高温下地下室超长混凝土外墙裂缝控制分析.pdf

第l 3 卷第2 期 2 0 1 4年 6月 石家庄铁路职业技术学院学报 VOL 1 3 No 2 J OURNAL OF S HI J I AZHUANG I NS TI TUT E OF RAI LWAY TE CHNOL 0GY J u n 20 1 4 高温下地下室超长混凝土外墙裂缝控制分析 高金平 ( 中铁十八局集团国际公司 天津 3 0 0 2 2 2 ) 摘要：地下室混凝土外墙的抗裂是个技术难题，在高温气候条件下，超长混凝土墙体的施工面 临更多裂缝风险。结合实际项 目 施工经验，从裂缝形成的原因入手，逐一采取措施，研究总结出一 套完善的适用于高温条件下的超长地下室混凝土外墙结构抗裂控制体系。 关键词：地下室外墙 抗裂措施 高温 中图分类号： T U9 7 4 文献标识码： A 文章编号： 1 6 7 3 1 8 1 6 ( 2 0 1 4 ) 0 2 0 0 3 3 0 4 1 引言 地下室的混凝土外墙裂缝控制是个技术难题，裂缝一旦形成，会加速混凝土结构的碳化，降低 结构耐久性；同时裂缝一旦纵深发展便引起渗水，诱使钢筋锈蚀，降低结构的可靠性和使用寿命； 在特定的高温气候条件下施工超长地下剪力墙结构，使得施工难度面临了新的风险，形成裂缝的诱 因更多。本文通过实际工程实例，从裂缝形成原因分析切入，逐一采取解决措施，形成一套行之有 效的在高温气候条件下的超长地下室混凝土边墙抗裂施工控制体系 。 中东地区迪拜是典型的高温沙漠气候，夏季最高气温达到 5 5 ，本文所研究的 “ T h e B r i d g e T o we r ”是迪拜运动城区内的标志性建筑，建筑面积 3 2 0 0 0 m ，檐高 1 2 8 m，含地下室 2层，地上 结构 3 2层 。其地下室边墙呈扇形分布 ，两直边长 4 8 1 m，最长弧形边长 9 8 m，地下两层总墙高合 计 9 2 m，墙厚 0 3 m，墙体没有设计伸缩缝，属于超长结构 。 2 裂缝产生主要原因及控制 2 1塑性收缩裂缝控制 混凝土在初凝前由于大量水分蒸发，内部水分不断 向表面迁移，造成混凝土塑性阶段体积收缩。 一 般混凝土塑性收缩为 1 ， 混凝土坍落度大时甚至达到2。当施工环境温度过高， 相对湿度较低 时，混凝 土内部水分 向表面不断迁移却供应不上蒸发量的情况下，表面混凝土发生干缩，就会出现 规则 的塑性收缩裂缝。 本项 目地下室外墙混凝土施工时间正值迪拜夏季，温度高，湿度大，极易形成混凝土塑性收缩 开裂。防止塑性收缩裂缝的产生，主要是避免混凝土表面的水分过分流失。墙体属于薄壁结构，侧 面积大，但与空气接触面只有墙体上口截面，所以在混凝土浇筑过程中要保证连续性，每层的等待 时间不得过长，避免浇筑过程中的水分蒸发过量；浇筑层的表面会因失水过多产生收缩裂缝，确保 收稿 日期：2 0 1 4 0 3 - 1 4 作者简介：高金平 ( 1 9 7 3 - ) ，男，高级工程师，研究方向高层建筑施工研究。 3 3 2 0 1 4年 第 2 在初凝前 ，通过二次振捣愈合因等待暂时形成的收缩裂缝 ，在振捣时插入底层 1 0 c m使两层混凝土 充分结合，防止贯通裂缝；浇筑完成后及时对上 口墙体采用湿润麻布片覆盖，避免过量蒸发 。其次， 为防止大面墙体模板吸食混凝土水分 ，在混凝土浇筑在保证不得多余水分残留于待浇筑墙体内的前 提下，用清水充分湿润模板，这样新浇筑混凝土所接触面的底部、侧面模板、顶部墙口都有效避免 了过量失水 ，从而避免了塑性裂缝的产生。 2 2水化收缩及 自 干缩裂缝控制 水泥在水化反应过程 中，会产生水化收缩。硅酸盐水泥的水化收缩量约为 l 2，水化收缩在 初凝前表现为浆体的宏观体积收缩，初凝后则在已形成的水泥骨架内生产缝隙。在继续水化过程中 不断消耗水分导致 自由水的减少，湿度降低，如果外部养护水分供应不充分，内部会产生 白 干燥收 缩 。一般混凝土的水灰比越高，产生 白干缩可能性越少 。 本工程设计采用了英国规范，由于设计规范的要求，对混凝土强度要求也很高，在地下室边墙 采用了 C 5 0混凝土设计。强度要求高了，水灰比相对就低。实际使用的工厂预拌混凝土水灰比为 0 3 4 4 0 3 5 ，所 以白干缩裂缝不得忽略。根据迪拜施工经验，在高温下浇水养护 1 0 - - 2 0分钟所覆盖 的麻布片即变干 ，通常是 1 8 m墙体从头浇水到墙尾没有完成，开始浇水部分已经干涸。而且墙体构 件不同于板面构件，可以采用围水养护。