地下室裂缝分析

Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more.-author-date地下室裂缝分析转转地下室混凝土裂缝的成因及治理 在土建、人防等地下室工程中，混凝土裂缝现象极为普遍。这些裂缝有些会影响混凝土的强度和耐久性，缩短结构的使用寿命有些会引起严重的渗漏，影响建筑物的正常使用。本文以南京云峰大厦为例浅谈地下室混凝土裂缝的成因及治理。 云峰大厦位于南京大行宫地区，建筑面积万 ，由座塔楼组成，一幢为层办公楼，另一幢为层住宅。地下层面积约万 ，开挖深度 。该地下室东西长 ，南北宽 ，基础底板厚：主楼 ，其它 ，外墙厚 。该地下室的防水设计如下：防水等级，防水混凝土等级，采用矿碴水泥，添加剂为，底板为混凝土自防水，外墙采用结构防水（ 厚防水混凝土）加防水层（一布二涂非焦油型聚氨酯防水涂料）的做法。 裂缝出现在地下室混凝土墙面，竖向，长 ，宽 。产生的原因主要有以下几个方面：）主体结构体形较长，中间虽设了一道伸缩缝，但长度仍达 。）混凝土在硬化过程中，由于干燥收缩会引起体积变化。当这种变化受到约束时，如遇到两端固定梁，就可能产生裂缝。这种裂缝的宽度有时很大，并贯穿整个构件。）商品混凝土水灰比过大，坍落度一般在 以上，易导致混凝土因干缩引起裂缝。）水泥在水化过程中产生的大量水化热如果得不到及时散发，特别是当混凝土标号较高（该地下室为）时，导致混凝土内部温度和外部环境温度相差很大，由温度应力产生温度变形而引起裂缝。 针对该地下室面积大、深度深、裂缝数量较多且相当部分为贯穿裂缝的特点，在施工中采取了综合治理的方法。具体步骤如下：）对地下室外墙的裂缝，首先沿缝凿“”形槽，清除槽内杂物，并保持缝面清洁、干燥，用聚合物水泥砂浆封缝。然后用非焦油型聚氨酯防水涂料对裂缝处做二布四涂加强处理。）对整个地下室外墙，用非焦油型聚氨酯防水涂料做一布二涂防水处理。）基坑回填土采用粘土，每层不超过 ，分层夯实。）采取以上措施后，地下室外墙的内侧仍有少量裂缝渗水，经各方认证后决定采用水溶性聚氨酯灌浆的方法进行治理。工艺如下： 灌浆孔设计，采用骑缝灌浆，沿裂缝将混凝土凿成“”形槽，槽口宽度为 ，槽深为 ； 采用聚合物砂浆作封缝材料封缝和固结灌浆嘴； 压水试验； 灌浆，采用水溶性聚氨酯通过灌浆嘴进行化学灌浆，灌浆压力为 。 该工程裂缝长度共计 ， 经过以上四个步骤的处理后，地下室无渗漏，混凝土表面干燥，取得了令人满意的效果。1工程概况深圳市某住宅钢筋混凝土工程主体由三栋塔楼和二层地库组成，地下室的第一层为设备层，第二层为地下车库。工程总建筑面积8万多m2，其中地下室总面积约为16000m2，本工程为建筑一类工程，工程建筑耐久等级为一级。塔楼采用现浇钢筋混凝土剪力墙结构，塔楼间的地下室采用现浇钢筋混凝土框架结构，基础采用人工挖孔桩，地下室底板厚500mm，地下室外墙厚400mm。本工程混凝土强度等级为：墙柱C35C45，梁板C30C40，其余部位C10C20。混凝土保护层厚度为15mm35mm。 2裂缝调查 2.1调查内容(1)裂缝情况：包括裂缝位置、长度、宽度、深度、性质及发展情况等。 (2)设计、施工情况:包括裂缝相应位置的结构构造、混凝土强度等级、施工工艺及养护情况。 2.2调查方法和手段 2.2.1调查方法 裂缝调查采用普查与典型调查相结合的方法。对于裂缝比较集中的地下室D轴线附近的裂缝分布情况进行普查(D轴线为塔楼和地下室交界处)，对裂缝深度进行抽查，并对比较典型的裂缝的发展情况进行跟踪调查。 2.2.2调查手段 本次调查采用的设备和工具主要有以下几种： (1)裂缝位置主要根据设计图，借助于钢尺、相机等进行检查调查，并绘制裂缝分布图。(2)裂缝宽度使用塞尺、刻度放大镜进行测量。 (3)裂缝长度用钢尺和皮尺测量。 (4)裂缝深度按照规范要求用超声波仪测量超声波发送和响应时间，经过计算得到裂缝深度。 2.3裂缝调查 2.3.1地下室裂缝情况 (1)裂缝部位、长度和宽度 对地下室负一层和负二层沿D轴线附近的裂缝进行了初步调查，负一层的裂缝情况见表1，负二层的裂缝情况见表2。 地下室负一层裂缝统计部位 顶板裂缝数(条) 裂缝宽度b(mm) 裂缝数(条) 占顶板总裂缝数(%) 占负一层总裂缝数(%) 顶板 80 b0.1 55 68.75 55.6 0.1b0.2 20 25 20.2 0.2b0.3 3 3.75 3.03 b0.3 2 2.5 2.02 部位 墙面裂缝数(条) 裂缝宽度b(mm) 裂缝数(条) 占墙面总裂缝数(%) 占负一层总裂缝数(%) 墙面 19 b0.1 4 21.1 4.04 0.1b0.2 8 42.1 8.08 0.2b0.3 4 21.1 4.04 b0.3 3 15.8 3.03 部位 负一层裂缝数(条) 裂缝宽度b(mm) 裂缝数(条) 占负一层总裂缝数(%) 地下室负一层汇总 99 b0.1 59 59.6 0.1b0.2 28 28.3 0.2b0.3 7 7.07 b0.3 5 5.05 地下室负二层裂缝统计部位 顶板裂缝数(条) 裂缝宽度b(mm) 裂缝数(条) 占顶板总裂缝数(%) 占负二层总裂缝数(%) 顶板 33 b0.1 10 30.3 22.2 0.1b0.2 17 51.5 37.8 0.2b0.3 5 15.2 11.1 b0.3 1 3.03 2.2 部位 墙面裂缝数(条) 裂缝宽度b(mm) 裂缝数(条) 占墙面总裂缝数(%) 占负二层总裂缝数(%) 墙面 12 b0.1 5 