以某工程實例談地下室墻體裂縫的控制

【摘 要】裂縫問題是混凝土結構中不可避免的問題。鋼筋混凝土結構本身是帶裂縫工作的，但當裂縫的寬度肉眼可見時，不僅影響建筑的觀感并給人不安全感，還可能會導致滲漏的發生或影響結構的整體受力性能，造成質量事故。因此，裂縫問題也越來越受到各方的關注和重視。本文是對某工程地下室混凝土外墻大面積出現裂縫，進行的現場事故分析。并就引起混凝土開裂的主要原因進行了討論分析。

【關鍵詞】裂縫；混凝土

1.工程事故概況

該工程為高層框架-剪力墻結構，帶一層地下室。抗震設防烈度為7度。50年一遇的基本風壓：0.8kN/m2，場地粗糙度：A類；風載體型系數：1.3。地下室外墻裂縫控制等級為三級，環境類別為二類a，控制的裂縫寬度限值0.2mm。

該工程施工圖設計于2010年5月完成，并于2010年12月進行地下室外墻部分施工。采用有外加劑的C30商品混凝土(其中粉煤灰的添加量為48kg/m3)按后澆帶的設置分段澆筑，地下室外墻和頂板一次性澆筑成型。兩天后拆模，養護兩周左右。2011年3月，施工人員發現墻面出現裂縫并持續發展時，立即停止施工。至4、5月份，裂縫已基本穩定，共檢測出大小裂縫300多條，其中0.3mm以上裂縫40多條，滲水通縫17條。在現場觀察時發現裂縫以豎向裂縫為主，多位于地下室外墻的柱間墻體中部。另經現場了解，墻體水平分布筋原圖紙設計是14@200，后變更為12@200。

2.裂縫成因分析

混凝土裂縫的產生，本質是其應變超出了自身能承受的極限拉應變。混凝土由于其自身較高的彈性模量和很低的抗拉強度(C30的混凝土：EC=3.00X104N/mm2，ft=1.43N/mm2)，在較小的外力或內力作用下應變就容易達到極限值。當拉應力超過其抗拉強度時，主拉應變超過混凝土極限拉應變，混凝土出現開裂。

能夠使混凝土產生裂縫的因素有：（1）外荷載的作用；（2）溫度變化；（3）地基基礎的不均勻沉降；（4）自身的收縮；（5）施工養護不當；（6）配筋不足。

就以上六種主要因素對本工程地下室外墻出現大面積裂縫的原因進行分析。

2.1外荷載的作用引起的裂縫

混凝土結構在常規靜、動荷載及次應力下產生的裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接應力裂縫、次應力裂縫兩種。①直接應力裂縫是指外荷載引起的直接應力產生的裂縫。裂縫產生的原因為設計計算階段、施工階段、使用階段的失誤。②次應力裂縫是指由外荷載引起的次生應力產生裂縫。

該工程的混凝土墻體在澆筑后不久即出現裂縫，室外回填土未施工，沒有墻體平面外水土壓力的作用存在，因此可排除因承載力不足造成構件產生受力裂縫的可能性。

2.2溫度變化引起的裂縫

混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期在降溫過程中，由于受到基礎或原有混凝上的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低也會在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。

該工程是分段澆注的，墻厚均小于1m，不屬于大體積混凝土，且澆筑是在室內外溫差比較小的冬季夜間進行的，基本可以排除是溫度應力引起的裂縫。

2.3地基基礎不均勻沉降引起的裂縫

由于地基的不均勻沉降造成基礎或圈梁、大梁及其它構件拉力過大而出現裂縫。不均勻沉降引起的裂縫應該會在墻體端部出現斜裂縫，而現場并未發現這一情況，所以可以排除不均勻沉降的原因。

2.4混凝土收縮引起的裂縫

混凝土的收縮主要有塑性收縮、自收縮、干燥收縮和碳化收縮。塑性收縮是新拌混凝土失水引起的收縮；化學收縮，又叫做自收縮，主要是無水熟料與水起化學反應，使固相體積逐漸增加而水泥-水體系的總體積逐漸減少的緣故；干燥收縮的主要原因是水分在混凝土硬化后較長時間產生的水分蒸發引起的；碳化收縮是大氣中的CO2在存在水的條件下與水泥水化產物作用生成CaCO3、硅膠、鋁膠和游離水而引起的收縮。

本工程采用的商品混凝土粉煤灰摻量達到了48kg/m3，大大加劇了混凝土的收縮，增加了產生裂縫的可能性。粉煤灰的水化反應消耗了混凝土中的Ca(OH)2， 使混凝土的堿性降低， 會加大混凝土的碳化深度。泵送混凝土普遍摻加粉煤灰，也是導致裂縫產生的原因之一。王川[1]實驗表明，當水灰比大于0.36，粉煤灰混凝土容易產生塑性開裂。

