某小区地下室顶板裂缝混凝土温度的探讨

郁世君

1 工程概况

本文阐述的为宁波某拆迁安置小区一期工程,位于鄞州中心区四明东路北侧,建有16层,20层四幢高层住宅嵌固于1层地下室,主楼为框架剪力墙结构,1层普通地下室为框架结构。基础平面长约80 m,宽约60 m,间隔 30 m～40 m设后浇带,以主楼为单元分成四个板块。地下车库顶板于2008年3月按板块分隔陆续浇筑完毕,待主楼封顶两个月后,于2009年11月将底板、顶板后浇带相继封闭,封闭完毕约一星期后顶板陆续出现局部多处裂缝渗水现象,裂缝集中分布在纯地下室顶板上,四幢主楼内顶板未发现裂缝,裂缝的走向为南北向,平面布置见图1,图1中带斜线的区域为后浇带,数字编号为经检测的裂缝位置。裂缝出现后,建设单位在2010年2月7日委托当地专业检测机构对顶板的裂缝宽度、顶板及顶板梁所用各种规格的钢筋、混凝土强度、顶板厚度及顶板保护层厚度进行检测,除裂缝宽度均在0.2 mm以内,其余各项指标均满足现行规范要求,裂缝检测报告见表1。对于顶板所出现的微裂缝,开始有些渗漏,经一段时间裂缝自愈不渗了,裂缝宽度虽在规范限定之内对结构安全性无影响,但对工程质量、混凝土耐久性还是产生很大的危害。

2 裂缝原因的分析

表1 裂缝检测结果 mm

本工程后浇带封闭之前各板块均未产生裂缝,混凝土的收缩和徐变在各自区域内基本完成,所设的后浇带能满足收缩要求。自后浇带全封闭后,整个地下室顶板受四幢刚度很大的主楼约束,板内变形不能自由收缩,当时正值冬季,冷空气突袭,气温骤降,暴露在外的混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。如施工工艺缺乏对温度收缩变形较大的混凝土养护方法,养护时间不足,受外部环境条件变化时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往会导致表面裂缝。一般在钢筋混凝土中,拉应力主要是由钢筋承担,混凝土只是承受压应力,当混凝土受外界影响温度下降过大会在混凝土内部引起相当大的拉应力以致板面开裂,若对应板底刚好是受拉区,难免引起贯穿裂缝。所以,掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

3 温度应力分析及计算

1)在混凝土施工中,温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：a.早龄期：混凝土终凝以后28 d所要达到的设计强度等级,这个阶段有两个特征：一是水泥放出大量的水化热;二是混凝土弹性模量随时间的增长而减小,由于弹性模量的减小使混凝土内形成残余应力。b.中期：自混凝土达到设计强度等级至混凝土冷却到稳定温度时止,这个时期中,温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起,这些应力与早期形成的残余应力相叠加。c.晚期：混凝土完全冷却以后的运作时期,温度应力主要是外界气温变化所引起,该应力与前两种的残余应力相叠加。

本工程出现的状况主要受第三阶段影响,要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作,在大多数情况下需要依靠模型试验或数值计算。

2)为了从理论上进行证明,对顶板的混凝土温度应力进行了计算。理论计算的基本假定：混凝土所承受的温差与收缩主要部分是均匀温差和均匀收缩,外约束应力作非刚性假定,板的厚度远小于其他两个方向的尺寸。

计算对象为一块8.4 m×4.2 m×0.25 m的板,采用文献[2]中的公式：

其中,C40混凝土E=3.25×104MPa;α为混凝土线膨胀系数,α=1×10-5/℃;T为总温差,T=T1+T2+T3,T1为季节温差,T2为干缩当量温差,T3为水化热温差,取T=38℃;L为板长;cosh()为双曲余弦函数Cx为引起单位位移的剪应力,H为混凝土板换算宽度,考虑到两侧对称约束,混凝土取Cx=150×10-2MPa。

由此可见,所产生的温度应力远远超出混凝土的抗拉强度ftk,从而导致混凝土开裂。

4 温度的控制

1)混凝土优选配合比,尽可能选用中低强度等级及活性较低的水泥,掺混合料、加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量,从而降低水泥产生的水化热。2)浇筑后尽早覆盖薄膜,喷水或喷雾保湿养护,防止表面剧烈失水干燥和剧烈降温。3)规定合理的拆模时间,气温骤降时进行表面保温,以免混凝土表面发生过大的温度梯度。4)混凝土浇灌后的初龄时期,切忌松模浇水,使结构表面急剧降温,增加结构的温度应力,特别对强度较高的混凝土早期松模浇水更容易引起开裂。5)施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面或薄壁结构,应尽早保温保湿养护,根据环境条件夏季注重保湿,冬季注重保温,防止有害的冷缩和干缩。

5 结语

1)目前住宅小区大面积地下室顶板产生裂缝是一个普遍的现象,暴露在外的混凝土结构构件只能通过施工期间的养护、原材料控制等手段使裂缝控制在某一范围以内。2)通过本工程的实践证明,钢筋混凝土顶板后浇带未封闭以前并没有发现裂缝,后浇带封闭后一星期陆续出现上、下贯通的裂缝,混凝土浇灌后已达数月,混凝土的收缩及徐变已基本完成,这时已进入第三阶段,外界气温变化引起的温度应力成为主要因素。3)地下室顶板在没有覆土以前长期暴露在大气中,干湿、气温的变化比较大,一定要注意混凝土早期养护,在覆土之前提前做好防水层的处理,避免阳光直接照射。4)室外地下车库一般总长超过百米,实践证明温度应力不能忽视,除结构上采用预应力技术提高抗裂等级外,或采用分段施工的办法减少裂缝产生的危害性。

[1]朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制[M].北京：中国电力出版社,1998.

[2]王铁梦.建筑物的裂缝控制[M].北京：中国建筑工业出版社,2006.

[3]邵彩军.浅谈大体积混凝土温度裂缝控制措施[J].山西建筑,2008,34(1)：150-151.