地下工程混凝土側(cè)墻裂縫控制及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)分析

趙 建，姜國慶，黃 銳

（南京建工集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 210012）

近年來，地下工程混凝土側(cè)墻日益向超長、超厚、大體積方向發(fā)展，側(cè)墻混凝土的抗裂成為困擾工程界的難題，開裂使得混凝土內(nèi)部更容易受到環(huán)境中的有害物質(zhì)和水分的滲透，進(jìn)而引發(fā)侵蝕環(huán)境下鋼筋銹蝕、高寒環(huán)境下凍融破壞，導(dǎo)致混凝土的耐久性以及抗震性能下降，縮短結(jié)構(gòu)的使用壽命。墻板開裂可能導(dǎo)致地下室結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性受損，降低建筑整體的承載能力。開裂的墻板可能會使墻體失去原有的強(qiáng)度和剛度，從而影響地下室的整體結(jié)構(gòu)完整性。在地下室作為房屋的基礎(chǔ)部分，這種結(jié)構(gòu)性的問題可能會對整個建筑的安全性產(chǎn)生潛在威脅。

針對超長、超厚混凝土側(cè)墻的開裂問題，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土材料、施工方面研發(fā)出了多種抗裂的方法，國家出臺了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)如《超長混凝土結(jié)構(gòu)無縫施工標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T492-2023），在施工過程中采用跳倉法澆筑混凝土，即把超長混凝土結(jié)構(gòu)劃分為一定尺度的多個單元，間隔澆筑混凝土的方法。還可以設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶，即在后澆的條形區(qū)域部位，澆筑補(bǔ)償性混凝土。另外，利用滑動構(gòu)造（支座）原理減少約束、降低混凝土內(nèi)應(yīng)力、采用微膨脹混凝土也可以降低開裂的可能性。結(jié)構(gòu)設(shè)計方面參照現(xiàn)行的有關(guān)混凝土墻板的標(biāo)準(zhǔn)條文優(yōu)化配筋及混凝土性能，都對地下室混凝土墻板抗裂性能的研究與應(yīng)用有重要意義。

1 項目背景

某建筑地下總建筑面積36 698.1 m2，其中地下二層停車場共30 417.4 m2，地下商業(yè)6 561.3 m2。地上地下總建筑面積共93 890 m2。地下室3層，公寓建筑層數(shù)18層，辦公樓建筑層數(shù)14層，建筑耐火等級地上一級地下一級，側(cè)墻混凝土設(shè)計等級C50/P10，墻板厚度500 mm，地上建筑均采用框架剪力墻結(jié)構(gòu)體系，工程設(shè)計使用年限50年，機(jī)動車停車位480輛，非機(jī)動車停車位1 250輛。

地下室混凝土在試澆筑時，側(cè)墻出現(xiàn)一定數(shù)量的裂縫。裂縫呈現(xiàn)四個特點(diǎn)：一是寬度大，裂縫最大寬度達(dá)1 mm；二是貫穿性，部分裂縫貫穿整個側(cè)墻厚度；三是間距小，裂縫最小間距為2 m；四是垂直分布，裂縫沿整個墻體高度分布。在拆模后即發(fā)現(xiàn)多條裂縫，后期裂縫數(shù)量進(jìn)一步增多，寬度進(jìn)一步增大。

