郁世君

1 工程概況

本文闡述的為寧波某拆遷安置小區(qū)一期工程,位于鄞州中心區(qū)四明東路北側(cè),建有16層,20層四幢高層住宅嵌固于1層地下室,主樓為框架剪力墻結(jié)構(gòu),1層普通地下室為框架結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)平面長(zhǎng)約80 m,寬約60 m,間隔 30 m～40 m設(shè)后澆帶,以主樓為單元分成四個(gè)板塊。地下車庫(kù)頂板于2008年3月按板塊分隔陸續(xù)澆筑完畢,待主樓封頂兩個(gè)月后,于2009年11月將底板、頂板后澆帶相繼封閉,封閉完畢約一星期后頂板陸續(xù)出現(xiàn)局部多處裂縫滲水現(xiàn)象,裂縫集中分布在純地下室頂板上,四幢主樓內(nèi)頂板未發(fā)現(xiàn)裂縫,裂縫的走向?yàn)槟媳毕?平面布置見圖1,圖1中帶斜線的區(qū)域?yàn)楹鬂矌?數(shù)字編號(hào)為經(jīng)檢測(cè)的裂縫位置。裂縫出現(xiàn)后,建設(shè)單位在2010年2月7日委托當(dāng)?shù)貙I(yè)檢測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)頂板的裂縫寬度、頂板及頂板梁所用各種規(guī)格的鋼筋、混凝土強(qiáng)度、頂板厚度及頂板保護(hù)層厚度進(jìn)行檢測(cè),除裂縫寬度均在0.2 mm以內(nèi),其余各項(xiàng)指標(biāo)均滿足現(xiàn)行規(guī)范要求,裂縫檢測(cè)報(bào)告見表1。對(duì)于頂板所出現(xiàn)的微裂縫,開始有些滲漏,經(jīng)一段時(shí)間裂縫自愈不滲了,裂縫寬度雖在規(guī)范限定之內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)安全性無影響,但對(duì)工程質(zhì)量、混凝土耐久性還是產(chǎn)生很大的危害。

2 裂縫原因的分析

表1 裂縫檢測(cè)結(jié)果 mm

本工程后澆帶封閉之前各板塊均未產(chǎn)生裂縫,混凝土的收縮和徐變?cè)诟髯詤^(qū)域內(nèi)基本完成,所設(shè)的后澆帶能滿足收縮要求。自后澆帶全封閉后,整個(gè)地下室頂板受四幢剛度很大的主樓約束,板內(nèi)變形不能自由收縮,當(dāng)時(shí)正值冬季,冷空氣突襲,氣溫驟降,暴露在外的混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時(shí),即會(huì)出現(xiàn)裂縫。如施工工藝缺乏對(duì)溫度收縮變形較大的混凝土養(yǎng)護(hù)方法,養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足,受外部環(huán)境條件變化時(shí)干時(shí)濕,表面干縮形變受到內(nèi)部混凝土的約束,也往往會(huì)導(dǎo)致表面裂縫。一般在鋼筋混凝土中,拉應(yīng)力主要是由鋼筋承擔(dān),混凝土只是承受壓應(yīng)力,當(dāng)混凝土受外界影響溫度下降過大會(huì)在混凝土內(nèi)部引起相當(dāng)大的拉應(yīng)力以致板面開裂,若對(duì)應(yīng)板底剛好是受拉區(qū),難免引起貫穿裂縫。所以,掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對(duì)于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工極為重要。

3 溫度應(yīng)力分析及計(jì)算

1)在混凝土施工中,溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個(gè)階段：a.早齡期：混凝土終凝以后28 d所要達(dá)到的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí),這個(gè)階段有兩個(gè)特征：一是水泥放出大量的水化熱;二是混凝土彈性模量隨時(shí)間的增長(zhǎng)而減小,由于彈性模量的減小使混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。b.中期：自混凝土達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時(shí)止,這個(gè)時(shí)期中,溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加。c.晚期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)作時(shí)期,溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起,該應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相疊加。