这样就导致很难通过养护的水分进入内部补充，所以唯一 的突破点就是控制混凝土本身的水分不过多丧失，如果能保证配比时候的水分充分用于混凝土的水 化，则可避免白干缩发生。通过实践研究，通过涂刷养护剂可以达到这一目的。现在的新型养护剂 材料 ，可以在混凝土表面形成一层薄膜，有效阻止混凝土 内部水分通过蒸发散失。所以边拆模边及 时跟进后墙体侧面养护剂，墙体上口覆盖保湿的麻布片，有效阻止 内部水分过量散失，控制干缩裂 缝的形成。 2 3温度胀缩裂缝控制 混凝土浇筑后 ，水泥 的水化热使混凝土内部温度升高，一般每 1 0 0 Kg水泥使内部温度升高 1 0 C 左右 ，加上混凝土的入模温度 ，在水泥充分水化的阶段可 以使 内部温度很高，如果混凝土的本身温 度和环境温差大于 2 5 ，即可能出现温差收缩裂缝。 本工程的工厂预拌混凝土 C 5 0 2 0 ， 每方混凝土使用水泥为 3 9 5 K g ， 大约使内部温度升高 3 9 5 ， 如何使其与环境温差控制在 2 5 内是本项内容的关键 。第一 ，控制入模温度 。由于采用的是工厂 预拌混凝土，所 以对混凝土本身的材料设置遮荫棚等措施属于预拌工厂措施，在此不细累述 ，夏季 施工期间，本项目 采用加冰拌合的措施严格把预拌混凝土的入模温度控制在 3 0 内，通常采用。第 二， 工程施工期间夏季 白天温度为 3 5 5 5 ， 夜晚温度为 2 8 3 5 ， 主要大温差发生在低温的夜间。 对于大面积墙体实施保温覆盖是不实际的，所 以本工程充分利用了混凝土的表面强度提高来抵抗产 生收缩裂缝的可能性。具体操作模式是，充分利用模板覆盖墙体充当保温作用，等待混凝土的强度 提高。让水泥的水化热强度度过加速期，或者进入了衰退期的中后期，一般普通水泥的 2 4 h后再拆 模，即可保证。 但是如果浇筑 2 4 h 后正好是夜晚， 则不能拆模，防止夜间温度过低而导致温差过大； 如果是白天，温度相对高，满足于温差小于 2 5 的要求即可拆模。 2 4混凝土配比对裂缝影响控制 混凝土结构依靠钢筋和混凝土共同作用工作，把握好混凝土的质量是其重点，在材料科学发达 的今天， 通过研究混凝土各类材料的配比及添加微量新型材料可以让混凝土质量达到更高的新要求。 在高温条件下，为防止混凝土的水化热叠加高温环境 引起过高温度，一般选用低水化热的水泥。 3 4 第 2期 高金平 高温下地下室超长混凝土外墙裂缝控制分析 而且地下室部分，采用低水化热水泥也可以提高抗侵蚀能力和混凝土墙体的耐久性，本工程在混凝 土中加入 了 5 O 含量的 GGB S矿渣硅酸盐水泥，相对普通的矿渣硅酸盐水泥水化热显著降低，从 而有效控制墙体裂缝的产生。 通过外加剂改善混凝土的性能已是高性能混凝土的发展趋势。本工程中加入了 5 含量的微硅 粉 MI C OS I L I C A，它在降低水灰 比方面有很好 的功效，降低了水灰 比，使得混凝土的水化收缩大幅 度降低 ；这就降低 了混凝土墙体出现裂缝的可能性，同时还提高了地下室墙体的抗渗性，尤其是大 幅度提高了混凝土的耐久性 ，一举多得。 骨料方面，石子选用大粒径和级配 良好的碎石，含泥量应小于 1 ，实际我方选用了 3 0的 1 0 mm粒径级配 ，7 0 的 2 0 ram粒径级配。砂选用 了中粗沙 ， 含泥量小于 2 o o ，结合迪拜实际情况 ， 在配 比中我方选用了 6 0的清洗砂 。 本工程施工地下边墙正值迪拜炎热夏季 ，所 以在混凝土拌和中必须满足温控低于 3 0 C，所 以在 预拌厂各类材料均置于遮荫棚下， 同时在拌和时加入冰块， 使得混凝土在现场浇筑时温度低于 3 0 C。 对混凝土配料的合理调整及质量控制，对墙体裂缝的控制非常有效，在本项 目地下室超长墙体 混凝土施工中由于采取了以上混凝土配料调整 ，基本未 出现墙体开裂现象 。 2 5施工组织措施对裂缝的控制 按照 混凝土结构设计规范 ，对露天条件下的外墙最大长度规定是 2 0 m。一般情况下地下室 外剪力墙施工完毕后到回填土有很长一段时间暴露在外 ， 所以在设计上如果超过 2 0 m同样应适当考 虑设置伸缩缝或者后浇带。一般混凝土发生大范围非承载力引起 的各类收缩基本都在前期，伴随着 混凝土强度 的增长而逐渐减弱 。所 以在前期考虑这种由于施工组织可能影响到的约束更有意义。在 混凝土墙体施工中，单片墙体的墙端和墙中都受到变形相互约束，当墙体混凝土收缩变形产生的内 应力受到外约束过强，产生的混凝土 的抗拉强度尤其在早期的强度低时内压力不足 以抵抗约束时， 墙体就出现了裂缝。所以在施工混凝土墙体的单次施工长度一定不能太大，这样可 以使得产生的外 约束相对减小。 