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地下室混凝土外墙裂缝成因与解决措施

时间:2021-08-11作者:马伍平 贲马 王志刚
本文导读:这是一篇关于地下室混凝土外墙裂缝成因与解决措施的文章,地下室外墙混凝土虽然不属于大体积混凝土,也容易由因温度收缩应力而产生裂缝,导致结构防水性能降低,甚至危害结构安全及长期耐久性。

  摘    要: 针对地下室混凝土外墙易出现裂缝,降低结构的防水性及耐久性的问题,提出混凝土原材料的选用原则及控制要点、配合比设计原则和施工措施。工程实践证明,这些措施明显减少了地下室混凝土外墙裂缝的出现,保障了地下室外墙的抗裂防水性。

  关键词 :     地下室外墙;裂缝;骨料;养护;

  1、 工程概况

  招商臻府位于深圳市宝安区宝城黄金台商业街与文汇B街交汇处,总建筑面积169544.68m2,地下室3层,地上5栋,分别是34层、40层,42层、43层不等。地下室外墙近300m,每40m预留一道施工缝,墙设计厚度300mm,主楼地下室外墙设计强度为C60,非主楼设计强度为C40,外墙设计强度为C35P6。工程地下水非常丰富,对地下室结构的防水防渗要求高。

  2、 地下室外墙混凝土裂缝控制难点

  地下室外墙混凝土虽然不属于大体积混凝土,也容易由因温度收缩应力而产生裂缝,导致结构防水性能降低,甚至危害结构安全及长期耐久性[1]。地下室外墙混凝土与其他混凝土不同,由于墙中密集钢筋、埋件、栓钉,产生了强约束,使结构承受较大的应力[2];外墙的散热面大,与空气接触面积大,混凝土表面水分流失快,散热快,但其厚度较厚,容易导致内外温差大;由于是竖向结构,且场地窄,养护较为困难。

  控制混凝土裂缝的常规措施有:大掺量矿物掺合料,添加抗裂纤维、膨胀剂、防水剂,使用水冷循环降温等[3]。这些措施虽然有一定效果,但是仍无法杜绝裂缝的出现,且在实际生产过程中存在混凝土工作性能不良、膨胀剂质量控制难、施工环节复杂、对养护条件要求过高等问题。该项目工程,采用市场易见的材料,重视一些容易被忽略但是其实非常重要的控制点,配合比设计参考大体积混凝土的设计思路,控制水化热,控制混凝土的早期强度增速,进一步提高地下室外墙混凝土的抗裂性。

  3 、混凝土原材料及配合比控制措施

  3.1、 骨料的选择

  粗骨料是混凝土的刚性骨架支撑,其强度和耐久性远大于水泥石,是混凝土中最稳定的组分,尤其是高标号混凝土[4]。粗骨料在混凝土中还可以对混凝土裂缝的继续发展形成阻挡作用,粗骨料弹性模量大,受荷载变形少,能限制水泥石的形变,提高混凝土内部的均匀性,减少混凝土的早期收缩,提高混凝土的抗裂性。
 

地下室混凝土外墙裂缝成因与解决措施
 

  地下室外墙混凝土中的粗骨料应选择低收缩性骨料。低收缩性骨料有石英岩、花岗岩、白云岩和石灰岩等,高收缩性的骨料有玄武岩、砂岩和黏板岩等。资料显示用不同骨料配置的混凝土的干缩率从大到小依次为:砂岩>黏板岩>花岗岩>石灰岩>石英岩。结合市场综合考虑,此工程选用石灰岩。

  还要根据现场的具体施工情况,钢筋距离、密度,合理选择粗骨料的最大粒径,降低混凝土中骨料的比表面积,不可一味追求好泵送、好施工。

  混凝土用砂选择淡化后的海砂,该砂级配好,含泥量低。使用该砂必须严格控制氯离子含量,海砂淡化氯离子含量国家标准是0.03%以下,本项目必须高于国家标准,控制在0.015%以内。

