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摘要：本文分析了高层地下室混凝土外墙开裂的原因和补偿收缩混凝土的应用原理，工程实践中将聚丙烯改性纤维和膨胀剂有机组合在一起制成复合型补偿收缩混凝土，提高了混凝土抗裂和抗渗的综合能力，取得了比较理想的效果。
关键词：混凝土裂缝 补偿收缩混凝土；聚丙烯改性纤维
混凝土裂缝问题是混凝土工程中的一个相当普遍的技术难题，混凝土产生裂缝的原因较多，涉及到岩土地基、材料应用、结构设计、施工及环境等诸多方面。高层建筑地下室承担着战备、停车和储藏等功能，并且大多数地下室常年处于有水环境中，因此地下室的底板、外墙、顶板均设计为有抗渗要求的混凝土结构，但地下室外墙又具有壁薄、施工质量不易控制等特点。
1地下室混凝土外墙裂缝的特点
工程实践表明，地下室外墙裂缝大多发生在与柱或筒体相连接的墙体上，裂缝一般与底板垂直，相对于整面墙基本呈对称分布。第一条裂缝一般出现在距柱边约0.3m～0.6m，其余裂缝在墙中均匀分布且内外墙均有，位置相近。墙暗柱处、壁柱边、楼层梁在墙上的支座附近均为裂缝多发区域。
2地下室外墙裂缝的成因分析
2.1 混凝土自身的原因
混凝土是一种由骨料、水泥、水、气体等组成的矿物质材料，其中水泥是混凝土中的主要材料。水泥的热膨胀系数大，水泥水化会带来体积收缩，而砂、石等骨料的热膨胀系数小，在温度、湿度变化条件下，混凝土逐步硬化的同时产生体积变形，但由于水泥石与骨料的变形差异很大，且它们之间的变形不是自由的，产生相互约束力即混凝土收缩拉应力，当混凝土的收缩达到一个极限，即产生的收缩拉应力大于混凝土的极限抗拉强度时，混凝土就被拉裂出现裂缝。
2.2高强度混凝土的原因
高层地下室外墙混凝土的设计强度一般为：C30、C35、C40、C50（不低于C30），抗渗等级一般为S8、S10、S12（不低于S8）。随着混凝土强度等级的提高，混凝土的早期强度也逐渐提高，混凝土的早期弹性模量也迅速增加，从而丧失了强度较低时普通混凝土具备的早期应力和松驰能力。早期弹性模量迅速增加导致混凝土收缩应力大大增加，最终造成混凝土的早期开裂。
2.3商品混凝土的自身原因
商品混凝土的应用较为广泛，试验数据表明商品混凝土的收缩率从以往的0.04%～0.06%增加到0.06%～0.08%，造成结构出现裂缝的几率大大增加。
2.4地下室外墙本身的原因
地下室混凝土外墙的特点是墙的厚度远远小于墙的长度和宽度，当墙的高度与长度比小于（或等于）0.2时，墙体在温度收缩变形及底板约束作用下，墙内出现水平拉应力，当水平拉应力超过混凝土的抗拉强度时，墙面中部就会出现第一条竖向裂缝，将板一分为二，两块板的水平应力重新分布。如果此时板内的水平拉应力仍然大于混凝土的抗拉强度，则形成第二批裂缝，以致墙体裂缝有序出现。此外，实际工程中能自由变形的构件或结构物是不存在，地下室混凝土外墙的变形总是受到配筋和相邻底板、顶板等结构的整体限制，在此限制下，地下室外墙也易开裂。
3复合型补偿收缩混凝土的概念
3.1 补偿收缩混凝土
在混凝土中加入适量的膨胀剂或采用膨胀水泥，在适当的施工和养护下，依靠本身的化学反应，产生一定的膨胀，在钢筋和周围其他条件的约束下，在混凝土中建立一定的自应力，即为膨胀混凝土。膨胀混凝土在有水养护时产生一定的膨胀率，以补偿混凝土早期的收缩。混凝土在水泥水化硬化过程中，能产生一定体积膨胀力，在钢筋限制下其膨胀力转化为预压应力，国际上一般按建立的预应力值大小划分能在混凝土中建立0.2～0.7Mpa预应力，这种以补偿混凝土收缩为目的的混凝土称为补偿收缩混凝土。
