伸[1]。

裂縫主要為豎向裂縫，縫長接近墻高，兩端逐漸變細(xì)而消失；數(shù)量較多，寬度一般不大，絕大多數(shù)縫寬度≤0.2mm；沿地下室墻長兩端附近裂縫較少，墻長中部附近較多；裂縫出現(xiàn)時間多在拆模后不久，有的與氣溫驟降有關(guān)；隨著時間裂縫數(shù)量增多，但縫寬加大不多，發(fā)展情況與混凝土是否暴露在大氣中和暴露時間長短有關(guān)。雖然裂縫無法完全防止，但在建筑業(yè)中，控制裂縫寬度在一定限度內(nèi)即可，通常不會對墻體產(chǎn)生重大影響。

2 大體積混凝土墻體裂縫產(chǎn)生原因

2.1 混凝土自身原因

混凝土是由石子、水泥、砂漿和水等材料組成的一種復(fù)合物?；炷僚渲茣r需要考慮石材的粒度、類型、灰漿的水分含量、水質(zhì)和水溫等多種因素。一些廠商未嚴(yán)格把控原材料的品質(zhì)，將劣質(zhì)材料與優(yōu)質(zhì)材料混合使用，導(dǎo)致混凝土品質(zhì)下降和裂縫問題的加劇?；炷恋膹?qiáng)度級別與混凝土用量、水化熱量之間存在比例關(guān)系，高溫條件下混凝土在拌和過程中流量會產(chǎn)生較大的變化，難以保障品質(zhì)。在裂縫形成方面，混凝土的原材料選擇和配合比設(shè)計(jì)不當(dāng)，沙子中粘土含量過高、混凝土用量太多、加入過多沙子或只添加膨脹材料都可能引起混凝土收縮和裂縫形成。此外，混凝土在澆注后需要實(shí)施適時維護(hù)以避免塑性變形和裂縫產(chǎn)生。

2.2 不均勻沉降及溫度應(yīng)力

2.2.1不均勻沉降

在澆注混凝土后，建筑會逐漸下沉，不同位置承受不同的壓力，其自然沉降也不同，產(chǎn)生的沉降差也很大；當(dāng)結(jié)構(gòu)的實(shí)際應(yīng)力和預(yù)應(yīng)力有一定偏差時，就會產(chǎn)生裂縫。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)承受的載荷不均時，會對承載層土壤造成不利的作用，進(jìn)而引起局部土體的不均勻下沉。同時，在基坑底部還會產(chǎn)生一定的變形，從而引起整個土體的受力不均勻。地基的受力不夠，一旦出現(xiàn)位移，就會導(dǎo)致墻體的裂縫。在建造房屋時，最重要的是基礎(chǔ)，一旦地基發(fā)生變化，引起不均衡的沉陷；如果超過該極限張緊力，就會造成輕微的開裂，甚至是嚴(yán)重的翻轉(zhuǎn)。

2.2.2溫度應(yīng)力

混凝土受溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力稱為溫度應(yīng)力，在地下室墻的設(shè)計(jì)中常未充分考慮其影響，但裂縫的大小、性質(zhì)等會影響結(jié)構(gòu)的耐久性和工程品質(zhì)。混凝土在施工過程中由于內(nèi)部高溫而膨脹，容易導(dǎo)致墻體開裂而品質(zhì)下降?；炷劣昧颗c強(qiáng)度、水化熱量等相關(guān)，高水化熱一般發(fā)生在固化階段，導(dǎo)致混凝土發(fā)熱和收縮，外表面受到拉伸應(yīng)力而內(nèi)表面則受到壓縮應(yīng)力，若超過混凝土的拉伸強(qiáng)度則出現(xiàn)裂縫，溫度變化引起的裂縫可歸結(jié)為混凝土應(yīng)力和水化熱量。