41.7 11.1 0.1b0.2 5 41.7 11.1 0.2b0.3 2 16.7 4.4 b0.3 0 0 0 部位 负二层裂缝数(条) 裂缝宽度b(mm) 裂缝数(条) 占负二层总裂缝数(%) 地下室负二层汇总 45 b0.1 15 33.3 0.1b0.2 22 48.9 0.2b0.3 7 15.6 b0.3 1 2.2 地下室裂缝深度抽查结果裂缝编号 73 74 75 11 12 测点 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 裂缝深度(cm) 5.1 6.7 9.3 8.3 7.9 4.8 7.6 8.1 7.5 6.4 8.0 6.9 7.9 7.3 7.1 7.0 6.5 6.3 5.9 6.0 8.1 6.8 5.9 6.9 8.2 平均深度(cm) 7.5 6.9 7.4 6.3 7.2 (2)裂缝深度 对地下室部分裂缝的深度进行了抽查，抽查结果见表3所示。 2.3.2跟踪调查 对地下室混凝土的部分裂缝的宽度进行了跟踪调查，调查结果表明：地下室的少量裂缝在继续发展，不过发展趋势不大；在地下室顶板和墙面分别有少量新的裂缝产生。 2.4裂缝特征分析 调查发现地下室的裂缝主要集中于D轴线附近，并且地下室的裂缝具有以下特点： (1)顶板裂缝大多数与跨度方向呈45左右的斜角，个别裂缝穿过两块以上的板。 (2)顶板呈斜角的裂缝多数相互平行，且集中于D轴线附近板的一角。 (3)顶板的裂缝大多数集中于塔楼和地下室交界的D轴线两侧。 (4)墙面裂缝多数垂直地面且相互平行，宽度自下而上逐渐变窄。 (5)地下室部分裂缝相交呈八字形。 3裂缝原因研究 3.1混凝土裂缝的类型和产生原因 混凝土的裂缝按产生的时间可分为硬化前裂缝、硬化过程裂缝和完全硬化后裂缝。按引起裂缝产生的原因把混凝土裂缝分为二大类 第一大类，由第一类外荷载引起的裂缝，包括按照常规计算的主要应力引起的“荷载裂缝”，以及由结构次应力引起的“荷载次应力裂缝”，二者通称为结构性裂缝、受力裂缝。 第二大类，由第二类荷载即变形变化引起的裂缝，包括温度、湿度、收缩和膨胀、不均匀沉降等因素引起的裂缝，也称非结构性裂缝。上述两类裂缝的区别是：前者从外荷载的作用、结构内力的形成，直至裂缝的出现与扩展，似乎都在同一时间瞬时发生并一次完成，是个“一次”过程。而变形荷载的作用，从环境的变化，变形的产生，到约束应力的形成，裂缝的出现与扩展等都不是在同一时间瞬时完成的，它有一个“时间过程”，称之为“传递过程”，是一个多次产生和发展的过程。 3.2裂缝原因分析根据调查结果分析，以及对地下室裂缝的初步跟踪调查，地下室有些裂缝有进一步发展趋势，且有新的裂缝产生，裂缝的产生表现为“时间过程”，呈现由变形变化引起的裂缝特点，估计地下室裂缝由变形变化引起为主。根据地下室的裂缝特点，分析其原因有以下几方面： (1)材料原因根据搅拌站提供的原材料实际计量数据看，其用水量波动较大，可能导致混凝土质量波动也较大。(2)施工原因 根据在现场对施工过程的观察、对现场混凝土的检查和对施工人员的访问，发现有几个问题：一是混凝土的蜂窝麻面，二是混凝土的养护，三是拆模时间。蜂窝麻面反映混凝土立模和振捣方面存在不足，而养护不好则对混凝土整体质量影响特别显著，直接影响混凝土的抗裂能力。在混凝土产生足够强度以前，过早拆模以及在混凝土施工面上过早从事其它准备工序，会破坏混凝土结构，降低承载力，导致裂缝的产生。另外，根据施工单位编制的施工组织设计，由于地下室二层与地下室一层D轴线落差处，地下室二层外墙与塔楼地下一层底板相连。而地下一层底板与地下二层外墙施工存在60天技术间歇时间，为使主楼节省60天工期，将地下二层外墙与地下一层底板结构一起施工。这样使原来的结构刚度和结构构件的约束情况有所变化，在地基差异沉降变形和荷载影响下，就可能导致D轴墙和地下室楼板产生裂缝。 (3)结构设计原因 D轴线位置为人防和塔楼的交界处，塔楼部分为一层地下室，人防部分为两 层地下室，故D轴线两侧所受荷载及两侧结构的刚度或柔性有显著差异，使其变形差异较大，由于超静定结构的强约束作用，从而导致裂缝的产生。 (4)基础沉降原因 塔楼和地下室的东西方向和南北方向的地质情况均有差异，其中东西方向的荷载和结构刚度基本相同，南北方向的荷载和结构刚度差异较大。在不同的静荷载和施工荷载作用下，因其沉降位移不同，以及D轴线附近相邻沉降差异而导致裂缝的产生，D轴线附近的墙体垂直裂缝和八字形裂缝说明了这一点。(5)环境原因 由跟踪调查情况看，地下室个别裂缝宽度还有所发展，而且有新的裂缝产生，但原有裂缝也在闭合或者宽度变小，跟踪调查时正值寒潮期间，因此，新的裂缝和裂缝的发展由温度变化引起的可能性较大，但塔楼的荷载还在增大，地基的沉降尚不稳定，故地基沉降仍然是其原因之一。 4裂缝危害性分析 裂缝危害性主要按照有关规范允许的最大裂缝宽度来进行分析。 4.1裂缝控制标准 从国内外试验资料分析，混凝土结构物裂缝宽度一般应该控制在表4所示的范围内。 混凝土结构物裂缝宽度控制范围序号 结构物使用环境 允许的裂缝宽度(mm) 1 无侵蚀介质、无抗渗要求 0.3 2 轻微侵蚀、无抗渗要求 0.2 3 严重侵蚀、有抗渗要求 0.1 我国规范规定钢筋混凝土构件的最大裂缝宽度见表5，美国的规定见表6所示。