剪力墻裂縫成因分析及防治措施

王菊紅

摘 要:本文根據(jù)筆者多年的現(xiàn)場施工經(jīng)驗,介紹了建筑結(jié)構(gòu)中剪力墻裂縫的特征,分析了裂縫產(chǎn)生的原因,并提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞:剪力墻;剪力墻裂縫;溫差裂縫;干縮裂縫;結(jié)構(gòu)裂縫

在剪力墻施工過程中,容易出現(xiàn)墻體開裂現(xiàn)象。根據(jù)多年的現(xiàn)場施工經(jīng)驗,本文從剪力墻裂縫的特征出發(fā),就其產(chǎn)生的原因以及預(yù)防措施提出了一些個人的看法。

1 裂縫的一般特征和性質(zhì)

根據(jù)本文作者在實際工程中的施工經(jīng)驗,綜合目前對裂縫的研究現(xiàn)狀。鋼筋混凝土剪力墻的裂縫一般可分為表面不規(guī)則裂縫、貫穿性裂縫。表面不規(guī)則裂縫一般出現(xiàn)在混凝土澆注后不久,分布于墻體表面,此種裂縫既寬又密,但深度一般不大,多因養(yǎng)護(hù)不足而產(chǎn)生,對結(jié)構(gòu)構(gòu)件影響一般不大,且易于治理。豎向貫穿性裂縫一般發(fā)生在混凝土澆注后若干天后(一般拆模后不久),由下而上,走向與樓面接近垂直,有的通至樓面板底但不穿過樓層,縫寬一般為0.1~0.3mm,個別可達(dá)0.4~0.5mm甚至更深,縫深一般較大,最深者可貫穿墻體。因養(yǎng)護(hù)不好引起的表面不規(guī)則裂縫常不至于帶來多少影響,且易于處理。

2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

一般情況下,工程中構(gòu)件裂縫產(chǎn)生的主要原因可分為兩大類:一是動、靜荷載和其他各種外荷載引起的裂縫;二是由混凝土內(nèi)外溫差、收縮或地基不均勻沉降等變形荷載引起的裂縫。此外,設(shè)計體型和結(jié)構(gòu)布置也是產(chǎn)生裂縫的一個重要原因。總之裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜,綜合考慮設(shè)計、材料、施工及環(huán)境等各方面的因素,鋼筋混凝土剪力墻裂縫主要由以下原因產(chǎn)生:

2.1 混凝土的收縮應(yīng)力過大

混凝土的收縮應(yīng)力過大收縮裂縫主要與水泥用量、骨料、構(gòu)件長度及外加劑等因素有關(guān)。

(1)水泥用量

目前,隨著我國高層建筑的不斷發(fā)展,各種高強度混凝土也得到了廣泛的應(yīng)用,C50、C60乃至C80混凝土設(shè)計標(biāo)號已屢見不鮮,由此相應(yīng)的是水泥用量的增大、水灰比的減小。而水灰比是影響混凝土收縮的最主要因素。例如,當(dāng)水灰比小于0.35時。體內(nèi)相對濕度很快降至80%以下,自收縮引起的體積減小在8%左右,收縮值相當(dāng)可觀。

(2)骨料

預(yù)拌混凝土為了滿足運輸、泵送的要求。增加了細(xì)骨料用量,使得骨料的表面積增大,相應(yīng)包裹在骨料上的水泥等膠凝材料變少,減弱了混凝土之間的連接能力,增大了混凝土的塑性收縮。

(3)構(gòu)件長度

現(xiàn)代建筑的跨度、構(gòu)件長度均有較大提高,顯然對于相同的混凝土收縮率而言,收縮的絕對值增大。如未采取相應(yīng)措施,則極易產(chǎn)生裂縫。

(4)外加劑

外加劑在混凝土中摻量少,作用大。目前使用的混凝土中普遍摻有減水劑、緩凝劑、早強劑、防水劑等多種外加劑。近期研究表明,有近一半外加劑會造成混凝土收縮率大于基準(zhǔn)混凝土,混凝土收縮率的增大自然增大了裂縫的出現(xiàn)概率。外加劑對混凝土性能影響極大,可能是導(dǎo)致混凝土開裂的重要原因。

2.2 混凝土的溫度應(yīng)力過大

溫度裂縫主要與水泥品種、養(yǎng)護(hù)條件、拆模時間及溫差等因素有關(guān):

(1)水泥品種

目前預(yù)拌混凝土大多使用新法(主要為旋窯)燒制成的水泥,尤其為提高混凝土標(biāo)號,大量使用硅酸鹽水泥,使得水泥水化熱高且集中。水泥水化過程中放出大量的熱量,且大部分水化熱都是在澆筑的前三天釋放,而混凝土是熱的不良導(dǎo)體,產(chǎn)生的熱量不易散發(fā),內(nèi)部溫度不斷上升。而拆模后,表面散熱快,溫度較低,內(nèi)外形成溫度梯度。內(nèi)部混凝土熱脹產(chǎn)生壓應(yīng)力,外部混凝土產(chǎn)生拉應(yīng)力。當(dāng)此拉應(yīng)力超過此時混凝土的抗拉強度時,便使混凝土產(chǎn)生裂縫開裂。