2.3 施工養(yǎng)護(hù)及設(shè)計(jì)原因

2.3.1混凝土養(yǎng)護(hù)不足

隨著混凝土使用年限的延長，其抗壓能力會降低，故加固期間需進(jìn)行有效維護(hù)。膨潤劑噴射養(yǎng)護(hù)應(yīng)在一定溫度范圍內(nèi)、含水量充足的條件下進(jìn)行。膨脹劑用量大，故需進(jìn)行強(qiáng)化保養(yǎng)，噴灑過程中需保持地面潮濕。墻作豎向構(gòu)造，維修極具挑戰(zhàn)性，澆注完之墻壁未經(jīng)過灌溉及保養(yǎng)，不出兩日即可拆除。在鋼筋綁扎過程中，大多未留意連接部位及鋼筋傾角，導(dǎo)致加固防護(hù)層未符合規(guī)范，表層出現(xiàn)裂縫?；炷翝仓^程中使用振動棒振動，但由于長周期不能充分混合，模板拆除后仍會出現(xiàn)裂縫。

2.3.2設(shè)計(jì)方面不合理

《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，在室外20m 以內(nèi)時，現(xiàn)澆鋼筋混凝土墻的伸縮縫不超過30m，而在工程中，許多墻的長度超過20～30m。墻壁過長并不是國家的法律法規(guī)，而是用普通的混凝土加固。標(biāo)準(zhǔn)中要求大尺寸建筑物的后澆段間距不得大于60m，另外，墻體橫向鋼筋設(shè)置于縱向鋼筋內(nèi)部，橫向混凝土未受到較好的約束。若墻體的橫向筋設(shè)置于垂直筋的外部，可以有效地減輕墻體的裂縫。控制墻板齡期在28d 以上，并在墻板頂部設(shè)置彈性縫，避免斜裂縫的產(chǎn)生[1]。安裝時的接縫處未按要求進(jìn)行施工縫處的處理是影響裂縫的其他原因。

隨著光纖體積摻雜比的增大，砌塊抗壓強(qiáng)度先增加后減小，抗裂性和透光性增加，抗侵蝕、抗?jié)B性以及脆性系數(shù)下降[2]。

3 大體積混凝土墻體裂縫解決措施

3.1 選用合適的混凝土

混凝土原料應(yīng)滿足以下技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)要求：粉煤灰質(zhì)量等級不低于2級，摻入率不超過20%；混凝土強(qiáng)度等級不低于32.5，不得與其他物料混合；中沙的泥含量應(yīng)低于3%，泥量不超過1%；砂礫或鵝卵石的直徑應(yīng)在5～40mm 之間；攪拌用的水必須為清潔的水；添加劑必須符合國家1 類標(biāo)準(zhǔn)。在選擇混凝土?xí)r，優(yōu)先采用低水化溫度的礦渣硅酸鹽混凝土；在大體積混凝土中適量添加粉煤灰和減凝劑，可有效減少其水化熱量；對混凝土配比進(jìn)行嚴(yán)格控制，盡可能降低混凝土比例，但不影響混凝土品質(zhì)。通過嚴(yán)格控制細(xì)砂集料摻入量，確保其品質(zhì)穩(wěn)定可靠。

混凝土的水化熱是導(dǎo)致內(nèi)部溫度升高的主要因素。選用低熱混凝土可有效降低水化熱率，使其內(nèi)部溫度下降。研究表明，325 和425 型礦渣混凝土具有低水化熱量，其熱量比常規(guī)混凝土低28%。具體材料包括：選擇適當(dāng)?shù)哪z凝材料，如礦渣硅酸鈣、粉煤灰、細(xì)度較小的中溫型混凝土，以及在可能的情況下使用低溫型混凝土；選擇適當(dāng)粗細(xì)度尺寸的集料，如低于2%的含泥中等粗砂粒，砂礫或鵝卵巖含量不超過1%的合適顆粒大小；加入適當(dāng)?shù)脑龀韯┖蜏p水劑可改善混凝土流變性，通過分散和減水作用有效地減少耗水量，提高抗壓能力，還可減少水化熱、延緩混凝土最大溫度、降低因氣溫變化引起的裂縫；摻入硫酸鈉可加速混凝土凝固，但注意用量；將適當(dāng)?shù)呐蛎洸牧蠐饺牖炷林校色@得一種具有補(bǔ)償收縮作用的混凝土。膨脹劑可分為硫酸鋁酸鈣型和氧化鈣型，國內(nèi)常用的是AEA 型，其添加量為10%或UEA 型的15%。