  3.2、 胶凝材料组成

  水泥选用早期强度较低、强度增长曲线平滑的水泥。一般大体积混凝土常用的矿渣水泥、低水化热水泥等,市场上不易见,且生产使用中要用单独罐子存放,因此此次工程选用市场上常见的台泥普通硅酸盐42.5水泥品牌。在其中优选3、7天强度较低、28天强度合格、60天强度稳步增长的水泥,既可以保证水泥水化热较低,还可以保证供应,不会给生产造成不便。

  表1 各品牌水泥胶砂抗压强度
表1 各品牌水泥胶砂抗压强度

  按GB/T12959-2008《水泥水化热测定方法》,测定各品牌水泥7天水化热,结果见表2。

  表2 水泥水化热实验
表2 水泥水化热实验

  选用常见的矿粉和粉煤灰火山灰活性材料为矿物掺合料,可在保证混凝土工作状态和强度的基础上,降低单方水泥和水的用量,降低并延缓混凝土水化热的释放时间。

  矿粉选用柳钢矿粉,颗粒主要为多角形玻璃体,多棱角,具有较大的比表面积[6]。矿粉掺量不宜过大,因为掺量过大时,与水泥颗粒级配不佳,会劣化混凝土内部微观孔隙结构,增多毛细孔,加速裂纹的发展,导致混凝土收缩增大。

  表3 矿粉的化学成分
表3 矿粉的化学成分

  粉煤灰选用质量稳定且距离近的妈湾电厂灰,颗粒主要为表面光滑的球形,玻璃珠粒径小于水泥颗粒,掺入基体中可以与水泥形成良好的颗粒级配,优化凝胶体系。同时可以填充至水泥基体微小孔隙中,玻璃珠可以发生二次水化反应,生成致密凝胶体,抑制毛细孔发展,降低混凝土的体积收缩。

  表4 粉煤灰的化学成分
表4 粉煤灰的化学成分

  3.3、 配合比设计

  设计地下室外墙混凝土配合比时要遵循以下三个原则:

  ⑴按照混凝土耐久性、抗压及抗折强度、绝热温升及体积稳定性、工作性能的先后顺序设计配合比;

  ⑵在满足设计强度的前提下,尽可能降低水泥和水的用量,增加骨料,特别是粗骨料的用量;

  ⑶设计强度时采用60d的强度为配合比设计及工程实体验收的依据。

  选用缓凝型聚羧酸减水剂,通过抑制水泥水化反应,延缓水化温升,使水化热不集中释放,可以有效控制大体积混凝土温度裂缝的产生。

  经过实验室大量试配,最终确定混凝土配合比,如表5所示,混凝土各龄期抗压强度如表6所示,混凝土实验室试配状态如图1所示,混凝土水化升温及降温曲线如图2所示。

  表5 C35P6地下室外墙混凝土配合比(㎏/m3)
表5 C35P6地下室外墙混凝土配合比(㎏/m3)

  表6 高强地下室外墙混凝土各龄期抗压强度(MPa)
表6 高强地下室外墙混凝土各龄期抗压强度(MPa)

  图1 实验室混凝土试配状态
图1 实验室混凝土试配状态

  图2 混凝土水化升温及降温曲线
图2 混凝土水化升温及降温曲线

  4 、施工控制措施

  4.1、 混凝土浇筑

  混凝土浇筑应保证连续、均匀,浇筑前应对泵管布置、罐车运距、站位、排队等待时间等进行计算和组织;确保混凝土供应速度大于混凝土初凝速度,不出现冷缝;底板混凝土浇筑应采用“斜面分层、一次到顶”的方式,分层厚度控制在500mm以内,斜面坡度1:6,分散混凝土的水化放热峰值。

  4.2、 振捣

  要求二次振捣。二次振捣可以减少粗骨料和水平钢筋下面形成的空隙,增加混凝土和钢筋的握裹力,同时还可以增加混凝土的匀质性和密实度,避免由于混凝土沉降而产生裂缝,并且还能消除混凝土内部的微小裂缝,进而增强混凝土抗裂性能。