表5钢筋混凝土结构构件最大裂缝宽度允许值序号 结构物使用环境 最大裂缝宽度允许值(mm) 1 屋架、托架的受拉构件烟囱、用以贮存松散体的筒仓处于液体压力下而无专门保护措施的构件 0.2 2 处于正常条件下的构件 0.3 表6美国混凝土学会224委员会对裂缝宽度的限值序号 结构物使用环境 最大裂缝宽度允许值(mm) 1 干燥环境，有保护层 0.4 2 潮湿空气，土壤中 0.3 3 冻结环境(加防冻剂) 0.18 4 海水环境 0.15 5 贮水构筑物 0.1 根据上述我国有关标准及美国有关标准，将上述分类的混凝土裂缝定性为： (1)宽度小于标准规定值者属于无害、可修复的裂缝； (2)宽度超过规定值者，一般需要由设计、施工、监理、业主等有关方面共同商定处理方案。 (3)活裂缝需要进一步观察，待其基本稳定后，才能确定处理方案。 根据本工程实际所处环境和用途，裂缝宽度的允许值取0.3mm为宜。 4.2裂缝危害性分析 从地下室混凝土裂缝调查结果可见，地下室负一层共抽查裂缝99条(见表1)，其中顶板80条，墙面19条。超过上述规定值的裂缝有5条，占地下室负一层总裂缝数的5.05，其中顶板2条，墙面3条。其余裂缝宽度均在允许范围之内。顶板的裂缝较多，占81，墙面裂缝只占19。地下室负二层共抽查裂缝45条(见表2)。其中顶板33条，墙面12条。裂缝宽度超过规定值者l条(顶板部位)，占2.2。与负一层一样，顶板的裂缝数较多，占73，墙面裂缝次之，占27。根据裂缝调查结果、建筑物重要性、使用功能和裂缝控制标准看，地下室裂缝目前对结构的安全性影响还不大，但由于少量裂缝有轻微的进一步发展趋势，而且裂缝数量多，因此现有的裂缝会影响结构的使用功能和外观，应该按照规范或设计要求对裂缝进行相应的处理。 5预防裂缝的措施和建议 (1)搅拌站应该加强原材料质量检测和控制，特别是砂石含水量和含泥量的检测和控制，以确保混凝土本身的质量稳定；进一步优化混凝土配比，提高混凝土抗裂能力；对一些必要的试验检测工作应予加强，如混凝土收缩试验等。 (2)施工单位应该重视施工质量和加强质量管理，特别是要重视混凝土振捣、养护工作，保证模板的牢固，钢筋保护层的准确等；作好日常的施工记录，包括养护记录、施工异常情况处理记录、施工日志、质量检查日志。严格按照设计图纸进行施工，特别是要保证钢筋位置和数量，否则会造成严重后果。 (3)设计单位在进行结构设计时，应该主动征求其他单位和技术人员的意见，特别是征求施工单位、科研单位的意见；征求材料研究人员、质检人员的意见，以保证所设计的工程既安全、又便于施工。设计单位应该对地下室重要构件的承载力进行验算，以便及早发现设计不足之处；对地基沉降情况进行验算，以便采取对策。 6结论根据现场调查结果、理论分析，得出以下初步结论：(1)地下室的裂缝由变形变化引起为主因，特别是沉降变形引起的可能性较大。 (2)地下室新发现的裂缝由温度变化和沉降变形共同引起的可能性较大。 (3)从目前情况看，地下室现有裂缝对本工程的安全还没有太大的危害，暂时不需要特别加固处理。钢筋混凝土结构的裂缝控制钢筋混凝土的裂缝控制问题是建筑工程中很重要的问题之一，特别是最近20年来，泵送商品混凝土获得广泛应用之后，混凝土均质性有了很大改善的同时，裂缝控制技术难度大大增加了，本文是在大量建设实践和现场实验研究基础上，概述了变形作用引起裂缝的原因，约束变形特征，抗与放的设计准则以及综合技术措施等。1.概述20年来，在工民建钢筋混凝土结构领域，一个相当普遍的质量问题就是结构的裂缝问题，且有日趋增多的趋势，它已影响到正常的生活和生产，并困扰着大批工程技术人员和管理人员，是一个迫切需要解决的技术难题。由于结构在外荷载作用下的破坏和倒塌是从裂缝扩展开始的，因此人们对裂缝往往产生一种建筑破坏的恐惧感，是可以理解的。早在1932年，前苏联A.教授的钢筋混凝土强度理论就指出,如正常配筋受弯构件的破坏状态是指受拉区钢筋到达屈服强度，受压区混凝土到达受弯的抗压强度，此状态称为承载力极限状态。这一状态全过程是伴随着荷载的不断增加，裂缝出现(钢筋应力只有4060MPa)，裂缝扩展，受压区塑性不断发展，最后达到完全破坏。此时破坏荷载往往是裂缝出现荷载时的35倍，因此，很多大型钢筋混凝土结构，仅仅自重就超过了极限荷载的30%,在此条件下钢筋混凝土结构带有轻微裂纹是完全正常的，结构是安全的，恐惧是不必要的。国内外关于荷载作用下钢筋混凝土构件的设计都有自己的经验公式，并已纳入有关规范，尽管计算结果出入较大，但毕竟可以参考应用。但是近年来大量裂缝的出现，并非与荷载作用有直接关系，通过大量的调查与实测研究证明这种裂缝是由于变形作用引起，包括温度变形(水泥的水化热、气温变化、环境生产热)，收缩变形(塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩)及地基不均匀沉降(膨胀)变形。由于这些变形受到约束引起的应力超过混凝土的抗拉强度导致裂缝，统称“变形作用引起的裂缝”。2.裂缝的直接原因2.1收缩及水化热增加自从70年代末(19781979年)我国混凝土施工工艺产生了巨大的进步泵送商品混凝土工艺。从过去的干硬性，低动性，现场搅拌混凝土转向集中搅拌，转向大流动性泵送浇注，水泥用量增加，水灰比增加，砂率增加，骨料粒径减小，用水量增加等导致收缩及水化热增加。2.2混凝土强度等级日趋提高建筑结构混凝土强度等级日趋提高，但有许多结构不适当的选择了过高的强度等级。习惯上认为：“强度等级越高安全度越大，就高不就低，提高强度等级没坏处”。有时迁就施工方便，采用高强混凝土，这是一种误导，导致水泥标号增加，水泥用量增加，水用量增加，细骨料及粗骨料径偏小，砂率偏大等都使水化热及收缩增加。