3.2 控制不均勻沉降與溫度應(yīng)力

3.2.1控制不均勻沉降

在土木工程中，為了降低整體沉降常采用樁基或其它樁基。采用CFG 加固基礎(chǔ)并采用合理建設(shè)對策，可保證基礎(chǔ)承載能力和壓縮模量處于最優(yōu)值。后澆帶在工程中是必要的，有沉淀和溫?zé)醿煞N，需要在主體工程完工后或兩個多月內(nèi)進(jìn)行組裝，與鄰近房屋地基之間的間隔應(yīng)合理。為了避免結(jié)構(gòu)沉陷引起的裂縫，可合理選取適當(dāng)?shù)臉?gòu)造方式，配以適當(dāng)?shù)娜α褐?，以減少基礎(chǔ)及房屋本身的自重，先行建設(shè)超大型建筑物，再對小型、輕型建筑物進(jìn)行后期建設(shè)。在建設(shè)工程前必須對基礎(chǔ)進(jìn)行預(yù)處理，考慮開挖對基坑底部土壤的保護(hù)以及降雨和樁邊鉆孔對相鄰建筑物的影響。

另外，裂縫的修補(bǔ)可采用以下常見方式：表面涂布法，使用硫化物固化劑、聚氨酯、環(huán)氧基等涂料，需滿足混凝土表面必須牢固、清潔，涂層大約1mm 即可。涂覆和玻璃網(wǎng)工藝法，用環(huán)氧復(fù)合材料與玻璃網(wǎng)或聚氨酯涂層。灌裝法切開裂縫后注入甲基丙烯酸酯、水溶性聚氨酯、環(huán)氧等材料，適用于裂縫修復(fù)。對于裂縫的修補(bǔ)，注漿法分為高壓注注機(jī)注入環(huán)氧膠泥漿和0.2～0.4 百萬帕斯壓強(qiáng)的注漿量兩種。

3.2.2控制溫度應(yīng)力

預(yù)制墻體的傳熱系數(shù)隨保溫層厚度的增加而減小[4]。在施工現(xiàn)場，常用的混凝土強(qiáng)度等級普遍為C30或更高。但是，隨著強(qiáng)度級別的提高，其摻入量和標(biāo)號也隨之增大，從而導(dǎo)致更高的水化熱量和溫度壓力，進(jìn)而引起墻壁的裂縫。在進(jìn)行混凝土泵送時，由于泵浦的混凝土強(qiáng)度高于常規(guī)混凝土，其摻入的混凝土成分明顯大于一般的混凝土，從而使其水化熱量增加并提高混凝土中的溫度壓縮裂縫風(fēng)險。此外，在相同的摻入量下，為了確保混凝土的塌落程度，應(yīng)增加用水或摻入添加劑。因此，在泵送混凝土?xí)r，混凝土比例要大于普通混凝土的5～10 倍，并注意水分含量的減少以降低干燥收縮開裂的幾率。國內(nèi)對泵送混凝土的最低使用限制是300kg/m3，以確保泵送混凝土的平順度并減小泵壓的阻力。此外，集料粒度對泵送混凝土質(zhì)量有很大影響，應(yīng)注意砂礫和卵石顆粒直徑與管內(nèi)徑之比的控制。在降低溫度應(yīng)力方面，可以通過骨料級配的提高、添加塑化劑外加劑、利用水冷卻碎石等方式來降低混凝土的溫度。同時，在熱天澆筑混凝土?xí)r可以減少澆筑厚度并利用澆筑層面散熱，或者將水管埋在混凝土中并通入冷水以降低溫度。在拆模時，需要制定好拆模時間，并在溫度突然降低時對墻體表面進(jìn)行保溫，防止混凝土表面產(chǎn)生較大溫差。對于長期暴露在外的澆筑塊表面或較薄的結(jié)構(gòu)，需要在冬季進(jìn)行保溫措施。

