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地下室外墙超长结构预防控制混凝土裂缝施工技术

一、前言
钢筋混凝土结构在建设过程和使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝，这是一个十分普遍的问题。就裂缝产生的原因无外乎有三种：一是由外荷载的直接应力引起的裂缝；二是由外荷载作用，结构次应力引起的裂缝；三是由变形变化（温度、收缩、不均匀沉陷）引起的裂缝。但在工程施工实践中，钢筋混凝土的裂缝产生原因主要属于第三种，即由变形变化（温度、收缩、不均匀沉陷）引起产生裂缝约80%以上。关于钢筋混凝土结构裂缝的控制、预防以及补救措施大量书籍、刊物各抒己见，在此不再赘述。下面仅就中国***大厦地下室外墙的施工实践，浅谈一下地下室外墙裂缝产生的原因和预防措施，以供同行指正。
二、工程概况
1、建筑结构概况
中国***大厦位于深圳市***中心区，该工程占地面积11000㎡，总建筑面积116000㎡。地下室三层，其中地下二、三层层高3.6m，地下一层层高6.4m。地下室外墙厚500，总长度超过400m，混凝土强度等级C35，抗渗等级P8。混凝土保护层厚度为35mm，地下室底板设置有1000mm宽的后浇带，将地下室外墙分成六部分。地下室外墙配筋情况为：竖向和水平分布筋配制3排，其中竖向分布筋内外排为Φ14@100，中间排为Φ10@150，水平分布筋内外排为Φ14@100，中间排为Φ10@150。由于钢筋保护层厚，为了有效减少混凝土的开裂，在外侧水平筋外配置间排为Φ4@200的双向钢筋网片。
2、裂缝分布及特征
地下室三层外墙在不同程度上都出现裂缝，数量虽然不多，但每层每个面都有3～6条裂缝，尤其是墙长度长的方向较多一点，地下室墙长后浇带附近几乎没有，集中在墙长中部，裂缝出现时间均在拆模后不久。这些裂缝均为竖向裂缝，在墙的中部，两端逐渐变细而消失，最大缝宽没有超过0.2mm。随着时间推移，裂缝数量和宽度均没有发展，裂缝没有贯穿。
三、裂缝产生的原因
中国***大厦地下室外墙虽然裂缝不多，但仍然出现竖向裂缝，经过分析，
原因是多方面的，与地下室的设计构造、外墙周长、配筋、施工及养护条件等都有关系。
1、地下室钢筋混凝土外墙开裂主要是由于混凝土在干燥收缩时受到钢筋、边界等约束后拉裂而产生的。这与混凝土的干缩、水化温升与冷缩、水泥用量与品种、粗细骨料、掺合料、外加剂、水灰比和墙的长度等影响因素有关。
混凝土干燥收缩是指置于饱和空气中的混凝土因水分散失而引起体积缩小变形。混凝土中的水和周围的空气于某一平衡状态，如果周围介质空气的状态发生变化，如温度降低或温度升高，混凝土就会产生干燥收缩，干燥收缩包括发生在开始阶段不可逆收缩和再潮湿后的体积膨胀以及后期干燥时发生的可逆收缩。
影响混凝土干燥的因素有：水灰比、水化程度、养护温度、含水量、水泥含量、构件厚度、体积和表面积之比、相对湿度、干燥速率、干燥时间等，而地下室外墙拆模后虽然进行了浇水养护，但由于受到现场条件的限制，不可能做恒湿进行养护，而只能采用浇水进行养护，因此必然导致外墙混凝土的干燥及收缩，同时由于地下室外墙混凝土体积和表面积之比以及其厚度等较小，从而导致干燥速度快，干燥时间较短。
2、水平钢筋的影响：水平钢筋对墙体有十分明显的抗裂作用，增加水平筋的配筋率将减轻墙体的开裂程度。
3、钢筋外形的影响：钢筋的外形对开裂有一定的影响，地下室外墙配制螺纹钢比配置圆钢抗裂效果好。