2.3结构约束应力不断增大结构规模日趋增大，结构形式日趋复杂，超长超厚及超静定结构成为经常采用结构形式并采用现浇施工，这种结构形式有显著约束作用，对于各种变形作用必然引起较大约束应力。2.4外加剂的负效应外加剂及掺合料种类繁多，只有强度指标缺乏对水化热及收缩变形影响的长期实验资料(至少一年)，有些试验资料不严格，有许多外加剂严重的增加收缩变形，有的甚至降低耐久性。2.5忽略结构约束国内外结构设计中都经常忽略构造钢筋重要性，因而经常出现构造性裂缝。结构设计中经常忽略结构约束性质，不善于利用“抗与放”的设计原则，缺乏相应的设计施工规范、规程。2.6养护方法不当目前在混凝土施工中采用的养护方法基本沿用过去简易的方法，这种方法已远不适应泵送混凝土的较大温度收缩变形的要求。2.7混凝土抗拉性能不足这种裂缝在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足(抗拉强度和极限拉伸)引起的，这方面的材料级配研究很少。综合上述，国际公认泵送商品混凝土对混凝土的质量(均质性)有很大的提高，对供应方式有重要的改进，但是对混凝土的裂缝控制的难度大大增加了，因此，这类问题不是我国特有的技术问题，是国际上钢筋混凝土的共性难题。3.大体积混凝土的定义过去大体积混凝土的定义是根据几何尺寸，主要是根据厚度定义的，国际上一般采用0.8m1m作为界限。自80年代以后大体积混凝土的定义有了改变，新的定义是：“任意体量的混凝土，其尺寸大到足以必须采取措施减小由于体积变形引起的裂缝，统称为大体积混凝土”，这是美国混凝土协会的定义。由此可见，在近代泵送商品混凝土获得广泛应用的条件下，即便是很薄的结构，虽然水化热很低，但是其收缩很大，控制收缩裂缝的要求比过去任何时候都显得非常重要。因此，泵送混凝土的薄壁结构也应当按照大体积混凝土的要求采取措施控制混凝土的收缩裂缝，特别是环境气温变化与收缩共同作用对于薄壁结构尤为不利，收缩换算为当量降温。4.钢筋混凝土承受变形应力的特点4.1“抗与放”设计准则结构承受的约束作用分内约束(自约束)和外约束两类。结构的变形如果是完全自由的变形达到最大值，则内应力为零，也就不可能产生任何裂缝。如果变形受到约束，在全约束状态下则应力达到最大值，而变形为零。在全约束与完全自由状态的中间过程，即为弹性约束状态，亦即自由变形分解成为约束变形和显现变形(实际变形)。实际变形越大，约束应力越小；实际变形越小，约束应力越大，这种约束状态与荷载作用下的结构受力状态(虎克定律)有着根本区别。在约束状态下，结构首先要求有变形的余地，如结构能满足此要求，不再产生约束应力。如结构没有条件满足此要求，则必然产生约束应力，超过混凝土的抗拉强度，导致开裂。所以，提出了“抗与放”的设计准则，应当在工程设计中，根据结构所处的具体时空条件加以灵活的应用。从结构形式的选择方面(微动、滑动及设缝措施，提供“放”的条件)及材料性能方面(提高抗拉强度、抗拉变形能力及韧性等提供“抗”的条件)采取综合措施，如抗放相结合，以抗为主或以放为主的措施。4.2约束内力与结构刚度的关系外荷载作用下结构的内力只与荷载及结构几何尺寸有关，但在变形作用条件下，结构的约束内力不仅与变形作用及结构几何尺寸有关，尚与结构刚度有关，这是约束内力与荷载内力的重要区别。例如：一个简支梁的两端受到转动的约束，当梁沿截面高度为h，承受温差T时(如预制板两端焊接于屋架上弦)，则梁上的约束力矩M：M=EJ*(T/h)（）式中混凝土的线膨胀系数约束力矩不仅与温差和截面高度有关，而且与梁的抗弯刚度成正比，刚度越大，约束力矩越大，这适宜于裂缝出现及扩展阶段，当然应当考虑钢筋混凝土的抗弯刚度是变化的。当温差不断增加，钢筋混凝土构件进入极限状态时，裂缝充分发展，刚度下降并趋近于零时则力矩也趋近于零。所以，变形力矩不影响结构的极限状态，这一论断己为实验证实。但是裂缝影响使用(渗漏)及耐久性(钢筋锈蚀)。如果结构的承载力由抗剪、抗冲切作决定，变形作用引起的贯穿性裂缝可能降低承载力。4.3钢筋混凝土与素混凝土裂缝控制的区别任何尚未荷载作用的混凝土，它的组合材料包括水泥、水、砂、石、外加剂及掺合料等组分相互物理化学作用硬化成为一种多空隙复合材料，由于初始温度收缩应力作用而形成内部许多微观裂缝，这种裂缝在外力作用下不断扩展，成为宏观裂缝，继续扩展对素混凝土迅速导致破坏。但是，对于钢筋混凝土，特别是有充分构造配筋的钢筋混凝土出现一定程度的裂缝，不会迅速导致破坏，只是限制裂缝宽度问题，使其不达到有害程度。因此，构造配筋显得十分重要，可有效地控制裂缝的出现及分散裂缝(用许多微细无害裂缝取代少量粗大的有害裂缝)。5.混凝土的某些基本物理力学性质5.1混凝土的收缩及水化热在工民建领域，大部分结构构件(板墙梁等构件)均属薄壁结构，泵送混凝土浇注的构件收缩量很大，因此经常出现收缩裂缝。混凝土的收缩机理至今尚未统一，但大多数的研究成果认为混凝土是具有大量孔隙的材料。孔隙的半径颇不一致，半径较小的毛细孔，半径约小于300A(A1010m)。其中水份蒸发引起孔壁压力的变化，导致混凝土体积的缩小。混凝土内除了少部分水提供水泥水化的需要，其余大部分水分都要蒸发掉，收缩变形同时发生，最终收缩完成的时间大约20年，但其主要部分的收缩是在最早的12年内。由于近来水泥活性和强度等级的增加，收缩量显著增加，并且拖延时间较长。影响收缩的因素很多，如水泥品种采用矿渣水泥比普通硅酸盐水泥水化热低了，但其收缩约大25。遇到超厚的大底板或大块式基础，则水化热起控制作用，宜选用粉煤灰水泥或矿渣水泥，所以，应根据截面的厚度分别选用不同品种的水泥。