3.3 加強(qiáng)施工養(yǎng)護(hù)和相關(guān)設(shè)計(jì)

3.3.1加強(qiáng)對混凝土的養(yǎng)護(hù)

為了減少裂縫的產(chǎn)生，需要嚴(yán)格掌握施工方法和施工時機(jī)。在混凝土澆注后的前12 個小時內(nèi)，應(yīng)進(jìn)行定量的灌水，采用優(yōu)質(zhì)保水劑，并確保均勻噴灑。在透明膠片養(yǎng)護(hù)過程中，必須嚴(yán)格覆蓋以防止外露，以保持內(nèi)部濕度。噴灑養(yǎng)護(hù)水需由專人負(fù)責(zé)，以保持混凝土的濕潤狀態(tài)。在冬季低溫條件下，應(yīng)采取防凍措施，對豎向構(gòu)件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)液噴灑。電渣壓力焊時，應(yīng)注意鋼筋的搭接狀態(tài)和傾角，一般應(yīng)在焊縫上保留4mm 的電渣量，坡度不應(yīng)超過15°。

在混凝土澆筑過程中，工人應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

⑴快速插入振動器，并緩慢拔出，以避免混凝土裂縫的產(chǎn)生。

⑵嚴(yán)格控制振動時間，過短會導(dǎo)致漏振，過長會導(dǎo)致混凝土與砂子分離并產(chǎn)生沉降，從而使混凝土表層發(fā)生砂化，嚴(yán)重影響混凝土質(zhì)量。

⑶在大約25 秒內(nèi)，每次振動應(yīng)持續(xù)到混凝土不再產(chǎn)生泡沫或明顯沉降，并使灰漿流出。

⑷振動器的插入間距應(yīng)在30～50cm 之間，以避免漏振。

⑸為增強(qiáng)上部和下部混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，振動器的插入深度應(yīng)小于10cm。

⑹在振搗過程中，不得接觸模板、鋼筋和預(yù)制構(gòu)件，僅在靠近模板的位置進(jìn)行振動。可以用木槌輕輕敲擊模板，并在模板邊緣和鋼筋密布區(qū)域使用鐵釬進(jìn)行振動，以確保混凝土的澆筑質(zhì)量得到充分保證。

3.3.2完善設(shè)計(jì)

⑴為避免氣溫變化引起混凝土建筑裂縫，合理的伸縮縫應(yīng)按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置，間距不低于實(shí)際尺寸。施工實(shí)踐和使用年限可以根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》縮短伸縮縫間距。為提升智能建筑混凝土墻體安全，研究基于極點(diǎn)特征聚類的智能建筑混凝土墻體裂縫識別方法，精準(zhǔn)識別墻體裂縫，及時修補(bǔ)裂縫，確保墻體安全[3]。

⑵對邊壁橫向鋼筋要進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控。采用抗裂筋間距較短、直徑小、間隔小的加固方法，強(qiáng)化構(gòu)件的受力特性和變形，并在薄弱區(qū)域加固，設(shè)置隱蔽梁板以增加混凝土的配筋比和極限拉伸強(qiáng)度。此外，還應(yīng)在垂直筋的外部布置橫向筋。