文章?lián)接醚趸V膨脹劑提高混凝土側(cè)墻的抗裂性能，并進(jìn)行溫度和應(yīng)變監(jiān)測。

2 配合比優(yōu)化

混凝土早齡期自收縮和溫度收縮顯著，硫鋁酸鹽、氧化鈣、氧化鎂等膨脹劑的水化作用可引起膨脹，用于補(bǔ)償混凝土的自收縮或溫度收縮。氧化鈣基膨脹劑由于水化速度快，膨脹通常發(fā)生在早期，后期不能很好地補(bǔ)償混凝土的溫度收縮。氧化鎂型膨脹劑因其相對較低的需水量、水化產(chǎn)物化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定以及可設(shè)計的膨脹性能（即膨脹過程可以設(shè)計的與大體積混凝土的冷卻階段很好地匹配并準(zhǔn)確補(bǔ)償溫度收縮）等良好的性能而受到廣泛關(guān)注。氧化鈣和氧化鎂分別可以很好地補(bǔ)償混凝土水化初期的自收縮和后期的溫度收縮。因此，由不同反應(yīng)性的氧化鎂與其他類型的膨脹劑（如氧化鈣或硫鋁酸鈣基膨脹劑）組成的復(fù)合膨脹劑可以很好地補(bǔ)償混凝土在水化早期和后期的收縮。為了補(bǔ)償收縮，文章選用的氧化鎂復(fù)合膨脹劑為某公司生產(chǎn)的高性能混凝土氧化鎂復(fù)合膨脹劑。此型號氧化鎂復(fù)合膨脹劑，是復(fù)合不同煅燒溫度的輕燒氧化鎂制備而成的新型高效減縮、抗裂產(chǎn)品。此品貼合高性能混凝土組成結(jié)構(gòu)的特征，在滿足安定性的前提下，依據(jù)高性能混凝土收縮開裂的特點(diǎn)，能夠分階段、全過程補(bǔ)償混凝土的收縮，提高混凝土的抗裂性能。

《混凝土用氧化鎂膨脹劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中，將氧化鎂膨脹劑根據(jù)反應(yīng)時間分為快速型、中速型和慢速型。并且指出了快型氧化鎂膨脹劑摻量不宜大于8%、中型氧化鎂膨脹劑摻量不宜大于8%以及慢型氧化鎂膨脹劑摻量不宜大于6%。文章采取外摻氧化鎂復(fù)合膨脹劑的方式，摻量為6%。

3 裂縫控制效果監(jiān)測

3.1 測試方案

外墻板在養(yǎng)護(hù)5 d后拆模。為有效監(jiān)測其抗裂性能情況，在現(xiàn)場共布置應(yīng)變傳感器7個，溫度傳感器9個，如圖1所示。其中S代表應(yīng)變傳感器，T代表溫度傳感器。除M2應(yīng)變測點(diǎn)，其余埋在墻體中的傳感器，均布置在墻體厚度及墻體高度中間的位置。澆筑的墻體測試傳感器布置如下圖1所示。

圖1 澆筑測點(diǎn)平面布置圖及1-1 剖面圖

3.2 結(jié)果分析

3.2.1 混凝土內(nèi)外溫度

采用溫度和應(yīng)變傳感器對澆筑的側(cè)墻進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，結(jié)果如圖2所示。在澆筑完成后南墻東部測區(qū)溫度先小幅度下降，隨后由于水泥水化放熱溫度迅速升高，在5月20日時達(dá)到最高溫度48.9 ℃。南墻東側(cè)中點(diǎn)、靠內(nèi)和靠外的墻體溫度分別是48.8 ℃、48.9℃和46.9 ℃，墻體外側(cè)溫度低于墻體內(nèi)側(cè)。在達(dá)到最高溫度后溫度緩慢下降，隨后下降到室溫。

圖2 西墻南部測區(qū)溫度

南墻中部在澆筑后溫度迅速升高，在5月21日時達(dá)到最高溫度，南墻中部的上部、中部和下部的墻體溫度分別是46.7 ℃、55.0 ℃和56.2 ℃。墻體的上部溫度要顯著低于中部和下部，在達(dá)到最高溫度后墻體溫度緩慢下降，直至降到室溫。

西墻南部在澆筑后溫度迅速升高，在5月20日上午九點(diǎn)時達(dá)到最高溫度52.8 ℃，西墻南側(cè)中心點(diǎn)的墻體最高溫度為50.0 ℃。隨后側(cè)墻溫度逐漸下降，在5月26日時下降到室溫。