其次水泥颗粒越细，活性越大，标号越高，用量越多，其收缩越大，因此提高水泥强度的方法不应靠磨细的途径，而应当依靠改善矿物成分的办法。众所周知，水灰比大，收缩将显著增加，同时抗拉强度降低。如水灰比为0.6的收缩比水灰比为0.4的收缩增加约40。有时尽管水灰比不变，增加用水量，同时增加水泥量即水泥浆量，如水泥浆量为0.2(水泥浆占混凝土总重量比例)比0.4时的收缩量增加约45。减水剂可有效的降低水灰比及用水量，而粉煤灰具有圆珠润滑效应和火山灰效应，所以“双掺技术”对泵送混凝土既可提高和易性又可减少收缩。养护条件对混凝土的收缩影响很大，养护14天的收缩比养护3天的收缩降低约20%。环境的相对湿度越高，收缩越小，许多结构所处的环境湿度波动很大，如最低3040，最高达8090。环境温度越高，风速越大，收缩越大，高空浇灌容易引起开裂，如高架桥梁及桥墩。混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用，但是与配筋率的高低有关，按目前构造配筋率的情况看来，降低收缩的影响是比较小的。根据泵送商品混凝土的收缩试验，其收缩值约在6810-4，有的试验还远远超过了这个数量，有些大桥的桥墩和高层建筑的厚壁立柱由于施工质量及过大的坍落度，形成了中部骨料多，外部或上表面砂浆厚，从而形成极不均匀的收缩，砂浆和水泥浆的收缩比混凝土的收缩大约增加25倍，并由于表面水份蒸发快从而形成大面积的表面裂缝。混凝土粗细骨料的含泥量和粉料含量都增加收缩。目前建筑市场出现了很多新型的外加剂和掺合料，质量保证主要靠强度试验的结果，几乎没有进行体积变形稳定性方面的试验，而许多材料都有增加收缩的特点，必须进行长时期准确的收缩试验，才能得到有利于控制裂缝的材料。各种水泥的水化热试验比较容易，一般水泥厂家都已进行专门的试验，有资料可查，不在赘述。5.2混凝土的徐变(蠕变)因素的考虑混凝土的徐变机理也有许多种，如弹性徐变理论、老化徐变理论、继效徐变理论等等。作为工程裂缝控制的应用，我们只能应用其中主要的成果，以常系数的形式，考虑在弹性计算的结果中，从而简化了非线形分析。由于混凝土的徐变作用，给钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土带来有利和不利两方面的影响。从不利方面看来，它可以造成预应力损失，增加挠度，可以降低钢筋和混凝土的粘着力等。从有利方面看来，它可以使弹性的温度收缩应力大大的松弛，根据变形速率及混凝土龄期，它对应力降低的程度约0.30.8倍，保温保湿养护越好，降温越慢，松弛系数越小，具体数字可参考文献1、2。5.3混凝土的抗拉强度及极限拉伸泵送混凝土浇注后，其抗压强度和抗拉强度都随着时间而增长，但增长的速率，抗拉滞后于抗压，水泥标号的提高及水泥用量的增加，对抗压强度增长较为显著，而对抗拉强度增长较小。相对变形约束应力，混凝土的极限拉伸尤为重要，国内外曾进行过一些试验研究。例如苏联布拉茨克和克拉斯诺雅尔斯克水电站的试验表明混凝土轴向拉伸应变值变化范围为0.510-41.010-4。法国鲍斯进行的轴向拉伸试验。在抗拉强度为2.05MPa时，局限拉伸值为0.910-4。美国卡普兰在轴向拉伸试验中极限拉伸值为0.8110-4。前苏联齐斯克列里提出当轴向抗拉强度为1.2MPa时，极限拉伸为0.710-4。我国水工系统(研究单位和工程单位)对混凝土的极限抗拉强度也作过不少研究，并在工程中采用。如丹江工程混凝土极限拉伸值为(0.580.8)10-4，乌江渡工程为(0.61.02)10-4等等，极限拉伸很小，抗裂能力很弱(收缩变形超过极限拉伸510倍)。冶金系统，不少设备基础，特别是高炉基础、炼钢基础，混凝土的浇注量大多在5000m3以上，轧钢基础的混凝土量100000m3200000m3，厚度2.5m9.5m，长度由35m600m，均属超长超厚的大体积钢筋混凝土，开裂后可引起钢筋的锈蚀、降低持久强度、刚度和防水性能、严重者影响自动化生产工艺。防止和控制这类基础的温度裂缝也是很重要的。为此我们在民用建筑工程中开展了混凝土轴向拉伸强度及变形性能的试验研究。通过对双掺(减水剂及粉煤灰)混凝土的抗拉试验，发现混凝土随着荷载速率及养护条件，其极限拉伸和抗拉强度波动很大，在极慢速(接近实际温度和湿度缓慢变化速度)条件下，其极限拉伸可达(23)10-4，显然这里包含了徐变变形，这对温度收缩应力是很有利的(在强度计算中用松弛系数乘以弹性应力与按变形计算增加极限拉伸是等同的)。特别值得注意的是，混凝土中的较大含泥量及其它杂质可以明显地降低混凝土的抗拉性能，有的混凝土骨料中混入了有害膨胀物引起混凝土的崩裂，因此要求泵送混凝土必须遵循“精料供应”的原则。合理的配筋，特别是构造配筋，细一点密一点可以提高混凝土的极限拉伸，推荐齐斯克列里经验公式：p.a=0.5ftc(1+p/d)*10(-4次方）(2)式中p.a混凝土的极限拉应变；ftc标准抗拉强度；p配筋率100；d钢筋直径单位cm；这是瞬时荷载作用下的公式，如果极慢速约束变形作用考虑徐变作用，至少可以增加一倍。6.结构设计或施工中近似计算的模型选择我国在工民建领域解决变形作用引起裂缝的问题主要是按混凝土设计规范采取设永久性变形缝的办法，根据现浇、预制、土中、室内、露天等条件，有明确的伸缩缝许可间距规定。该规定自从50年代沿用苏联规范规定，我们当时曾多次向苏联有关单位和苏联专家咨询有关规定的依据，他们的回答：“全凭经验”，采取相似规定的还有东欧及其它一些国家。