地下室混凝土外墙受到配筋、梁、柱、板等相邻部分以及结构整体性的限制约束，当限制收缩力达到一定的极限值就易引起墙体混凝土的开裂。利用混凝土凝结硬化时产生一定量的膨胀恰好可以抵消混凝土自身有害的限制收缩，从而达到避免或大大减轻混凝土开裂的目的，这就是补偿收缩混凝土的理论依据。
3.2聚丙烯改性纤维
聚丙烯改性纤维是以聚丙烯为主要材料，由丙烯聚合而成，溶体仿丝类物资，加以增强添加剂及改性工艺制造而成的高强度特种纤维。作为一种新型高分子建筑材料，聚丙烯改性纤维具有强度高、比重轻、不吸水的特点，可用于混凝土中起防裂、抗渗、抗冲磨的作用。CTA Fiber(PP) 聚丙烯改性纤维是使用比较广泛的一种聚丙烯改性纤维，它的纤维断面为异状（“Y”型），加大了与水泥材料的握裹力，使掺有纤维的混凝土的极限拉伸率提高。该纤维可以迅速轻易地与混凝土材料混合，分布均匀、彻底，纤维的分布形式可以大大削弱塑性收缩应力，将收缩的能量分散到每立方上千万条具有抗拉强度且弹性模量相对较低的纤维单丝上，增强了混凝土的韧性，抑制了微细裂缝的产生和发展，避免了贯通毛细孔道的形成，保证了集料的均匀级配，可以发挥更为有效的抗裂防渗作用。
3.3复合型补偿收缩混凝土
复合型补偿收缩混凝土是掺加聚丙烯改性纤维的膨胀混凝土，这种混凝土是以实际工程为研究对象，以试验和理论计算为先导，以优化混凝土材料的配合比，改善混凝土的力学性能和变形特点为目的，充分发挥了聚丙烯改性纤维抗裂防渗的物理作用和膨胀剂膨胀抗裂的化学作用。
4工程应用实例
4.1复合型补偿收缩混凝土的配合比设计
在充分分析地质的情况基础上，针对大体积超长混凝土结构的特点，充分满足设计要求和规范标准的规定，在试验室配制C40、P12复合型补偿收缩混凝土，组成材料为：
⑴.水泥：选用普通42.5硅酸盐水泥，控制水泥中C3A的含量（C3A≤6%），水泥单方用量：400～405 Kg/m3。
⑵.细骨料：选用石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、具有平滑筛分曲线的中粗砂，含泥量≤3%，砂中云母含量<1%，细度模数控制在2.6～3.2之间，砂率在0.35～0.38之间。
⑶.粗骨料：选用硬度高、强度大，且最大粒径5mm～25mm的碎石，控制针状、片状的碎石含量不得大于5%。
⑷.外加剂：膨胀剂选用JEA型混凝土膨胀剂，掺量为水泥用量的8%～10%。泵送剂选用SMF-4型粉体高效泵送剂，掺量为水泥用量的2.5%左右。
⑸.掺合料：选用二级以上的粉煤灰，粉煤灰单方用量：70Kg/m3左右；
设计配合比为：
水泥:砂:石子:水:粉煤灰:纤维:膨胀剂:泵送剂
4.2混凝土制备的质量控制
施工前与商品混凝土搅拌站进行充分的技术交流，要求混凝土的制备要达到四点要求。一.认真履行各类材料的进场检验和复试，确保材料满足设计要求；二.严格执行混凝土的设计配比，控制外加剂、掺合料、聚丙烯改性纤维的掺加量，严禁漏掺、少掺、多掺。三.注意投料顺序，先将CTA Fiber(PP) 聚丙烯改性纤维和砂石加入拌合，充分搅拌均匀，不低于90S，再加入水泥和其他外加剂进行搅拌，搅拌时间不低于90S。四.先生产样品混凝土，按规定预留试块，生产样品混凝土进行标准条件养护和拟现场条件养护，试验其抗压、抗拉强度及抗渗性能，检验合格后方可用于工程施工。
结语；
混凝土的裂缝问题长久以来一直是困扰工程界的一大技术难题，本文对高層建筑地下室混凝土外墙裂缝发生的原因进行了一定的分析，介绍了补偿收缩混凝土和聚丙烯改性纤维的应用特点，在高层地下室外墙混凝土使用时，配制掺加聚丙烯改性纤维的复合型补偿收缩混凝土，充分发挥了聚丙烯改性纤维抗裂防渗的物理作用和膨胀剂膨胀抗裂的化学作用。工程应用实践证明，复合型补偿收缩混凝土具有控制裂缝、防治渗漏的显著效果，并且大大减少了结构伸缩缝和后浇带的数量，对提高混凝土地下室外墙结构安全性、耐久性有较高的实际价值。
