摘 要:本文通过对高层建筑地下室剪力墙混凝土的裂缝成因进行了内外因素综合分析,提出了防止大构件混凝土裂缝的设计与施工的相关技术措施,并对混凝土裂缝的提出了修补处理方法,从而说明了大构件混凝土裂缝的缺陷是可以事前控制的。
关键词:大构件混凝土;裂缝缺陷;预防与修补
某工程建筑高度99.95米,该工程地上二十八层,地下一层,地下室面积为7145.8m2,地下室底板面标高-5.2米,地下室顶板面标高-0.6～-1.20米。基础采用锤击预应力高强管桩基础,地下室地板厚400mm,由后浇带划分为三个区域。地下室承台和底板于2009年12月上旬开工,三月初顶板浇筑完成。地下室外墙设计厚度400mm,混凝土强度分别为C40和C50（承受上部主楼的地下室外墙为C50）。地下室从一月初至三月初按后浇带的划分区域Ⅲ、Ⅱ、Ⅰ的先后顺序施工地下层的外墙、内部剪力墙和顶板,分区的混凝土浇筑完毕后的第十天拆开墙柱的侧模,结果发现地下层的剪力墙体出现多条裂缝,特别是与地下层楼梯相交接处的剪力墙处,每一至二米就有一条细裂缝,但未发现贯穿性裂缝。裂缝的宽度一般在0.3mm以上,少部分在0.3mm以下,这些裂缝是有规则的:竖直的、两端尖细中间宽的裂缝,是在模板拆除时发现裂缝的,可以肯定它不是外荷载引起的裂缝,也不是结构的实际工作状态与设计计算假设模型的差异引起的裂缝,它应该是温度收缩引起的结构变形产生的裂缝,即干缩裂缝。这种裂缝是宏观的,对结构的耐久年限和建筑使用功能均受到影响。工程上出现这种有害裂缝,要花去不必要的财力进行修复,还要延误工期。因此施工项目部应在施工前,根据当地的气候条件、地下室的深浅、地下室墙体的厚度、混凝土的设计强度等级等因素做好地下室的防裂措施。
1 该工程地下室墙体裂缝浅析
1.1 材料分析
1.1.1 掺合料的总掺量过多。该工程地下室墙体设计厚度为400mm,属大厚度混凝土墙体,为了降低水化热,在买不到矿渣水泥的情况下,商品混凝土公司在普通硅酸盐水泥中,掺合了水泥用量的14％的粉煤灰和9％的磨细矿渣。按建设厅关于《住宅工程钢筋混凝土现浇面板裂缝控制技术导则》的通知规定,粉煤灰或矿粉掺量不得大于水泥用量的15％,两者合掺时不得大于水泥用量的20％。从理论上讲,粉煤灰取代部分水泥可以降低水泥的水化热升温,有助于减少混凝土的温度收缩和干燥收缩。但本工程除了掺入粉煤灰之外,还掺入了磨细矿渣,掺合料的总掺量过多。掺合后的标准稠度需水量较大,但保持水分的能力较差,泌水性较大,使混凝土的干缩性增大。
1.1.2 配置C40和C50混凝土的单方水泥用量过大。本工程的C40混凝土,在扣除取代掺合料后的水泥用量还需373d/m3。由于水泥用量多,导致混凝土多余水分增大。混凝土失水后,收缩也加大。
1.1.3 混凝土用水量多。该工程地下室混凝土采用泵送混凝土,坍落度较大为140mm。由于坍落度大,用水量多,其结果也增大了混凝土的收缩,增大了墙体开裂的可能性。
2 设计方面的分析
2.1 钢筋保护层厚度太厚。地下室外墙竖向钢筋设计为Φ20@200,水平筋为Φ16,位置在竖筋的内侧,地下室外墙外侧竖向钢筋保护层要求为40mm,内侧为20mm,这样从墙体外表面到抗收缩的水平筋的尺寸分别为68mm和48mm,此尺寸为地下层外墙体表面素混凝土的厚度,特别是地下室水池的墙体,其竖向钢筋保护层的厚度要求为50mm,即从墙体表面到抗开裂的水平筋素混凝土厚度达到78mm。造成墙体表面存在着一层厚厚的素混凝土。当混凝土浇注后,水化热在墙体内部和墙体表面由于散热不一样,温度也不一样,内部温度高,表面温度低,形成温度梯度,使混凝土墙体内部产生压应力,表面产生拉应力,拉应力超过混凝土的抗拉强度时,即产生裂缝。裂缝一般是从表面向内部发展,而本工程地下室墙体钢筋保护层太厚,超出混凝土结构设计规范表9.2.1的规定,又没有对保护层采取有效的防裂构造措施,客观上助长了表面收缩裂缝向墙体内部发展,本工程地下剪力墙的裂缝应该与钢筋保护层厚度太厚分不开。
2.2 墙体中水平筋直径和间距大。在一般情况下,对有防裂要求的结构,设计上对钢筋的选用是采用密和小的手法,本工程若采用Φ14@100～150,防裂效果可能更好。
2.3 用后浇带代替伸缩缝。后浇带代替伸缩缝,其间距应符合混凝土结构设计规范表9.1.1的要求。表中规定现浇式地下室墙类结构,室内或土中最大间距为30米,露天为20米。而本工程地下室后浇带的划分原则,只考虑设置在受力和变形最小的部位,即主楼与裙搂交接处。后浇带的间距超过表中的规定距离。该工程地下室面积大,达到7145.8m2。需要等地下结构全部施工完毕,结构验收合格,外墙防水经试水验收合格后,方可回填土方。总之,地下室墙体暴露时间过长,更应该注意伸缩缝的最大间距问题。
3 其它方面的分析
3.1 养护不到位、不及时。现场的施工顺序是先绑扎外墙及内部剪力墙、柱的钢筋、立模板、安装地下顶板、梁的模板、浇筑墙、柱的混凝土,再绑扎顶板、梁（包括外墙的暗梁）的钢筋,验筋后浇筑,浇筑顶板、梁混凝土,待顶板梁的混凝土浇筑12小时后开始进行养护。虽然在绑扎顶板及梁的钢筋时,对内、外墙和柱进行养护,但往往只淋墙柱的顶面,有时也对外墙外侧模板淋一下,但水分很快顺模板流下,对外墙体的混凝土起不到养护作用。等到顶板、梁混凝土浇筑12小时后松开外墙板的对拉螺栓,养护水可以从板顶流向外墙板外侧面,这时最少离外墙体浇筑混凝土的时间已有四天以上,而外墙体的内侧面,由于顶板的立柱、支撑林立,无法养护,该墙体工程施工时的几天气温较高,气温近30℃;该外墙体浇筑混凝土后第十天拆模,对墙体来说,这十天的养护完全不到位,模板拆开后,发现墙体1～2米之间就有一条收缩裂缝,这是侧墙面无养护到位的例证。