的确，该法解决了许多工程裂缝问题，其缺点是伸缩缝止水带经常渗漏并难以维修。更重要的是在实践中发生了许多反常现象：有的工程尺寸很小，却出现了严重开裂；另外也有的工程超长而未出现明显开裂，说明设缝与否，不是决定开裂与否的唯一因素。其它如材料级配、结构约束、结构配筋、施工工艺、养护条件以及环境温湿度气象条件等综合因素都影响结构约束内力及裂缝的出现。通过实际工程裂缝反算与现场推力试验，假定结构相互连续式约束采用水平弹簧模型，弹簧侧移刚度由试验和经验给出。推导出长墙中部正截面法向拉应力，端部剪应力，伸缩缝许可间距以及一再从中间开裂的机理，见参1.2。在排架及框架约束应力分析中提出了考虑弹性抵抗作用、装配式系数、徐变影响系数、开裂刚度及利用混凝土后期强度的计算发表于19571958年，见参考文献3、4、5、6。多年来通过裂缝处理实践近似理论计算进行了反复的校核与补充。7.裂缝控制设计原则与措施钢筋混凝土结构的裂缝是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，有害与无害的界限由结构使用功能决定的。裂缝控制的主要方法是通过设计、施工、材料等方面综合技术措施将裂缝控制在无害范围内。综合技术措施包括：合理选择结构形式，降低结构约束程度，对与水平构件梁、板、墙等采用中低强度级混凝土，加强构造配筋，如板顶部的受压区连续配筋，板的阳角及阴角配置放射筋，增加梁的腰筋间距200mm。优选有利于抗拉性能的混凝土级配，尽力减小水灰比、减少坍落度、降低砂率增加骨料粒径，降低含泥量及杂质含量。选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料。采取保温保湿的养护技术，尽量利用混凝土后期强度(60天)。对于超长结构可采取跳仓浇灌或后浇带方法施工。对于复杂的结构难免出现少量裂缝影响正常使用和耐久性裂缝分为表面裂缝，浅层裂缝，纵深裂缝(深层裂缝)，贯穿裂缝等。少量有害裂缝采用近代化学灌浆技术处理，满足设计使用和耐久性要求，不应因此降低工程质量评定标准。在宝钢近百项大体积混凝土工程，上海浦东世界金融大厦、新上海国际大厦、浦贸大厦、周长1000余米的8万人体育场、民防大厦、国际网球中心、人民广场地下车库、厦门国际会展中心、青岛国际会展中心、深圳鸿基大厦转换层都是超长大体积混凝土工程，通过综合措施，都满足设计和正常使用要求。高强混凝土的试件强度及检验影响高强混凝土试件强度检测结果的主要因素；试件强度与构件混凝土强度的相关性；提出了构件混凝土强度检验中存在的问题和措施。1.前言随着混凝土技术的进步和发展，高强混凝土(以下简作HSC)的应用已越来越广。高强混凝土结构技术规程(CECS104：99，以下简作规程)已于1999年颁布实施，必将进一步推动HSC的设计和应用。由于HSC的强度和质量要求的提高以及大量掺合料的使用，与普通混凝土相比，无论是试件强度检验、构件强度检验，尤其是质量检验验收标准等，均提出了许多新的问题和更高的要求。甚至产生了这样一种概念：配制和生产HSC已不存在太多困难，而如何准确测定评价HSC的强度，己成为急需解决的技术难题。我们在相关试验研究和实际工作中也遇到了许多此类问题。如试件强度远低于或远高于实际构件混凝土强度；构件混凝土强度采用何种无损检测方法准确评价等等。本文主要就此提出相关问题和建议，以期在推广应用HSC的同时，更好地把握和确保工程质量。2HSC的试件强度检验21试件尺寸和平整度 随着HSC强度的不断提高，试验机量程的限制，以及骨料最大粒径一般为25mm，因此，在科学研究和实际工作中不可避免地采用100100100(mm)的立方试件。在普通混凝土中，与标准试件150150150(mm)的尺寸换算系数为0.95。而HSC中一般均小于此值。且随着强度提高，折算系数下降。规程中提出的100mm立方体试件折算成标准尺寸试件的折算系数如表1:表1Fcu,10(MPa)KFcu,10(MPa)K550.9576-850.9256-650.9486-950.9166-750.93960.90问题的关键在于强度提高何以使折算系数下降。普通混凝土中主要认为是大试件存在内部缺陷概率高，在HSC中同样有这一因素，但还存在更重要的因素，其中最主要的是试件平整度。试件强度越低，塑性越大，可调变形量大，表面平整度对实际强度的影响就越小。试件强度越高，材料脆性越大，可调变形量小，表面不平整度和不平行度对实际强度的影响就越大。通常情况下，小试件的表面平整度和平行度均高于大试件。因而许多试验结果(清华大学、北京城建集团构件厂等)表明，其折算系数比规程提供的值更低(平均强度Fcu,10=70.4MPa，K实=090；Fcu,10=60MPa，K实=0.92)。但我们采用相对严格平整的大小试件试验结果表明，C60C80的混凝土强度折算系数均为0.95。因此，当用小试件结果换算标准尺寸强度时须注意这一问题。虽然我们还很难定量描述试件不平整度对强度影响率，但对HSC强度试件保证足够的表面平整度和平行度是必需的，必要时对试件进行磨平抛光，否则将严重降低强度值，亦即要选用优质的混凝土试模，并做到严格的定期检验和修正。同样对试验机的承压板也应及时检验。 此外，试验操作时的试件偏心受压对HSC的影响率比普通混凝土要大，试件尺寸越小，越易引起偏心，使测试结果偏低。虽然试件表面不平整度、不平行度和偏心受压，均使测试结果偏小，对结构物是安全的，但科学地准确评价HSC的强度，确保测试结果与实际强度的一致性是我们的宗旨。