本工程出現(xiàn)的狀況主要受第三階段影響,要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項(xiàng)比較復(fù)雜的工作,在大多數(shù)情況下需要依靠模型試驗(yàn)或數(shù)值計(jì)算。

2)為了從理論上進(jìn)行證明,對(duì)頂板的混凝土溫度應(yīng)力進(jìn)行了計(jì)算。理論計(jì)算的基本假定：混凝土所承受的溫差與收縮主要部分是均勻溫差和均勻收縮,外約束應(yīng)力作非剛性假定,板的厚度遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)方向的尺寸。

計(jì)算對(duì)象為一塊8.4 m×4.2 m×0.25 m的板,采用文獻(xiàn)[2]中的公式：

其中,C40混凝土E=3.25×104MPa;α為混凝土線膨脹系數(shù),α=1×10-5/℃;T為總溫差,T=T1+T2+T3,T1為季節(jié)溫差,T2為干縮當(dāng)量溫差,T3為水化熱溫差,取T=38℃;L為板長(zhǎng);cosh()為雙曲余弦函數(shù)Cx為引起單位位移的剪應(yīng)力,H為混凝土板換算寬度,考慮到兩側(cè)對(duì)稱約束,混凝土取Cx=150×10-2MPa。

由此可見,所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出混凝土的抗拉強(qiáng)度ftk,從而導(dǎo)致混凝土開裂。

4 溫度的控制

1)混凝土優(yōu)選配合比,盡可能選用中低強(qiáng)度等級(jí)及活性較低的水泥,摻混合料、加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量,從而降低水泥產(chǎn)生的水化熱。2)澆筑后盡早覆蓋薄膜,噴水或噴霧保濕養(yǎng)護(hù),防止表面劇烈失水干燥和劇烈降溫。3)規(guī)定合理的拆模時(shí)間,氣溫驟降時(shí)進(jìn)行表面保溫,以免混凝土表面發(fā)生過大的溫度梯度。4)混凝土澆灌后的初齡時(shí)期,切忌松模澆水,使結(jié)構(gòu)表面急劇降溫,增加結(jié)構(gòu)的溫度應(yīng)力,特別對(duì)強(qiáng)度較高的混凝土早期松模澆水更容易引起開裂。5)施工中長(zhǎng)期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結(jié)構(gòu),應(yīng)盡早保溫保濕養(yǎng)護(hù),根據(jù)環(huán)境條件夏季注重保濕,冬季注重保溫,防止有害的冷縮和干縮。

5 結(jié)語

1)目前住宅小區(qū)大面積地下室頂板產(chǎn)生裂縫是一個(gè)普遍的現(xiàn)象,暴露在外的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件只能通過施工期間的養(yǎng)護(hù)、原材料控制等手段使裂縫控制在某一范圍以內(nèi)。2)通過本工程的實(shí)踐證明,鋼筋混凝土頂板后澆帶未封閉以前并沒有發(fā)現(xiàn)裂縫,后澆帶封閉后一星期陸續(xù)出現(xiàn)上、下貫通的裂縫,混凝土澆灌后已達(dá)數(shù)月,混凝土的收縮及徐變已基本完成,這時(shí)已進(jìn)入第三階段,外界氣溫變化引起的溫度應(yīng)力成為主要因素。3)地下室頂板在沒有覆土以前長(zhǎng)期暴露在大氣中,干濕、氣溫的變化比較大,一定要注意混凝土早期養(yǎng)護(hù),在覆土之前提前做好防水層的處理,避免陽光直接照射。4)室外地下車庫(kù)一般總長(zhǎng)超過百米,實(shí)踐證明溫度應(yīng)力不能忽視,除結(jié)構(gòu)上采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)提高抗裂等級(jí)外,或采用分段施工的辦法減少裂縫產(chǎn)生的危害性。

[1]朱伯芳.大體積混凝土溫度應(yīng)力與溫度控制[M].北京：中國(guó)電力出版社,1998.

[2]王鐵夢(mèng).建筑物的裂縫控制[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2006.

[3]邵彩軍.淺談大體積混凝土溫度裂縫控制措施[J].山西建筑,2008,34(1)：150-151.