地下室大體積混凝土裂縫的預(yù)防與控制

1、地下室大體積混凝土裂縫的預(yù)防與控制    摘要:地下室工程混凝土極易出現(xiàn)裂縫,它的出現(xiàn)會(huì)影響地下工程的抗?jié)B能力,影響到使用功能,而且會(huì)引起鋼筋銹蝕,混凝土碳化,影響到結(jié)構(gòu)的耐久性與使用安全。本文分析了地下室大體積混凝土施工中裂縫產(chǎn)生的原因及采取預(yù)防措施。 關(guān)鍵詞:地下室;大體積混凝土裂縫;預(yù)防措施;控制 1 前言 隨著城市建設(shè)的發(fā)展,地下室的工程越來越多。但地下建筑的施工卻遇到一些問題,因地下防水的需要,地下室的混凝土一般為抗?jié)B混凝土,而由于地下室的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),很容易產(chǎn)生混凝土裂縫。地下室大體積混凝土有如下特點(diǎn):(1)混凝土強(qiáng)度高,水泥用量大,因而收縮變形

2、大;(2)幾何尺寸大,內(nèi)部熱量積聚迅速,溫升快,而外部卻散熱快,易形成高溫差;(3)工程量大,施工連續(xù)性強(qiáng),不易控制。 本文通過對(duì)杭州慶春路某工程地下室共一層建筑面積10600平米大型地下室的施工技術(shù)和措施的分析、研究和相關(guān)原理的應(yīng)用進(jìn)行一些總結(jié),以期能為類似施工項(xiàng)目提供經(jīng)驗(yàn)和幫助。 1 產(chǎn)生裂縫的原因以及影響 1.1 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。高層建筑的地下室(基礎(chǔ))很多采用了大體積混凝土澆灌。大體積混凝土內(nèi)部由于水泥水化產(chǎn)生的熱量無法向外傳播散熱,致使內(nèi)部溫度升高,而外層的混凝土由于散熱較快與環(huán)境溫度相差不大,形成內(nèi)高外低的溫差,當(dāng)內(nèi)外溫差大

3、于等于25時(shí),溫度應(yīng)力就會(huì)突破混凝土約束應(yīng)力,混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。該裂縫會(huì)逐漸發(fā)展,甚至是穿透性的。 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)7080)。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)它超過混凝土拉伸極限11.5×10-4,裂縫就產(chǎn)生了。 1.2 混凝土收縮變形及其影響(1)化

4、學(xué)收縮。混凝土硬化過程中,水泥要發(fā)生一系列化學(xué)變化,稱之為水化,但水化生成物體積比反應(yīng)前物質(zhì)總體積要小,這種收縮,我們稱之為化學(xué)收縮;(2)混凝土的干收縮。干收縮是由于混凝土內(nèi)部吸附水蒸發(fā)引起凝膠體失水產(chǎn)生緊縮,混凝土的干收縮取決于周圍環(huán)境的濕度變化。在大體積混凝土中,當(dāng)這種收縮由于內(nèi)外環(huán)境不一致而使混凝土構(gòu)件表面拉應(yīng)力超過其拉伸極限時(shí),導(dǎo)致了裂縫的產(chǎn)生。干燥收縮主要是混凝土在硬化過程中表面水分蒸發(fā)過快、水泥石干燥收縮造成的?，F(xiàn)在城市的工程一般都采用商品混凝土,商品混凝土為了保證其流動(dòng)性及和易性,水泥用量較多,單位用水量大,砂率高,使混凝土產(chǎn)生干縮裂縫的可能性大增。這種裂縫較小,大部分呈網(wǎng)狀。

5、 1.3 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。沉降收縮裂縫產(chǎn)生的原因是混凝土澆搗后,骨料顆粒沉落,水分上升,受到鋼筋、予埋件、或大的粗骨料阻擋,而使混凝土互相分離,使混凝本身組成的材料沉落不均造成開裂,該裂縫為中間寬、兩端窄的水平裂縫,多產(chǎn)生鋼筋密集、截面變化較大的部位。 2 采取措施 2

6、.1 控制混凝土選材和配合比,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。普通硅酸鹽水泥早期強(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。通過比較我們選擇了粉煤灰水泥。 另外,我們還采用了外加劑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。 2.2 調(diào)整鋼筋配置方案,增設(shè)溫度傳遞分布筋,將混凝土內(nèi)部熱量及時(shí)傳遞出來,防止內(nèi)部熱量積蓄。 在配筋設(shè)計(jì)上,建議設(shè)計(jì)院在配筋率不變情況下,采用上下皮配筋差異方案,即底皮鋼筋在無柱板帶上無論縱橫都采用