当用小试件折算标准试件强度时更应引起重视。2.2试验和养护条件对测试结果的影响 当标准试件的抗压强度大于70MPa时，对部份试验室所拥有的2000kN试验机来说，已达量程的80以上，对测试结果将有一定影响。这仅仅是问题的一部分。由于不同生产厂家，不同构造型式的试验机刚度不尽一致，同量程试验机对同一批HSC试件测试结果也会有差异，不同量程试验机的测试结果差异就更大。如清华大学的一组试验结果如表2。表2试验机标准试件平均强度(MPa)(55组)fcu100mm立方体试件平均强度(55组)fcufcu/fcu长春产5000kN59.768.60.87长春产2000kN63.869.40.92无锡产2000kN65.173.10.89芬兰和日本也用不同试验机对测试结果的影响做过研究。如芬兰采用20台试验机对80MPaHSC试验结果显示，强度最低组与最高组之比为75；对40MPa的混凝土，其比值升高为85。日本也同样采用20台不同试验机对100MPa和60MPa的两批HSC进行试验，结果表明强度最低组与最高组之比值分别为69和76%。所有这些试验资料均说明一个问题：随HSC强度等级的提高，不同试验机对测试结果的影响变得显著，而对低强混凝土的影响相对就较小，这是试验检测中有待研究和引起足够重视的。 养护条件对测试结果的影响。主要指早期养护和温湿度。试件成型后通常经24h后脱模。由于大部分试验室(特别是江南)成型时无恒温、恒湿条件，春夏秋冬四季温差和相对温度差异较大，试模内的24h非旦严重影响HSC的早期强度，也直接影响到28天强度。我们在20和10，相对湿度80和75条件下，配制C60HSC，测得的结果表明，7天强度相差10，28天强度差7.5。而对C20C30混凝土的影响很小。这是因为HSC的WB小，早期强度发展快，温度敏感性大。因此，在配制HSC时，如无恒温恒湿条件，则成型后必须立即移入养护室护养，如若无此条件，则尽可能缩短在试模内的时间，提前拆模。并且表面覆盖塑料膜或其它保温保湿措施，严防水份挥发影响强度。 另一方面，我国普通混凝土的标准养护条件是203，相对湿度90以上或水中养护。亦即表明相对温度90以上养护与水中养护对强度影响不大。对HSC来说，由于本身非常致密，后期失水或吸入水份的可能性均较小，特别是当WB小于0.28时，试件内部处于相对缺水状态，加之HSC自收缩较大，故水中养护产生的表层湿胀，易加重试件内外的应力差，导致试件强度降低。如水中养护试件经24h空气干燥后，重量几乎不变，但由于应力差减弱，C60HSC的强度提高78，而C25混凝土强度几乎不变。因为高WC低强混凝土早期失去的往往是自由水，对强度影响不大，后期继续干燥产生的强度提高，通常认为是软化系数的概念，这一点是有别于HSC的。WB小于0.4时水中养护试件，经劈裂试验，仅表层20mm左右湿润，内部均较干燥。因此，作者认为，HSC养护最佳湿度条件是90以上潮湿空气(与普通混凝土一致化)或简单的塑料膜密封养护。3HSC试件强度与构件混凝土强度的相关性 前面分析讨论的影响试件强度的因素，总的来说是导致试验结果偏低，这对安全是有益的。但水化热问题，自收缩问题及现场养护条件问题，情况就比较复杂。3.1水化热对强度的影响 通常我们把最小截面尺寸大于1m的构件称之为大体积混凝土，必须采取有效措施控制水化热引起的内外温差。其主要目的是防止温差裂缝的产生，而对温度升高引起强度的变化问题未加重视。GB5020492和规程中也未提及。对截面尺寸大于0.6m的梁板构件，在普通混凝土中可以说很少对水化热问题引起重视，但对HSC来说，由于水泥用量的增加，水化热引起的温差应力和温度对强度的影响已显得十分重要。有资料表明1,当水泥用量达400kgm3时，0.5m厚的试件中心温峰可达45(环境温度20)，虽然温差尚在GB5020492规范允许范围内，但对硅酸盐水泥或普通水泥配制的混凝土而言，足以使28天及后期强度显著下降。如环境温度升高，或水泥用量进一步增加，一方面绝对温升将显著提高；另一方面，温峰出现的时间更早，高效减水剂的使用也将加剧这一现象，对混凝土强度造成的危害更大。当然，混凝土厚度提高，绝对温度也更高，如1.5m厚时中心温峰可达65(水泥400kgm3，环境温度20)。因此，必须注意到试件尺寸小受水化热影响小，从而使试件强度尤其是长期强度高于实际构件强度，特别对采用纯硅酸盐水泥或普通水泥配制的HSC或较大构件尺寸的混凝土更应引起重视。 当采用较高掺量掺合料时，特别是掺用粉煤灰(FA)、矿渣(SG)或沸石粉时，情况则完全相反。因水化热对这类混凝土的早期和后期强度均十分有利，试件强度就会小于构件混凝土实际强度值。但掺硅粉混凝土例外。因此，对HSC而言，截面最小尺寸超过05m的构件就应对水化热问题引起足够重视，且不是简单的控制温差，更重要的是控制绝对温升。其中最有效的办法就是掺用适量FA、SG或沸石粉。3.2自收缩对强度的影响 HSC的自收缩值7天可达10010-6mm以上,人们普遍关心的是对HSC裂缝影响，尤其是早期裂缝，但对强度的影响研究很少。从某种意义上来说，在钢筋混凝土构件中，自收缩引起的微裂纹(假如存在)在钢筋等约束条件下，对抗压强度影响可能很小，但也正因为钢筋约束使混凝土处于拉应力状态，对抗拉强度产生较大影响。此时，若以试件劈拉强度或轴拉强度来推算构件混凝土抗拉强度时，就会显得不安全。因为试件尺寸小和自由度大，自收缩引起的拉应力几乎可忽略，当以抗压强度折算抗拉强度时也应注意这一问题，但其影响值有多大，有待进一步研究。