4、表层素混凝土厚度的影响：由于设计或构造方面的原因，混凝土表层厚度偏大，导致混凝土开裂。这些原因常见有如下几种：①水平钢筋置于竖向钢筋之内，我们知道，地下室外墙的裂缝一般呈垂直状，因此水平钢筋对裂缝起抑制作用，如果把水平钢筋置于竖向钢筋内侧，从水平钢筋外侧到混凝土外表面的距离将增大到4～6㎝，如此厚的素混凝土很难不开裂；②设计要求，墙内竖向钢筋需穿进地梁内和墙顶暗梁内，水平钢筋需穿暗柱竖向钢筋，这样一来，如果不采取措施，会造成整片墙的钢筋网片内缩，墙外侧素混凝土厚度偏大，会造成裂缝。
5、泵送商品混凝土的影响：泵送混凝土，在配比过程中，原材料多选用缓凝型高效减水剂，同时也掺加了粉煤灰，会影响混凝土早期的抗拉强度和弹性模量，降低混凝土早期的抗裂能力，使混凝土早期容易产生开裂。

6、拆模时间的影响：拆模时间的控制是影响裂缝开展的一个至关重要的因素。
7、养护的影响：地下室外墙为竖向构件，靠浇水养护较难一直保持表面湿度，因此措施不到位或养护不及时，混凝土表面极易出现裂缝。
8、约束条件的影响：地下室外墙上下是底板或楼面，对外墙的收缩变形有很大的约束。
9、截面特征的影响：地下室外墙相对于梁、柱等高厚比较大，是薄壁构件，因此散热快，干缩与冷缩变形大，约束下内应力大，而且每段墙越长，裂缝的可能性越大。
四、防治措施
对于地下室外墙混凝土裂缝的防治，可采用“抗”、“放”、“防”的基本原则。
“抗”的原则：就是给地下室混凝土施加预应力来抵消温度应力和部分收缩应力。为此，在混凝土中合理配置分布筋和采用预应力钢筋是裂缝控制的重要措施。
“放”的原则：尽量减少约束之间的相互制约，让结构自然变位。如对混凝土长墙用留置后浇带的办法和采用分段跳仓技术来适应变形的要求，释放或减少结构的收缩应力。
“防”的原则：采用防护措施来大幅减少温差，并使温差变化及收缩尽量缓慢，以发挥混凝土应力松弛效应。如对混凝土长墙延长拆模时间、保证养护时间、有效的养护方法等。
下面将围绕以上原则，从设计方面、原材料及配合比方面、施工方面详细阐述地下室外墙混凝土裂缝的防治措施。
１、设计方面
①选择适当的外墙厚度，１～２层地下室宜选４００～５００mm厚，３～４层地下室的下两层可选６００mm厚。中国***大厦地下室外墙厚度均为500。
②钢筋能起到控制裂缝开展，减少裂缝宽度的作用，大量工程实践证明：适当的配筋能够提高混凝土的极限拉伸值，其关键在于“适当”，配筋应该做到细、密，对于薄壁结构，较细较密的配筋可以提高抗裂能力的结论是肯定的，而且易实施，效果明显。而且，螺纹钢筋要比圆钢抗裂效果好。因此设计师在设计时，无论是竖向还是水平钢筋，均采用较细、较密的螺纹钢筋。中国***
大厦地下室外墙的配筋情况：竖向和水平分布筋配制3排，其中竖向分布筋内外排为Φ14@100，中间排为Φ10@150，水平分布筋内外排为Φ14@100，中间排为Φ10@150，所有水平和竖向钢筋均为Ⅱ级螺纹钢。
③外墙水平钢筋宜设置在竖向钢筋外侧，同时为了有效减少混凝土的开裂（主要是因为地下室外墙混凝土保护层太厚），在外侧水平筋外宜配置钢筋网片。中国***大厦在水平筋均在竖向筋外侧，在外侧水平筋外配置间排为Φ4@200的双向钢筋网片。

④采用无粘结预应力钢筋混凝土技术，抗裂效果较为明显。
⑤外墙中暗柱和暗梁可减小混凝土的收缩裂缝，外墙每隔３～４设一附墙（或暗）柱，在外墙顶部、１／２墙高、水平施工缝处设置暗梁，加强侧墙刚度，能够更有效减小裂缝。