⑶減少邊壁高度，并按要求設(shè)置永久可擴(kuò)展裂縫，范圍為30～40m?？梢蕴峁?m寬的后澆條，間隔為20～30m，以減小熱收縮壓力。在后期施工中，將各部分墻體拼接成一體澆筑。為減少后澆區(qū)數(shù)量，可采用UEA 膨脹劑。

⑷充分發(fā)揮混凝土后期性能，將56 日混凝土的抗壓強(qiáng)度值置換為28 日以后的混凝土，有效減少水化熱量和用量。

⑸確定混凝土的摻入量和水灰比，同時確?；炷恋钠焚|(zhì)。提高鋼筋混凝土抗拉能力，通過合理的配筋布置控制混凝土的溫度裂縫和收縮裂縫。在依托工程原配合比的基礎(chǔ)上，從材料角度考慮摻加抗裂劑來降低混凝土外約束應(yīng)力。在滿足工作性能與力學(xué)性能的前提下，降低水泥用量降低混凝土絕熱溫升；粉煤灰早期水化較慢，替代水泥可降低結(jié)構(gòu)溫升，減小溫降收縮和自收縮，礦渣粉會增加自干燥收縮，且降低溫升效果不及粉煤灰，適當(dāng)多摻粉煤灰和少摻礦渣粉；同時摻入具有微膨脹功能的抗裂劑，補(bǔ)償混凝土收縮變形。本工程混凝土采用泵送工藝，若水膠比偏小會導(dǎo)致泵送壓力大，不便于施工，因此適當(dāng)提高水膠比[2]。

此外，在設(shè)計(jì)中要征求科研單位、施工單位、材料研究人員和質(zhì)檢人員的意見，確保工程安全和施工便利。設(shè)計(jì)單位應(yīng)對地下室重要構(gòu)件的承載能力和地基沉降情況進(jìn)行驗(yàn)算，以發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不足，并采取相應(yīng)對策。

4 結(jié)論

針對混凝土建筑常見的開裂問題，我們進(jìn)行了全面的研究，從原材料、性能和施工等方面進(jìn)行了分析。我們總結(jié)了混凝土墻開裂的成因，并提出了相應(yīng)的防治對策。通過對混凝土墻開裂成因的分析，我們確定了一系列問題，并提出了相應(yīng)的解決方案。然而，在現(xiàn)場勘察、原材料選擇和施工技術(shù)等問題上仍需進(jìn)一步研究，以進(jìn)一步完善混凝土結(jié)構(gòu)墻體的開裂問題。

主要結(jié)論如下：

⑴對于大體積混凝土墻體，我們采取了預(yù)防開裂的措施，并進(jìn)行了詳細(xì)的論證，以確保其抗裂性能。在施工前期，需要改善混凝土的原材料和性能，以從根源上提高混凝土墻體的抗裂能力。

⑵混凝土墻體的開裂與內(nèi)部變形和熱因素密切相關(guān)。收縮是混凝土變形的重要原因，增加了開裂的可能性。溫度變化是導(dǎo)致混凝土開裂的主要因素，早期水化熱不能充分釋放，導(dǎo)致溫度應(yīng)力增大。因此，在建筑工程中，需要合理調(diào)配原材料，并有效控制氣溫變化。

⑶我們強(qiáng)調(diào)建筑設(shè)計(jì)師對設(shè)計(jì)規(guī)范的意識，仔細(xì)研究相關(guān)部門和項(xiàng)目承包方的新規(guī)定，將施工項(xiàng)目的各個方面納入考慮，然后進(jìn)行混凝土墻體的防開裂工作。

盡管本研究對混凝土結(jié)構(gòu)墻體開裂問題進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)了一系列問題并提出了解決方案，但混凝土施工是一個復(fù)雜的過程，涉及各個方面。在建筑場地勘察、原材料選擇和施工工藝等方面，我們需要進(jìn)一步探討。在實(shí)際工作和生活中，我們必須總結(jié)和完善新的方案，以進(jìn)一步解決混凝土結(jié)構(gòu)墻體開裂問題。