3.3自然养护条件对强度的影响 湿度条件对普通混凝土的强度影响非常显著，对尺寸相对较大的构件，常出现表层混凝土强度低于内部强度的现象。主要是水灰比大，孔隙多，失水过早、过多所致。试件的尺寸相对较小，若不经潮湿养护，也有可能导致试件强度低于实际构件强度。对HSC来说，关键是早期潮湿养护非常重要，而后期因混凝土较致密，很难失水，湿度条件对强度的影响相对较小。 温度条件对普通混凝土强度亦有影响，但远不及对HSC来得显著。 (1)硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥配制的HSC(不掺或掺很少量混合材)，由于水化热的作用，试件强度往往高于构件混凝土实际强度，表层强度高于内部强度，这在夏季施工时尤为显著。当试件采用标准养护(非现场养护)时，试件强度将更加偏高。即使冬季施工，当构件尺寸较大时，试件强度仍有可能高于实际构件强度。这是非常值得重视的。(2)掺大量混合材配制的HSC，情况与上述相反。如大量掺入粉煤灰、普通磨细矿渣或沸石粉配制的HSC，水化热只要不引起较大的温差应力，它将大大有利于混凝土强度的提高，此时试件强度低于构件实际强度，内部强度则高于表层强度，冬季施工、现场自然养护时更显著。夏季施工时，若试件采用标准养护，则试件强度更低于构件实际强度，可以这样说，203的标准养护条件，对普通水泥和硅酸盐水泥混凝土是适宜温度，面对高掺量混合材配制的HSC，这一“标准”温度应高得多。认识这一点是非常必要的，它从另一个侧面要求我们在配制HSC时，尽可能多地掺用粉煤灰、矿渣和沸石粉。4构件混凝土强度评定 (1)回弹法只能评定C50以下的构件混凝土强度。若要采用这一简单的方法评定HSC的强度，就必须建立新的测强曲线或研制新型的回弹仪。这是一件很迫切的工作。(2)超声波法、超声回弹综合法和拔出法的仪器设备，理论上对HSC也是适用的，但由于弹性模量，拉、剪强度与抗压强度的非同步增长，故需尽快建立相应的测强曲线。上海建科院和同济大学已开展了相关研究2，但全国各地差异较大，一方面宜建立地方性测强曲线，另一方面需要全国通力合作，建立全国通用曲线。(3)钻芯法是最值接的评定方法，通常也是最可靠的构件混凝土强度检测法。但在HSC中应用，钻机钻取芯样时必须有非常优异的稳定性，一旦钻机颤动，表面出现波纹状，将使芯样强度严重降低，类似于C10的混凝土，钻切加工引起损伤，使强度偏低。因此钻芯设备必须有很高的精度。芯样承压面的平整光洁度，当能满足普通混凝土要求时，对HSC影响可能仍较大，承压面必须严格平整光洁平行。当采用抹平处理时，必须保证抹平材料强度与混凝土强度接近，偏低或偏高均会导致试件强度偏低。因此，对HSC构件强度检测方法、除钻芯法尚能应用外，其余检测方法急需科研院校和仪器设备生产厂家的联合攻关。5几点建议 (1)HSC的试模必须严格保证足够的尺寸和平面、直角精度，以确保试件质量，必要时磨平抛光，否则使试件强度偏低。试验操作时须特别仔细。(2)试验机必须保证足够的刚度，尽可能采用较大量程的试验机，以免使测试结果偏大。(3)加强早期保湿养护或提早拆模，防止早期失水。尽可能采用潮湿养护。(4)对不掺混合材的HSC，试件强度可能高于实际强度，特别是构件尺寸50cm或夏季施工时更要注意其强度修正。(5)对高掺量混合材HSC，试件强度往往低于构件强度。冬季施工或采用标准养护时更应引起重视。 (6)对构件尺寸大于50cm的HSC，不但要控制温差，也要特别重视绝对温度对强度的影响。应尽可能多掺混合材降低水泥用量。(7)回弹法不适于评定C50以上混凝土的强度。建议研制新型回弹仪，建立新的地方和全国测强曲线。超声波法和拔出法及综合法的应用，也需建立新的测强曲线。(8)钻芯法评定构件混凝土强度时，要求芯样具有更高的光洁度和平整度。抹平材料应具有相应的强度值。地下室基坑围护施工实例1工程概况上海铁路西站乘务员公寓，位于车站西站台南侧，地下1层，地上7层，框架结构，二层东南角有连廊与三层办公楼相接，建筑面积5247m。公寓楼地下室基坑平面尺寸33.10m21.70m。基坑开挖深度：平板底为4.15m，反梁底为5.00m。场地地面标高0.000m。楼的西面有一道砖围墙，距基坑边3m，东面多层住宅外墙距基坑边4m，北面相距2.30m就是火车站西站台，且站台高出基坑边地面1.10m，南面场地宽阔。施工期间，必须保证临近建筑物的安全，特别要保证北面铁路站台的安全、不影响铁路的正常运行。场地地质状况，自上而下土层分布：杂填土厚1.30m；粉质粘土厚2.50m；砂质粉土厚2.70m；淤泥质粉质粘土厚1.50m；淤泥质粘土厚7.00m。地下水位在地面以下0.50m。北面站台边3.50m左右宽的东西向地带，地下3m深处有块石等地下障碍物，东北角区域有一暗浜，浜底深3.40m。2基坑围护方案(1)基坑围护的必要性。基础位于砂质粉土之上，地下水丰富，基土渗透系数大，按基坑挖掘深度及周边环境，不具备大开挖(结合井点降水)条件，必须采取相应的基坑围护措施。(2)围护方案选择。钢板桩：打入时会发生震动，拔出过程中周边地面会发生开裂，本工程紧靠铁路站台，环境险要，不能采用钢板桩围护方案。钻孔灌注桩挡土加外侧深层水泥搅拌桩防水：因造价高，建设单位不同意采用。深层水泥搅拌桩墙：在基坑开挖深度达4.155.00m的情况下，按重力坝的设计及构造要求，基坑西、北两侧场地宽度不够，不能完全采用常规的深层水泥搅拌桩墙方案。深层水泥搅拌桩高低截面围护结构方案：在基坑边场地宽度不够的情况下，设想采用高低桩截面的深层水泥搅拌桩墙