关键词：混凝土裂缝 补偿收缩混凝土；聚丙烯改性纤维
混凝土裂缝问题是混凝土工程中的一个相当普遍的技术难题，混凝土产生裂缝的原因较多，涉及到岩土地基、材料应用、结构设计、施工及环境等诸多方面。高层建筑地下室承担着战备、停车和储藏等功能，并且大多数地下室常年处于有水环境中，因此地下室的底板、外墙、顶板均设计为有抗渗要求的混凝土结构，但地下室外墙又具有壁薄、施工质量不易控制等特点。
1地下室混凝土外墙裂缝的特点
工程实践表明，地下室外墙裂缝大多发生在与柱或筒体相连接的墙体上，裂缝一般与底板垂直，相对于整面墙基本呈对称分布。第一条裂缝一般出现在距柱边约0.3m～0.6m，其余裂缝在墙中均匀分布且内外墙均有，位置相近。墙暗柱处、壁柱边、楼层梁在墙上的支座附近均为裂缝多发区域。
2地下室外墙裂缝的成因分析
2.1 混凝土自身的原因
混凝土是一种由骨料、水泥、水、气体等组成的矿物质材料，其中水泥是混凝土中的主要材料。水泥的热膨胀系数大，水泥水化会带来体积收缩，而砂、石等骨料的热膨胀系数小，在温度、湿度变化条件下，混凝土逐步硬化的同时产生体积变形，但由于水泥石与骨料的变形差异很大，且它们之间的变形不是自由的，产生相互约束力即混凝土收缩拉应力，当混凝土的收缩达到一个极限，即产生的收缩拉应力大于混凝土的极限抗拉强度时，混凝土就被拉裂出现裂缝。
2.2高强度混凝土的原因
高层地下室外墙混凝土的设计强度一般为：C30、C35、C40、C50（不低于C30），抗渗等级一般为S8、S10、S12（不低于S8）。随着混凝土强度等级的提高，混凝土的早期强度也逐渐提高，混凝土的早期弹性模量也迅速增加，从而丧失了强度较低时普通混凝土具备的早期应力和松驰能力。早期弹性模量迅速增加导致混凝土收缩应力大大增加，最终造成混凝土的早期开裂。
2.3商品混凝土的自身原因
商品混凝土的应用较为广泛，试验数据表明商品混凝土的收缩率从以往的0.04%～0.06%增加到0.06%～0.08%，造成结构出现裂缝的几率大大增加。
2.4地下室外墙本身的原因
地下室混凝土外墙的特点是墙的厚度远远小于墙的长度和宽度，当墙的高度与长度比小于（或等于）0.2时，墙体在温度收缩变形及底板约束作用下，墙内出现水平拉应力，当水平拉应力超过混凝土的抗拉强度时，墙面中部就会出现第一条竖向裂缝，将板一分为二，两块板的水平应力重新分布。如果此时板内的水平拉应力仍然大于混凝土的抗拉强度，则形成第二批裂缝，以致墙体裂缝有序出现。此外，实际工程中能自由变形的构件或结构物是不存在，地下室混凝土外墙的变形总是受到配筋和相邻底板、顶板等结构的整体限制，在此限制下，地下室外墙也易开裂。
3复合型补偿收缩混凝土的概念
3.1 补偿收缩混凝土
在混凝土中加入适量的膨胀剂或采用膨胀水泥，在适当的施工和养护下，依靠本身的化学反应，产生一定的膨胀，在钢筋和周围其他条件的约束下，在混凝土中建立一定的自应力，即为膨胀混凝土。膨胀混凝土在有水养护时产生一定的膨胀率，以补偿混凝土早期的收缩。混凝土在水泥水化硬化过程中，能产生一定体积膨胀力，在钢筋限制下其膨胀力转化为预压应力，国际上一般按建立的预应力值大小划分能在混凝土中建立0.2～0.7Mpa预应力，这种以补偿混凝土收缩为目的的混凝土称为补偿收缩混凝土。
地下室混凝土外墙受到配筋、梁、柱、板等相邻部分以及结构整体性的限制约束，当限制收缩力达到一定的极限值就易引起墙体混凝土的开裂。利用混凝土凝结硬化时产生一定量的膨胀恰好可以抵消混凝土自身有害的限制收缩，从而达到避免或大大减轻混凝土开裂的目的，这就是补偿收缩混凝土的理论依据。