  4.3、 混凝土收面

  混凝土收面,浇筑后,先按标高用长刮尺刮平,在初凝前用平板振动器碾压数遍,并用压光机进行表面压光。一次抹压,混凝土初凝前,表面用铁滚筒滚压,待混凝土收水后,用木抹子搓平两次,闭合混凝土面层的收缩裂缝。二次抹压,混凝土初凝后,应增加二次抹压的处理,以闭合早期收缩裂缝,底板和楼板的表面抹压次数不少于3遍。

  4.4、 养护

  带模养护。地下室外墙是一种竖向的结构,保温养护不易进行。采用带模养护和延迟拆模的方法进行养护,效果较为明显。此次工程是把模板撬开条缝,定时洒水养护,简单实用,效果明显。

  4.5 、保温

  在升温阶段,混凝土出现的大多是表面裂缝,这类裂缝对混凝土结构受力性能一般没有大的影响;但是在降温阶段,混凝土容易出现贯穿性裂缝,这将严重影响混凝土的承载能力和防水能力[7]。因此要特别注意地下室混凝土外墙在降温阶段的保温。带模养护,定时洒水就可以达到保温的效果。

  5 、质量控制要点及保证措施

  ⑴混凝土原材料进场时,供方应按规定批次向需方提供质量证明文件。质量证明文件应包括型式检验报告、出厂检验报告与合格证等,外加剂产品还应提供使用说明书。

  ⑵严格控制混凝土的浇筑时间,混凝土运输、浇筑及间歇的全部时间不应超过初凝时间。

  ⑶严格控制振捣时间和方法,并增加二次振捣。

  ⑷注重早期收面,并增加二次抹压的方法,以闭合早期塑性收缩裂缝,避免产生龟裂。

  ⑸保证混凝土的养护方法和时间,确保养护到位。

  ⑹控制外界环境,降低外界环境对混凝土结构的影响。

  ⑺施工前向搅拌站交底,内容为材料要求、外加剂、坍落度、数量、强度、运输等要求,并向混凝土浇筑工作人员书面交底,明确振捣要求,以及养护要求。

  ⑻施工过程中要加强对工人的教育和培训,强调工程的特殊性,增强质量意识,抓住关键的混凝土振捣和收面作业来保证施工质量。

  ⑼严格控制到场混凝土质量,对到场不合格的混凝土应退回搅拌站。

  ⑽设立混凝土专职监督管理人员,对混凝土的养护、外部环境控制专项监督管理。

  6、 实际验收效果

  本次工程施工过程顺利,严格执行相关施工、养护措施。60天后实际墙体回弹强度达42.4MPa,并且在墙体上没有明显裂缝,达到了设计的预期。

  图3
图3

  7 、结语

  地下室外墙混凝土出现裂缝的原因是多方面的,是在多个因素的共同作用下形成的,因此其解决措施也一定是多方面的,需要所有相关参建的公司、部门、劳务班组等共同重视、共同努力、协同工作,才能减少裂缝的出现,保证建筑物结构的安全性和耐久性,延长建筑物的寿命期,实现建筑物的百年大计。

  参考文献

  [1]潘珑云大体积混凝土裂缝成因及控制措施[J]广东建材,2018,3411):50-52.
  [2]黄文广.大体积混凝土施工的质量控制技术研究[J.广东建材,2019,35(07):74-75.
  [3]崔峻语,郭俊诺.大体积混凝土结构裂缝产“生原因及控制措施[A].北京力学会北京力学会第二十七届学术年会论文集[C].北京力学会北京力学会,2021:2.
  [4]曾国东,周敏杨腾宇等矿物掺合料对混凝t塑性收缩裂缝的影响[J].混凝土,2020(03):105-107+116.
  [5]张大弓骨料对混凝土热膨胀系数及热震开裂影响的研究[D]哈尔滨工业大学,2019.
  [6]李家和,王金业.王明亮等不同生产工艺机制砂对混凝土性能的影响[J]新型建筑材料2018 ,45(09):34-37.
  [7]辜先超高强混凝土外墙裂缝控制措施及其配合比优化方案[0]建材与装饰,2017(37):15-16.

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