7、25150,在有柱板帶處上下皮筋均采用25130。由于混凝土有1米厚,考慮到散熱速度,我們?cè)诘灼や摻詈晚斊や摻钪g設(shè)置了25,溫度分布筋,每平方米1根,上下采用搭接焊,將原來28200配筋方案徹底放棄了。這種上下錯(cuò)位分布,減小鋼筋直徑,加密鋼筋間距在一定程度上緩和了混凝土收縮,上下搭接的的連通鋼筋能快速把中間熱量傳遞出來,減小裂縫產(chǎn)生的比例。 2.3 合理設(shè)置后澆帶,減少早期不均勻沉降、放松約束程度。 不均勻沉降主要由地基地質(zhì)和上部建筑荷載不一引起,由于地下室面積大,我們?cè)谥鳂桥c輔樓相交接的位置設(shè)置了3條后澆帶。同時(shí),由于主樓地下室沿邊狹長(zhǎng),我們?cè)谙鄳?yīng)位置設(shè)置了后澆帶,這樣,有效地減少了工程早

8、期可能不均勻沉降所產(chǎn)生的裂縫,也對(duì)整個(gè)底版放松了約束,同時(shí)還減少混凝土澆筑長(zhǎng)度引起的蓄熱量,減少溫度應(yīng)力,對(duì)裂縫的預(yù)防和控制擴(kuò)展起到了相當(dāng)?shù)淖饔谩?2.4 采取措施加強(qiáng)養(yǎng)護(hù),對(duì)溫度進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控,防止出現(xiàn)較大溫差。 施工(底板混凝土澆筑)控制在4月底完成,避開了暴曬和炎熱天氣。在養(yǎng)護(hù)上,我們從澆筑完開始,配4個(gè)專人養(yǎng)護(hù),輪流值班。為了保證已澆好混凝土表面散熱速度不至于過快,在其表面我們鋪蓋了草袋,并在草袋上再蓋上尼龍薄膜,保持混凝土表面濕潤(rùn),使之緩緩降溫,將養(yǎng)護(hù)期延長(zhǎng)至15天。 2.5 溫度裂縫的預(yù)防措施 大體積混凝土澆筑應(yīng)在一天中氣溫較低時(shí)進(jìn)行;優(yōu)先采用水化熱較低的水泥;在保證混凝土強(qiáng)度等級(jí)的

9、前提下,使用適當(dāng)?shù)木從郎p水劑,減少水泥用量、降低水灰比,以減小水化熱;摻用外摻料,如摻用粉煤灰,不僅可取代部分水泥,減少水用量,還可改善混凝土的可泵性等;控制混凝土的入模溫度,例如防止太陽直接照射砂石料,向骨料噴水(井水更好),加冰塊冷卻原材料等;在澆筑時(shí)采用分層澆筑,控制澆筑厚度和進(jìn)度,以利散熱;合理地設(shè)置后澆帶;控制澆筑溫度,如澆筑混凝土?xí)r投入適量毛石、蠻石(粒徑達(dá)150mm的大骨料),以吸收熱量,并節(jié)約部分混凝土材料,但在這種混凝土中,"毛石塊"不應(yīng)大于總體積的20%30%;預(yù)埋冷卻水管,用循環(huán)水降低混凝土的溫度,進(jìn)行人工導(dǎo)熱。循環(huán)水是通過管道系統(tǒng)泵入的,以井水為最好

10、;澆筑完畢后,應(yīng)及時(shí)進(jìn)行覆蓋保溫,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù);模板可減緩混凝土表面散熱,減小混凝土內(nèi)外溫差,從而減少混凝土的溫度裂縫,因此在混凝土澆筑完畢后,不要急于拆模,最好7d后拆模。 2.6 干縮裂縫的預(yù)防措施 選用收縮量較小的水泥,盡量采用中低熱水泥或粉煤灰水泥;混凝土的干縮受水灰比的影響較大,水灰比越大,干縮越大,因此在混凝土配合比設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡量控制好水灰比的選用,同時(shí)摻加合適的減水劑,減少水的用量;外加劑與摻合料應(yīng)選擇得當(dāng),應(yīng)選擇收縮小的外加劑與摻合料;避免雨中澆筑混凝土;做好早期的養(yǎng)護(hù),及時(shí)地保溫、保濕;混凝土澆筑完畢后不要急于拆模。 2.7 沉降收縮裂縫的預(yù)防措施 在滿足泵送和澆筑的前提下,嚴(yán)格控制混凝土的單位用水量,盡可能減小混凝土塌落度;摻加適量的外加劑改善混凝土性能;控制混凝土攪拌時(shí)間,防止攪拌時(shí)間不均勻造成混凝土前后物理性能相差較大;加強(qiáng)混凝土的搗實(shí);在澆筑過程中下料不能太快,防止混凝土堆積而造成振搗不充分;對(duì)于斷面相差大的結(jié)構(gòu)物,先澆灌較大、較深的部位,置2-3小時(shí),然后與較薄斷面一起澆灌;進(jìn)行第二次壓抹或初凝前進(jìn)行二次振搗。 3 結(jié)束語 通過對(duì)地下室混凝土裂縫的產(chǎn)生原因分析,可知混凝土裂縫的產(chǎn)生可以控制和預(yù)防的,具體施工中還要靠施工術(shù)人員多觀察、多比較,出現(xiàn)問題后多分析、多總結(jié),采用多種預(yù)防處理措施,對(duì)混凝土裂縫實(shí)施有效控制,提高混凝