⑥地下室底板、楼板及外墙每隔一段距离设置垂直后浇带，后浇带的间距在20～30米为宜。后浇带一般设在应可能集中的外墙转角附近，且又要便于施工。中国***大厦地下室底板设置有1000mm宽的后浇带，将地下室外墙分成六部分。
⑦混凝土的强度不宜太高，采用中强度（Ｃ30～Ｃ40）较合适。中国***大厦地下室外墙混凝土强度为C35，抗渗等级为P8。
2、原材料及配合比方面
①材料选择
a、水泥应选用325R低水化热水泥。
b、砂采用中、粗砂，细度模数不宜低于２.６，石子粒径在满足可泵性的条件下，尽量选择大粒径、连续级配，通过采取以上措施可以减少用水量，相应减少混凝土的干缩，同时，砂、石含泥量宜控制在１％～１.５％以内。
c、混凝土中掺入适量的外加剂、优质粉煤灰（可减少干燥收缩），降低水泥用量，有效减少水泥的水化热（有资料表明，每立方米混凝土降低水泥用量１０㎏，可降低内部温度１℃），并可减少混凝土中多余水分的蒸发，达到减小收缩量的目的。
d、普通混凝土中掺入适量膨胀剂，可配成补偿收缩混凝土，它在养护期内能产生适度体积膨胀，在钢筋和邻位约束情况下能对钢筋产生一定的拉应力，对混凝土产生压缩作用，因而在混凝土建立一定的预应力，使它能大致抵消混
凝土干缩产生的拉应力，从而达到补偿收缩（膨胀剂的掺入量要以钢筋混凝土的收缩量为参照）的效果。
e、在混凝土中掺入杜拉纤维，杜拉纤维与钢筋混凝土骨料、外加剂、掺合料、水泥都不会有任何冲突，对搅拌设备也无特别的要求。施工时，可根据配比直接将纤维投入搅拌机或分次投入，只要保证搅拌时间使混凝土和纤维搅拌均匀即可。
f、必须加强现场混凝土的质量控制工作，对于超时混凝土，塌落度过大的混凝土不宜使用，更不准在现场对混凝土任意加水、外加剂，改变混凝土的配合比。
②优化配合比：在保证一定的施工和易性的前提下，降低水灰比，适当提高砂率和灰砂比，以减少毛细孔的数量和孔径。
2、施工方面
①地下屋外墙钢筋的保护层厚度、间距、尺寸应严格按设计及规范要求加以控制，外墙内外层钢筋之间的拉钩可改成小的方箍加以支撑，纵横向钢筋采用每点绑扎。
②混凝土浇捣
从技术角度讲，混凝土采用现场搅拌胶凝材料用量较少，混凝土的收缩裂缝少，采用非泵送混凝土所需的水泥用量小及坍落度较小，容易控制混凝土凝结过程中的收缩。
针对商品混凝土流动性大的特点，施工中采用斜面分层法浇筑，在施工中加强混凝土的二次振捣，保证混凝土的握裹力，另外，浇筑速度宜控制在３０立方米／小时／台左右，浇筑时，严禁在一处布料厚度超过１Ｍ，下料间距不超过３Ｍ。振动时要快插慢拔，暗柱和暗梁等钢筋密集处应仔细振捣。
根据气候条件及结构特点可以考虑墙板与顶板分开浇捣，降低地下室内外温差，但这样会增加施工缝的处理和施工的难度。
③拆模、养护
a、对于刚浇筑混凝土因其尚处在凝结硬化阶段，水化速度快，表面热量散失大，在“散热顺利，适当保温”的养护原则下，及时采取养护措施。
ｂ、混凝土干缩随龄期增长而减少。而大部分干缩发生在早期，而早期混凝土抗拉强度低，因而，混凝土易在早期发生干缩裂缝。为此，加强混凝土早
期湿养护，可以推迟产生收缩的时间，减少干缩裂缝。当混凝土终凝之后，即应开始浇水养护，养护时间不少于14d。冬季施工时，采取保温措施，混凝土表面温度易控制在30℃左右。