3.2聚丙烯改性纤维
聚丙烯改性纤维是以聚丙烯为主要材料，由丙烯聚合而成，溶体仿丝类物资，加以增强添加剂及改性工艺制造而成的高强度特种纤维。作为一种新型高分子建筑材料，聚丙烯改性纤维具有强度高、比重轻、不吸水的特点，可用于混凝土中起防裂、抗渗、抗冲磨的作用。CTA Fiber(PP) 聚丙烯改性纤维是使用比较广泛的一种聚丙烯改性纤维，它的纤维断面为异状（“Y”型），加大了与水泥材料的握裹力，使掺有纤维的混凝土的极限拉伸率提高。该纤维可以迅速轻易地与混凝土材料混合，分布均匀、彻底，纤维的分布形式可以大大削弱塑性收缩应力，将收缩的能量分散到每立方上千万条具有抗拉强度且弹性模量相对较低的纤维单丝上，增强了混凝土的韧性，抑制了微细裂缝的产生和发展，避免了贯通毛细孔道的形成，保证了集料的均匀级配，可以发挥更为有效的抗裂防渗作用。
3.3复合型补偿收缩混凝土
复合型补偿收缩混凝土是掺加聚丙烯改性纤维的膨胀混凝土，这种混凝土是以实际工程为研究对象，以试验和理论计算为先导，以优化混凝土材料的配合比，改善混凝土的力学性能和变形特点为目的，充分发挥了聚丙烯改性纤维抗裂防渗的物理作用和膨胀剂膨胀抗裂的化学作用。
4工程应用实例
4.1复合型补偿收缩混凝土的配合比设计
在充分分析地质的情况基础上，针对大体积超长混凝土结构的特点，充分满足设计要求和规范标准的规定，在试验室配制C40、P12复合型补偿收缩混凝土，组成材料为：
⑴.水泥：选用普通42.5硅酸盐水泥，控制水泥中C3A的含量（C3A≤6%），水泥单方用量：400～405 Kg/m3。
⑵.细骨料：选用石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、具有平滑筛分曲线的中粗砂，含泥量≤3%，砂中云母含量<1%，细度模数控制在2.6～3.2之间，砂率在0.35～0.38之间。
⑶.粗骨料：选用硬度高、强度大，且最大粒径5mm～25mm的碎石，控制针状、片状的碎石含量不得大于5%。
⑷.外加剂：膨胀剂选用JEA型混凝土膨胀剂，掺量为水泥用量的8%～10%。泵送剂选用SMF-4型粉体高效泵送剂，掺量为水泥用量的2.5%左右。
⑸.掺合料：选用二级以上的粉煤灰，粉煤灰单方用量：70Kg/m3左右；
设计配合比为：
水泥:砂:石子:水:粉煤灰:纤维:膨胀剂:泵送剂
4.2混凝土制备的质量控制
施工前与商品混凝土搅拌站进行充分的技术交流，要求混凝土的制备要达到四点要求。一.认真履行各类材料的进场检验和复试，确保材料满足设计要求；二.严格执行混凝土的设计配比，控制外加剂、掺合料、聚丙烯改性纤维的掺加量，严禁漏掺、少掺、多掺。三.注意投料顺序，先将CTA Fiber(PP) 聚丙烯改性纤维和砂石加入拌合，充分搅拌均匀，不低于90S，再加入水泥和其他外加剂进行搅拌，搅拌时间不低于90S。四.先生产样品混凝土，按规定预留试块，生产样品混凝土进行标准条件养护和拟现场条件养护，试验其抗压、抗拉强度及抗渗性能，检验合格后方可用于工程施工。
结语；
混凝土的裂缝问题长久以来一直是困扰工程界的一大技术难题，本文对高層建筑地下室混凝土外墙裂缝发生的原因进行了一定的分析，介绍了补偿收缩混凝土和聚丙烯改性纤维的应用特点，在高层地下室外墙混凝土使用时，配制掺加聚丙烯改性纤维的复合型补偿收缩混凝土，充分发挥了聚丙烯改性纤维抗裂防渗的物理作用和膨胀剂膨胀抗裂的化学作用。工程应用实践证明，复合型补偿收缩混凝土具有控制裂缝、防治渗漏的显著效果，并且大大减少了结构伸缩缝和后浇带的数量，对提高混凝土地下室外墙结构安全性、耐久性有较高的实际价值。