关于地下室外墙早期裂缝的原因分析与处理

陈灏沆

摘要:对珠海市地下室外墙早期裂缝的情况进行分析和探讨,尝试对产生裂缝的原因和影响因素以及对裂缝处理措施进行探索,减少裂缝对建筑物的不利影响。

关键词:地下室 早期裂缝 裂缝原因 抗拉强度 影响因素 处理

一、引言

随着城市建设的发展,对地下空间的利用也愈来愈大,地下室的建设也朝更深更大发展,地下室的外墙(长墙)出现裂缝的情况相当普遍,在对珠海地区的调查中发现较大型的地下室都存在不同程度的裂缝问题,成为影响我市工程质量的一个重要的方面,不仅影响观感和舒适度,也直接影响建筑物的使用功能,降低建筑物的耐久性。

二、裂缝情况总结

从工程实践中,地下室外墙裂缝多属于收缩裂缝,具有以下特点:

1.出现时间早,属于早期裂缝,一般在拆模1～2天后出现,个别在未拆模时便存在,随着混凝土强度增加裂缝出现逐渐稳定,但缝宽加大不多,少量裂缝在后期还会受混凝土的“自愈”影响消失。

2.裂缝出现具有规律性,为属于垂直于底板的竖向裂缝,多出现在墙的中部,两端较少,或出现在暗柱、壁柱等等刚度变化的地方。

3.裂缝一般的长度接近墙高,裂缝宽度大小不一,多属于0.1～0.5mm之间,中间宽,两端受构件约束逐渐变细至消失。

4.裂缝大多数属于贯穿性裂缝,少量属于表层裂缝,但是在墙的内外面对应处存在裂缝。

三、裂缝产生的原因

混凝土构件的开裂是由于混凝土的拉应力超过了混凝土的抗拉强度,从地下室长墙的早期裂缝的特征可见造成裂缝的原因主要是混凝土的收缩和温差。根据文献1,长墙的水平应力σx是设计的主要控制应力,是经常引起垂直裂缝的主要应力,长墙的中部即剪应力等于零的位置σx为最大值,该值与混凝土的弹模、线胀系数、温差、收缩差、长高比、长度、约束度和徐变及配筋有关。混凝土的温度应力和温差成正比,升温为正,引起压应力,降温为负,即引起拉引力,混凝土的收缩值换算为当量温差,此当量温差是负值,应力为拉应力。因此,当混凝土结构的降温和收缩同时发生时,混凝土结构承受互相叠加的拉应力,当这拉应力大于混凝土的抗拉强度时,在墙的中部出现第一条裂缝,一块分成两块,每块板又有自己的应力分布,且其图形完全相似,但其最大值由于长度减少了一半而减少,此时如果该值仍然超过抗拉强度,则形成第二批裂缝,如此持续下去,直到σxmax 小于或等于抗拉强度,裂缝稳定,不再增加。由于混凝土早期强度较低,抗拉强度更低,因此,在拆模后容易出现裂缝,随着裂缝的产生和混凝土强度的增加,裂缝的发展逐渐稳定,可见,最早产生的裂缝由于σxmax最大,往往会形成贯穿性裂缝,而且缝宽较大,后期产生的裂缝缝宽较小。当σxmax等于抗拉强度时,处于一种在极限的不稳定状态,受钢筋、混凝土的性状、施工因素等影响,混凝土可能开裂,也可能不开裂,裂缝的间距、宽度、长度就具一定的离散性。

四、影响裂缝的因素及处理措施

由上可知,混凝土的开裂由于拉应力超过了抗拉强度引起,与建筑物的设计、材料、施工等有直接的关系。

(一)设计

1.《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)中规定:现浇钢筋混凝土地下室墙伸缩缝最大间距为20m(露天)～ 30m(室内或土中),但实际工程中地下室墙长绝大部分均超过此规定,后浇带的设置受建筑物的影响大多数仅考虑主次楼的沉降差,而并未考虑地下室长墙的开裂问题,合理设置建筑物的平面布置,减少约束度,合理设置后浇带或“跳仓法”等措施,减少变形约束;可以有效的释放混凝土的早期应力应变,减少开裂的机会。

2.设计合理的混凝土强度等级,从混凝土的抗压强度提高,抗拉强度提高却很有限,即拉压比降低,尤其是混凝土的极限拉伸强度几乎不随着抗压强度的提高而提高,但高强混凝土的塑性收缩大,温度收缩和自身收缩更大,在高强预拌泵送混凝土对流动性及和易性的要求下,坍落度大,水泥用量多,水灰比大,砂率增多,骨料粒径减小等等导致高强混凝土收缩率、水化热更大,更加容易开裂。文献1推荐使用C40强度的混凝土作为地下室墙的混凝土强度门槛值是非常值得重视的。