ｃ、地下室外墙防水混凝土，混凝土拆模时间不能过早，拆模时混凝土表面温度与周围气温之差不得超过20℃，以防混凝土表面出现裂缝。未拆模前从板墙口浇水养护或松开模板对拉螺杆，使得模板和混凝土墙有一定间隙，用于湿养护的淋水可渗流到墙体根部，模板能够起到既保温又保湿的双重作用。拆模时间一般在混凝土浇筑后7d拆模合适， 拆模后地下室外墙养护可以采用塑料管（或钢管）打上强而密的孔眼，利用自来水的压力对墙全长进行淋水养护，可保持混凝土表面持续湿润，养护效果极佳，而且可以节省大量人工。或采用麻袋覆盖，然后浇水养护，保证混凝土保持湿润。中国***大厦地下室外墙拆模控制时间在7d以后，拆模后采用麻袋覆盖，洒水养护14d。
ｄ、模板拆除后，应及时施工防水层和回填土方，以利于混凝土后期强度增长，对混凝土抗裂大有好外。
五、裂缝修复措施
由于地下室外墙是要承受一定的水压且是常处在潮湿环境中的结构，其允许的裂缝宽度为0.05㎜，因此对于大于0.05㎜的裂缝应进行修复处理修补材料主要采用环氧树脂及改性环氧树脂，修补方法主要有：
①表面涂抹法
常用材料有环氧树脂类、氰凝、聚氨酯类等。混凝土表面应坚实、清洁，有的表面根据材料要求还要求干燥。以涂抹环氧树脂类为例，其处理要点是先清洁需处理的表面，然后用丙酮或二甲苯或酒精擦洗，待干燥后用毛刷反复涂刷环氧浆液，每隔3～5min涂一次，至涂层厚度达到lmm左右为止。中国***大厦地下室外墙裂缝的处理就采取的这种方法，处理后至今未发生渗漏现象。
②表面涂刷加玻璃丝布法
目前常用的有聚氨酯涂膜或环氧树脂胶料加玻璃丝布。以前者为例，其施工要点如下。将聚氨酯按甲乙组分和二甲苯按1：1.5：2的重量配合比搅拌均匀后，涂布在基层表面上，要求涂层厚薄均匀，涂完第一遍后一般需要固化5h以上，基本不粘手时，再涂以后几层。一般涂4～5层，总厚度不小于1.5mm.若加玻璃丝布，一般加在第2至第3层间。例如，江苏省某高校地下室墙裂缝，经设计院确认不影响结构安全，采用表面粘贴环氧玻璃丝布法处理，效果较好。
处理时应注意玻璃丝布宜用非石蜡型，否则应做脱蜡处理。环氧树脂胶结料应经试配合格后方可使用。被处理表面应坚实、清洁、干燥均匀涂刷环氧打底料，凹陷不平处用腻子料修补填平，自然固化后粘贴玻璃丝布1～3层。
③充填法
用风镐、钢钎或高速旋转的切割圆盘将裂缝扩大，形成V形或梯形槽，清洗干净后分层压抹环氧砂浆或水泥砂浆、沥青油膏、高分子密封材料或各种成品堵漏剂等材料封闭裂缝。当修补的裂缝有结构强度要求时，宜用环氧砂浆填充。
④灌浆法
灌浆材料常用的有环氧树脂类、甲基丙烯酸甲酯、丙凝、氰凝和水溶性聚氨酯等。其中环氧类材料来源广，施工较方便，建筑工程中应用较广；甲基丙烯酸甲酯粘度低，可灌性好，扩散能力强，不少工程用来修补缝宽≥0.05mm的裂缝，补强和防渗效果良好。灌浆方法常用以下两类：一类是用低压灌入器具向裂缝中注入环氧树脂浆液，便裂缝封闭，修补后无明显的痕迹；另一类是压力灌浆，压力常用0.2～0.4MPa。
六、结束语
20世纪80年代以来，我国高层建筑地下室越来越多，地下室外墙一般都有抗渗要求，地下室外墙出现裂缝不仅导致外墙渗漏，影响使用功能和美观，而且存在安全隐患。因此，如何防止地下室外墙裂缝的发生就显得日趋重要。中国***大厦无论在设计方面，还是在施工方面均采用了一定措施，但仍然出现少量裂缝，由此可见，如何防止地下室外墙裂缝是一个综合性问题，必须采取综合技术措施进行控制，在施工中不仅要做好“放”、“防”原则相结合原则，如根据工期安排和模板周转需要，按合理间距留置后浇带，控制好拆模时间。同时还要做好其他综合因素，如设计方面、材料级配、结构配筋、施工工艺、养护条件以及环境温度、湿度等，方能杜绝地下室外墙裂缝的产生。