本工程为保证结构的整体性在地下室边墙没有设置任何伸缩缝， 且最大弧形剪力墙长度为9 8 m， 属于超长连续剪力墙结构 。在高温条件下混凝土 自身强度的发展特别快 ，根据迪拜当地施工经验， 在高温 炎热夏季混凝土浇筑后 3 天可达到设计强度的 9 0 。所 以只要保证前 3天的混凝土墙体能够 不受到过分约束使其能自由收缩，将大幅度降低其裂缝产生的风险。结合实际施工的边墙大型定制 模板尺寸 ( 每块 6 m) ，我们研 究确定 了实际现场单次施工边墙长度为 1 8 m，在每次墙体浇筑后预留 6 IT I 间隔，循环流水施工。这样保证墙体受到约束长度最大为 1 8 11 1 ，待混凝土强度发展到设计强度 的 9 0以后 ，再浇筑连接部分 。为了保证连接部分的混凝土充分黏合，不产生竖直裂缝，墙体的模 板封边采用定制凹凸截 留板 ，加大混凝土的接 口粗糙面；同时，在浇筑前对原墙体接 口涂刷高分子 粘结剂，增加新旧混凝土粘结强度，保证墙体的完整性。 3 结语 产生地下室边墙裂缝的原因还有很多，比如建筑形体的影响，本工程所研究墙体最大长度边为 弧形，有一定伸展余地，内约束产生内应力可以得到一定程度的释放，所以不容易由此产生裂缝； 比如超长墙体施工完毕后对温度的敏感性大，所以本工程地下室边墙施工完毕后随即进行了外墙防 水和回填施工，缩短暴露时间，减少 因附加温度应力而产生裂缝 的风险。 3 5 2 0 1 4 目前我 国各类大型施工企业都积极走出国门，开拓海外市场，这其 中建筑市场增长最 为迅速 的 莫属中东地区和非洲地区，而这两地正是属于高温气候区。本文通过对实例工程的研究和施工经验 总结，浅析了在高温气候条件下影 响超长地下室混凝土边墙的裂缝产生各类原因，并一一对应提出 了解决措施 ，从源头上消除各类产生裂缝的威胁，形成了一套可行 的有针对性的地下室边墙施工方 案，希望能为同类施工项 目借鉴。 参考文献： 【 1 】 赵志缙， 赵帆编著 高层建筑施m M1 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 0 5 2 】 皇甫国方 建筑工程地下室外墙混凝土结构裂缝控制研究【 】 ) 】 上海： 同济大学， 2 0 0 4 3 】 王顶堂 大体积混凝土早期裂缝控制及其技术应用研究【 I ) 】 合肥： 合肥工业大学， 2 0 0 8 An a l y s i s o f t h e Cr a c k Co n t r o l M e t h o d o f t h e Ul t r a l o n g Re t a i n i n g W a l l o f t he Ba s e me n t i n Sc o r c hi ng W e a t he r GAO J i n - p i n g ( C h i n a R a i l wa y 1 8 t h B u r e a u G r o u p C o ， L t d T i a n j i n 3 0 0 2 2 2 C h i n a ) Ab s t r a c t ：T h e r e t a i n i n g wa l l c r a c k o f t h e b a s e me n t i s a d i ffi c u l t t e c h n i c a l p r o b l e mTh e u l t r a l o n g r e t a i n i n g wa l l wi l l h a v e mo re r i s k o f c r a c k s e s p e c i a l l y i n s c o r c h i n g we a t h e We s u mma r i z e d a me tho d s t a t e me n t s u i t a b l e f o r u l t r a - l o n g r e t a i n i n g wa l l c a s t i n g t o a v o i d c r a c k u n d e r s c o r c h i n g we a t h e r t h r o u g h e x p e r i e n c e o n s i t e Ke y wo r d s ： b ase me n t r e t a i n i n g wa l l me t h o d s t a t e me n t t o a v o i d c r a c k s c o r c h i n g we a the r 36