某小區地下室頂板裂縫混凝土溫度的探討

郁世君

1 工程概況

本文闡述的為寧波某拆遷安置小區一期工程,位于鄞州中心區四明東路北側,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構,1層普通地下室為框架結構。基礎平面長約80 m,寬約60 m,間隔 30 m～40 m設后澆帶,以主樓為單元分成四個板塊。地下車庫頂板于2008年3月按板塊分隔陸續澆筑完畢,待主樓封頂兩個月后,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出現局部多處裂縫滲水現象,裂縫集中分布在純地下室頂板上,四幢主樓內頂板未發現裂縫,裂縫的走向為南北向,平面布置見圖1,圖1中帶斜線的區域為后澆帶,數字編號為經檢測的裂縫位置。裂縫出現后,建設單位在2010年2月7日委托當地專業檢測機構對頂板的裂縫寬度、頂板及頂板梁所用各種規格的鋼筋、混凝土強度、頂板厚度及頂板保護層厚度進行檢測,除裂縫寬度均在0.2 mm以內,其余各項指標均滿足現行規范要求,裂縫檢測報告見表1。對于頂板所出現的微裂縫,開始有些滲漏,經一段時間裂縫自愈不滲了,裂縫寬度雖在規范限定之內對結構安全性無影響,但對工程質量、混凝土耐久性還是產生很大的危害。

2 裂縫原因的分析

表1 裂縫檢測結果 mm

本工程后澆帶封閉之前各板塊均未產生裂縫,混凝土的收縮和徐變在各自區域內基本完成,所設的后澆帶能滿足收縮要求。自后澆帶全封閉后,整個地下室頂板受四幢剛度很大的主樓約束,板內變形不能自由收縮,當時正值冬季,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力。當這些拉應力超出混凝土的抗裂能力時,即會出現裂縫。如施工工藝缺乏對溫度收縮變形較大的混凝土養護方法,養護時間不足,受外部環境條件變化時干時濕,表面干縮形變受到內部混凝土的約束,也往往會導致表面裂縫。一般在鋼筋混凝土中,拉應力主要是由鋼筋承擔,混凝土只是承受壓應力,當混凝土受外界影響溫度下降過大會在混凝土內部引起相當大的拉應力以致板面開裂,若對應板底剛好是受拉區,難免引起貫穿裂縫。所以,掌握溫度應力的變化規律對于進行合理的結構設計和施工極為重要。

3 溫度應力分析及計算

1)在混凝土施工中,溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：a.早齡期：混凝土終凝以后28 d所要達到的設計強度等級,這個階段有兩個特征：一是水泥放出大量的水化熱;二是混凝土彈性模量隨時間的增長而減小,由于彈性模量的減小使混凝土內形成殘余應力。b.中期：自混凝土達到設計強度等級至混凝土冷卻到穩定溫度時止,這個時期中,溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應力與早期形成的殘余應力相疊加。c.晚期：混凝土完全冷卻以后的運作時期,溫度應力主要是外界氣溫變化所引起,該應力與前兩種的殘余應力相疊加。

本工程出現的狀況主要受第三階段影響,要想根據已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作,在大多數情況下需要依靠模型試驗或數值計算。

2)為了從理論上進行證明,對頂板的混凝土溫度應力進行了計算。理論計算的基本假定：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,外約束應力作非剛性假定,板的厚度遠小于其他兩個方向的尺寸。

計算對象為一塊8.4 m×4.2 m×0.25 m的板,采用文獻[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,α=1×10-5/℃;T為總溫差,T=T1+T2+T3,T1為季節溫差,T2為干縮當量溫差,T3為水化熱溫差,取T=38℃;L為板長;cosh()為雙曲余弦函數Cx為引起單位位移的剪應力,H為混凝土板換算寬度,考慮到兩側對稱約束,混凝土取Cx=150×10-2MPa。

由此可見,所產生的溫度應力遠遠超出混凝土的抗拉強度ftk,從而導致混凝土開裂。

4 溫度的控制

1)混凝土優選配合比,盡可能選用中低強度等級及活性較低的水泥,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,從而降低水泥產生的水化熱。2)澆筑后盡早覆蓋薄膜,噴水或噴霧保濕養護,防止表面劇烈失水干燥和劇烈降溫。3)規定合理的拆模時間,氣溫驟降時進行表面保溫,以免混凝土表面發生過大的溫度梯度。4)混凝土澆灌后的初齡時期,切忌松模澆水,使結構表面急劇降溫,增加結構的溫度應力,特別對強度較高的混凝土早期松模澆水更容易引起開裂。5)施工中長期暴露的混凝土澆筑塊表面或薄壁結構,應盡早保溫保濕養護,根據環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 結語

1)目前住宅小區大面積地下室頂板產生裂縫是一個普遍的現象,暴露在外的混凝土結構構件只能通過施工期間的養護、原材料控制等手段使裂縫控制在某一范圍以內。2)通過本工程的實踐證明,鋼筋混凝土頂板后澆帶未封閉以前并沒有發現裂縫,后澆帶封閉后一星期陸續出現上、下貫通的裂縫,混凝土澆灌后已達數月,混凝土的收縮及徐變已基本完成,這時已進入第三階段,外界氣溫變化引起的溫度應力成為主要因素。3)地下室頂板在沒有覆土以前長期暴露在大氣中,干濕、氣溫的變化比較大,一定要注意混凝土早期養護,在覆土之前提前做好防水層的處理,避免陽光直接照射。4)室外地下車庫一般總長超過百米,實踐證明溫度應力不能忽視,除結構上采用預應力技術提高抗裂等級外,或采用分段施工的辦法減少裂縫產生的危害性。

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

[2]王鐵夢.建筑物的裂縫控制[M].北京：中國建筑工業出版社,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.