2.5施工不當引起裂縫

本工程采用的普通C30泵送混凝土的坍落度已達180mm左右，而過去工地自拌的坍落度小于100mm的塑性混凝土卻鮮見裂縫。強度等級較低的泵送混凝土，坍落度愈大，泌水率愈大，極易產生塑性變形。在滿足可泵性的前提下，應盡可能降低混凝土坍落度。本工程施工2天后即拆模，養護不到位和塌落度過大也是造成裂縫的原因之一。

2.6配筋不足引起裂縫

外墻水平筋原為構造筋14@200，后設計變更為分布筋12@200，這樣造成墻體抵抗混凝土收縮產生的拉應力的能力降低了，從而降低抵抗裂縫的能力。墻體配筋設計本應該采用細徑密排的設計方式，及墻體的配筋間距最好是@150。

綜合以上分析以及根據裂縫的形式和分布規律，該工程出現的裂縫均屬于早期初凝、終凝前產生的自身收縮裂縫。混凝土收縮是裂縫產生的主要原因，當然設計對墻體水平分布筋的修改，和施工坍落度的控制及后期養護不當也是出現裂縫的誘因。

3.在工程實施中應當注意的幾個事項

3.1設計方面

（1）設計圖紙中應注明：地下室外墻等類似建筑中的混凝土應使用抗滲自防水的無收縮混凝土，最好標明“商品混凝土中不得摻入粉煤灰等增加混凝土收縮性的外加劑”。如果經濟條件允許可添加聚丙烯纖維，以提高混凝土的抗裂性能。

（2）混凝土外墻在計算時一般按上鉸支下固端的方式計算，計算時不考慮墻體水平筋的作用。但在配置水平筋的時候不要僅滿足分布筋的最小要求，且應按照《混凝土結構設計規范》GB50010-2002的要求滿足最小配筋率，才能夠提高抵抗此類裂縫的能力。在構造鋼筋的設計上還應采用“細”而“密”的設計原則。“細”而“密”的鋼筋將約束混凝土的塑性變形，從而分擔混凝土的內應力，推遲裂縫的出現，相應提高混凝土的極限拉伸。

（3）合理設置膨脹帶和滑動層可緩解因混凝土內應力引起的裂縫產生。設置膨脹帶和滑動層，可以減少后澆帶的數量，方便施工。膨脹混凝土可以有效降低綜合溫差，補償溫度應力，減小收縮。膨脹帶可以設置在后澆帶之間或獨立的板塊之中，使其作為一個施工段連續澆筑混凝土，實現無縫施工。其間距應依據設計計算、流水施工、混凝土澆筑的能力三個方面確定。設置滑動層可以大大減少地基對地下室結構的約束，增加縫的間距。另外滑動層還能隔震，可以提高結構的抗震性能。滑動層可采用鋪細砂覆蓋聚乙烯塑料膜或平面澆瀝青膠鋪砂等方法。

3.2施工方面

（1）鋼筋綁扎施工中應采用新型保護層墊塊，嚴格控制外墻、底板等迎水面部位的鋼筋保護層厚度(50mm)，以保證混凝土自防水的質量。上翻梁模板支架處應增設保護層墊塊。鋼筋交叉點應全部綁扎，扎絲嚴禁與模板接觸。在預留孔洞口、結構形狀復雜，剛度突變等易開裂的部位應增設構造鋼筋或采取針對性措施防止裂縫產生。

（2）模板工程施工中必須對對拉螺栓的設置應進行計算，間距不宜過密，以減少外墻滲漏的隱患，對拉螺栓中間設止水鋼片。為避免在對拉螺栓部位形成滲漏通路，應在墻體混凝土澆筑完畢，達到一定強度(1～3d)后，方可松動對拉螺栓;宜保持外墻帶模養護7d后，方可拆除模板。以免造成混凝土暴露在空氣中引起表面缺水，造成水化反應不充分，從而加劇混凝土的收縮，產生裂縫。如本工程2天拆模，從而增加了裂縫產生的可能性。

（3）嚴格控制商品混凝土的骨料級配和含泥量，如果級配不合理或骨料含泥量偏大，不僅會增加混凝土的收縮，還會引起抗拉強度的降低，對混凝土的抗裂不力。混凝土的塌落度應嚴格控制在120mm-160mm之間。在施工期間要采取保溫（混凝土表面）、測溫控溫（混凝土內部）等技術措施，確保混凝土內外溫差不超過25度，不產生結構性裂縫。

4.結語

綜上所述，混凝土裂縫的控制是一個綜合性的問題，需要設計、施工及使用等多方面的配合。今后，隨著對混凝土耐久性研究的不斷深入，材料科學的不斷發展和建筑技術水平的不斷提高，相信混凝土裂縫問題將會得到圓滿的解決。 [科]

【參考文獻】

［１］王川，楊長輝，吳芳等.礦渣和粉煤灰對混凝土塑性收縮裂縫的影響.混凝土，2002，（11）：45-48.