3.2.2 混凝應(yīng)變及裂縫

采用氧化鎂膨脹劑的澆筑墻體應(yīng)變相關(guān)結(jié)果如圖3所示。在本次測試中，正應(yīng)變代表膨脹，負(fù)應(yīng)變代表收縮。5月19日10點(diǎn)作為應(yīng)變0點(diǎn)，5月20日23點(diǎn)南墻中部上、下應(yīng)變收縮達(dá)到最大值，分別為-75.4 με、-7.2 με。6月1日2點(diǎn)南墻中部上、下、中應(yīng)變分別為14.7 με、53.6 με和-162.3 με。其中，南墻中部測區(qū)墻體中心的收縮表現(xiàn)為最大。

圖3 南墻中部上、下、中位置墻體應(yīng)變

5月20日2 點(diǎn)南墻東部達(dá)到收縮最大值-79.3 με。5月20日7點(diǎn)，西墻中部及西墻南部收縮達(dá)到最大值，分別為-43.7 με、-7.3 με。5月19日16點(diǎn)西墻北部收縮達(dá)到最大值-261.3 με。6月1日2點(diǎn)，南墻東部、南墻中部、西墻中部、西墻北部和西墻南部測區(qū)的墻體中間位置應(yīng)變分別為77.8 με、-162.3 με、98.0 με、-168.7 με和167.9 με。6月5日10點(diǎn)，南墻東部、西墻中部、西墻北部和西墻南部測區(qū)的墻體中間位置應(yīng)變分別為62.3 με、74.7 με、-171.8 με、130.1 με。其中，南墻中部和西墻北部收縮最為嚴(yán)重。

4 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)淺析

根據(jù)《超長混凝土結(jié)構(gòu)無縫施工標(biāo)準(zhǔn)》（JGJ/T492-2023）中的5.3.1規(guī)定，地下室外墻混凝土強(qiáng)度等級不宜超過C40，本工程強(qiáng)度等級C50，相比較而言，收縮加大，水化放熱大，抗裂難度加大，經(jīng)與設(shè)計單位溝通協(xié)調(diào)后，后續(xù)側(cè)墻改為C40，同時根據(jù)工程具體情況選用膨脹加強(qiáng)帶。

根據(jù)《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》（JGJ3-2010）中7.2.3的規(guī)定，墻板厚度大于400 mm，但小于700 mm，可采用三排配筋，本工程墻板厚度500 mm，在后續(xù)側(cè)墻澆筑中采用三排配筋，同時各排分布鋼筋之間拉筋的間距不應(yīng)大于600 mm，直徑不應(yīng)小于6 mm。地下室至少一層與上部對應(yīng)的剪力墻墻肢端部邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積不應(yīng)小于地上一層對應(yīng)的剪力墻墻肢邊緣構(gòu)件的縱向鋼筋截面面積。

5 結(jié)論及建議

文章通過摻用膨脹劑提高墻板混凝土的抗裂性能，并實(shí)時監(jiān)測溫度和變形情況，分析裂縫成因，得到結(jié)論主要如下。

（1）添加膨脹劑有效地補(bǔ)償了混凝土早齡期收縮，降低了收縮應(yīng)變最大值，很好地控制了地下室混凝土側(cè)墻開裂。

（2）通過現(xiàn)場實(shí)時監(jiān)測可以了解混凝土內(nèi)部溫度變化和應(yīng)變發(fā)展，預(yù)測混凝土強(qiáng)度發(fā)展，為制定合理的裂縫控制措施提供技術(shù)支持。

（3）在后續(xù)的工程嚴(yán)格依據(jù)混凝土裂縫控制相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，包括結(jié)構(gòu)設(shè)計、混凝土材料的相關(guān)行業(yè)規(guī)程、國家標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)化配筋、優(yōu)化配合比，研發(fā)新材料、新技術(shù)，從微觀、細(xì)觀多尺度、多維度采取措施，以達(dá)到更好的抗裂效果。