3.设置抗裂钢筋的作用是非常明显的,布置“细而密”的抗裂钢筋、增加钢丝网片等能够有效分散应力集中现象,提高抗拉性能。通过合理布置构造钢筋,提高配筋率、保证钢筋保护层的合理厚度等从而提高混凝土的抗拉强度和极限拉伸,减少开裂现象。

(二)材料因素

混凝土裂缝是一定存在的,但混凝土的不良性状加剧混凝土的收缩,加大了水化热等,导致混凝土更加容易开裂。地下室等大体积混凝土多采用泵送混凝土,随着水泥用量增加,水灰比增加,砂率增加,骨料粒径减小,用水量增加、大量使用外加剂等导致收缩及水化热增加,加剧裂缝的发展。

1.粗细集料含泥量过大,降低混凝土的抗拉性能。

2.为了保证混凝土的可泵性,工程中一般选用较小粒径的粗骨料,或减少粗骨料的用量,增大砂率,粗骨料的用量的减少和粗骨料粒径的减小,会使混凝土的体积稳定性下降,不稳定性变大,从而增大了混凝土收缩。

3.随着高强混凝土的应用,水泥的等级要求就高,细度越细,水泥用量越大,用水量增加、水灰比大等导致收缩及水化热增加,同时降低了抗拉强度,混凝土的开裂变形也就越大。

4.水泥品种对混凝土的收缩影响较大,一般认为矿渣硅酸盐水泥、快硬水泥等收缩比普通硅酸盐水泥收缩大。

5.混凝土外加剂、掺和料选择不当、或掺量不当,外加剂及掺合料种类繁多,大多数只有强度指标,缺乏对水化热及收缩变形影响的长期实验资料,许多外加剂严重的增加收缩变形,有的甚至降低耐久性。

(三)施工因素

因为施工不当导致混凝土开裂的情况屡见不鲜,由于混凝土的“非均质性”对抗拉性能极其敏感,经常出现在相同的情况下,裂缝的程度却完全不同,因此,强调认真施工,做好各项技术措施对减少混凝土开裂是十分必要的。

1.应在早晚或夜间浇灌混凝土,避免高温入模,减少温差。

2.浇筑混凝土前未充分湿润模板,混凝土表面水分被模板吸收且得不到补充,引起混凝土的塑性收缩,产生裂缝。

3.模板拆除过早,地下室墙体表面积较大,过早拆模容易导致表面水分的丧失过快和降温过快。模板在混凝土终凝后一定的时间内可以起到很好的保温保湿的作用,适当延长拆模时间,有利于混凝土的强度和裂缝的控制,广东地区习惯浇灌混凝土后24小时就拆模并进行浇水养护,这种做法不仅达不到保温作用,而且浇水导致更大的温差,更不利于裂缝的控制,应当建议拆模时间延长至7天。

4.加强混凝土的养护工作,养护工作应尽早进行,并适当延长,但不宜过早采取松模浇水的做法,以免加剧温差,在可能的情况下全面覆盖塑料薄膜,保持养护期混凝土表面始终湿润。

五、裂缝的处理

对地下室的裂缝应首先确认裂缝性质,裂缝的出现时间、发展情况、位置、裂逢长度、宽度、深度、数量等应有详细认真的情况记录,在裂缝稳定的情况下再进行处理,一般的收缩裂缝可以采取化学灌浆方法和封闭方法加以处理,对于裂缝位置尚应在迎防水施工前做好防水加强层,空铺处理,地下室裂缝的处理宜优先在迎水面进行处理,一般有以下几种:

(一)表面处理法:包括表面涂抹和表面贴补法

表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝,未贯穿、深度未达到钢筋表面的裂缝,不漏水或开裂已经稳定的裂缝。表面贴补法(土工膜或其它防水片)适用于大面积漏水(蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝)的防渗堵漏。

(二)填充法

用修补材料(一般使用环氧树脂)直接填充裂缝,常常用来修补较宽的裂缝(≥0.4mm),当宽度<0.4mm且深度较浅的裂缝,或是裂缝中有杂物,用灌浆法很难达到效果的裂缝,以及个别裂缝的简易处理可采取开V型槽,然后作填充处理。

(三)灌浆法

分高压注入和低压注入两种方式,此法应用范围广,对混凝土的细微裂缝到大裂缝均可适用,处理效果好。

(四)加固补强法?

加固补强法与一般的裂缝处理不一样,要求恢复建筑物因裂缝而导致承载力降低的情况,除封闭裂缝外还对结构进行加强,应有详细的施工设计、措施,采取恰当的方法进行处理,包括粘钢法、预应力法、断面补强法等。

参考文献:

[1]《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)

[2]《工程结构裂缝控制》(王铁梦著)

(作者单位:珠海市建设工程质量监督检测站)