地下室大体积混凝土裂缝预防与控制

    随着城市建筑的发展,地下空间被广泛利用,但地下建筑的施工却遇到一些问题。地下室大体积混凝土裂缝预防与控制就是其中之一。

    地下室大体积混凝土有如下特点:⑴混凝土强度高,水泥用量大,因而收缩变形大;⑵几何尺寸大,内部热量积聚迅速,温升快,而外部却散热快,易形成高温差;⑶工程量大,施工连续性强,不易控制。

    混凝土结构裂缝产生原因有三种:一是由外荷载引起,即按照常规计算的主要应力引起;二是结构次应力引起,即由实际工作状态与假设模型不符所致;三是由变形应力引起,这是由于温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形。地下室大体积混凝土裂缝主要产生原因属于第三种。

    本文通过对上海·樟馨家园大型地下室的施工技术和措施的分析、研究和相关原理的应用进行一些总结,以期能为类似施工项目提供经验和帮助。

    上海·樟馨家园(酒店式公寓部分)地下室长163米,宽71米,占地面积8100平方米。地基属沼泽平原地貌类型,为Ⅳ类场地。采用桩-筏型基础。地下室底版混凝土等级C35、外墙板C40,抗渗等级S6.

    一、产生裂缝的原因以及影响

    1.温差的形成及其影响在混凝土结构中,引起温度变化的热量主要源于水泥的水化热。地下室大体积混凝土基础中,混凝土强度级别较高(一般都高于C30),水泥用量大,因此混凝土在初凝过程中会有大量水化热产生。混凝土是热的不良导体,又由于地下室底版几何尺寸巨大,这些热量不易及时排出而积聚,导致了其内部温度迅速升高(最高时可达70~80℃)。相反,在构件表面,则由于散热条件良好,温度保持较低水平,这样就出现了内外温差。这种相对的“内胀外缩”对混凝土表面产生拉应力,当它超过混凝土拉伸极限1~1.5×10-4,裂缝就产生了。

    2.混凝土收缩变形及其影响⑴化学收缩。混凝土硬化过程中,水泥要发生一系列化学变化,称之为水化,但水化生成物体积比反应前物质总体积要小,这种收缩,我们称之为化学收缩;⑵混凝土的干收缩。干收缩是由于混凝土内部吸附水蒸发引起凝胶体失水产生紧缩,混凝土的干收缩取决于周围环境的湿度变化。在大体积混凝土中,当这种收缩由于内外环境不一致而使混凝土构件表面拉应力超过其拉伸极限时,导致了裂缝的产生。

    3.地基的不均匀沉降及其影响基础设计的主要依据是工程地质勘察报告。任何一个地质勘察,其结果都是近似的。当设计假设模型与地质实际不符等情况出现时,都很可能出现不均匀沉降。同时,由于上部建筑物荷载不同,也产生不均匀沉降。这种不均匀沉降对混凝土就产生拉应力,当应力超过混凝土极限拉伸值时,导致裂缝产生。这种裂缝一旦出现则比较严重,可能危及安全和使用等功能。

    二、采取措施:

    1.控制混凝土选材和配合比,掺加外加剂,减少水泥用量和用水量,降低水化热和收缩变形。普通硅酸盐水泥早期强度高但水化热大;矿渣水泥虽然比普通水泥比热低,但泌水、干缩现象严重,且后期硬化收缩也大;火山灰水泥后期收缩较大,同时经济效益也不合算。通过比较我们选择了粉煤灰水泥。

    粉煤灰水泥特性如下:成分,在硅酸盐水泥中掺入占水泥重量20~40%的粉煤灰组合而成。特性,早期强度较低,后期强度增长较快;水化热较小;耐冻性差;耐硫酸盐腐蚀及耐水性较好;抗炭化能力差;抗渗性较好;干缩性较小;抗裂性较好。供应标号,275、325、425、425R、525、525R、625R.

    选择粉煤灰水泥在技术上有两点好处:一是减少内部水化热的产生(因为减少了水泥用量);二是减少混凝土的“干缩”量,这样从整体上对裂缝的产生和扩展起到了预防和抑制作用。

    粗、细骨料:石子选择了级配良好的碎石,针、片状颗粒含量<8%;含泥量<0.5%;含硫杂质<0.5%;砂为中砂,细度模数为3.5,含泥量<5%;含硫杂质<0.5%.

    另外,我们还采用了外加剂LN-800N和膨胀剂HEA,这在相当程度上减低水灰比和水泥用量降低了水化热,也使混凝土得到补偿收缩。

    2.调整钢筋配置方案,增设温度传递分布筋,将混凝土内部热量及时传递出来,防止内部热量积蓄。

    在配筋设计上,建议设计院在配筋率不变情况下,采用上下皮配筋差异方案,即底皮钢筋在无柱板带上无论纵横都采用Φ25@150,在有柱板带处上下皮筋均采用Φ25@130.由于混凝土有1米厚,考虑到散热速度,我们在底皮钢筋和顶皮钢筋之间设置了Φ25,温度分布筋,每平方米1根,上下采用搭接焊,将原来Φ28@200配筋方案彻底放弃了。这种上下错位分布,减小钢筋直径,加密钢筋间距在一定程度上缓和了混凝土收缩,上下搭接的的连通钢筋能快速把中间热量传递出来,减小裂缝产生的比例。

    3.合理设置后浇带,减少早期不均匀沉降、放松约束程度。

    不均匀沉降主要由地基地质和上部建筑荷载不一引起,由于地下室面积大,我们在主楼与辅楼相交接的位置设置了3条后浇带。同时,由于主楼地下室沿边狭长,我们在相应位置设置了后浇带,这样,有效地减少了工程早期可能不均匀沉降所产生的裂缝,也对整个底版放松了约束,同时还减少混凝土浇筑长度引起的蓄热量,减少温度应力,对裂缝的预防和控制扩展起到了相当的作用。

    4.采取措施加强养护,对温度进行严密监控,防止出现较大温差。

    施工(底板混凝土浇筑)控制在4月底完成,避开了暴晒和炎热天气。在养护上,我们从浇筑完开始,配4个专人养护,轮流值班。为了保证已浇好混凝土表面散热速度不至于过快,在其表面我们铺盖了草袋,并在草袋上再盖上尼龙薄膜,保持混凝土表面湿润,使之缓缓降温,将养护期延长至15天。