(2)養(yǎng)護(hù)條件

由于剪力墻養(yǎng)護(hù)不足,墻體表面積大水分散失快,體積收縮大,而內(nèi)部濕度變化相對較小,體積收縮較小,表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束而產(chǎn)生拉應(yīng)力,引起混凝土表面開裂。

(3)拆模時間

墻體模板的拆除時間過早,混凝土表面溫度急劇變化,產(chǎn)生較大的降溫收縮,表面受到內(nèi)部混凝土的約束,將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力(內(nèi)部混凝土溫度變化相對較小,受自約束而產(chǎn)生壓應(yīng)力),而混凝土早期抗拉強度和彈性模量較低,因而出現(xiàn)墻體表面較淺范圍內(nèi)的裂縫。另外在室外溫差較大的嚴(yán)冬和盛夏,由于混凝土結(jié)構(gòu)不易導(dǎo)熱,在結(jié)構(gòu)的頂部和底部常產(chǎn)生溫度裂縫。

2.3 剪力墻所受的各種約束

出現(xiàn)了上述混凝土材料的溫度和收縮應(yīng)力,如果結(jié)構(gòu)或構(gòu)件不受約束影響,那么其將自由變形也不會產(chǎn)生裂縫。但實際工程中的剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件受到各種約束的影響,如樓板、剪力墻的暗柱(或明柱)及端墻的約束,地下室側(cè)墻受到地下室頂板和底板的約束。這些約束使得剪力墻結(jié)構(gòu)構(gòu)件不能自由變形或者跟約束構(gòu)件的變形不同步(或協(xié)調(diào))而導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。

3 裂縫的預(yù)防和治理措施

針對上述裂縫產(chǎn)生的原因,可相應(yīng)采取以下預(yù)防和治理措施。

(1)調(diào)整混凝土各組分。如采用高標(biāo)號水泥,減小水泥用量;盡量使用低水化熱的水泥;嚴(yán)格控制外加劑的品種及用量;砂宜采用中砂,保證石子級配良好,并嚴(yán)格控制砂石含泥量。

(2)拆模及養(yǎng)護(hù)。適當(dāng)延長剪力墻混凝土的拆模時間,并且拆模時不要馬上移走模板,而是先讓模板拆開一條縫隙作澆水養(yǎng)護(hù)用,從而改善混凝土的養(yǎng)護(hù)環(huán)境以達(dá)到控制墻體裂縫的目的。特別是預(yù)拌混凝土早期水化快,水化熱發(fā)展快,拌合物保水性強,泌水小,為此,施工過程中應(yīng)特別注意加強養(yǎng)護(hù)環(huán)節(jié)的管理及防護(hù)措施的應(yīng)用。施工中當(dāng)混凝土密實后,應(yīng)盡可能早地覆蓋養(yǎng)護(hù),及時噴水,適當(dāng)延長養(yǎng)護(hù)時間,這樣,既可以減少內(nèi)外部溫差,又可以保證早期濕養(yǎng)護(hù)和后期養(yǎng)護(hù)的最佳效果。

(3)混凝土中摻加膨脹劑。微膨脹劑由于在一定程度上補償了收縮應(yīng)力,能有效減少混凝土收縮裂縫。

(4)剪力墻上增開"結(jié)構(gòu)小洞"。這可能是最有效的方法,通過開洞把長墻變成短墻,減少混凝土收縮變形的約束,使混凝土收縮應(yīng)力得到釋放,從而達(dá)到控制墻體裂縫的目的,但必需重新對結(jié)構(gòu)進(jìn)行計算,確保結(jié)構(gòu)的安全及正常的使用功能。

(5)留置后澆帶。即先澆注后澆帶兩側(cè)混凝土,約兩個月后當(dāng)混凝土收縮變形趨于穩(wěn)定時,再澆筑留縫部位,從而避免因收縮應(yīng)力而出現(xiàn)裂縫。

(6)在剪力墻中部設(shè)置暗梁(或設(shè)置頂部暗圈梁)。這樣貫穿性裂縫只能裂到梁底,而不至裂到樓面板底,可有效減小有害裂縫的長度。

(7)調(diào)整水平鋼筋配筋方案。將剪力墻水平鋼筋置于豎向鋼筋外側(cè),有效減小了混凝土保護(hù)層厚度,增強了剪力墻表層混凝土的抗裂性。

(8)增加抗收縮鋼筋。遵循配筋細(xì)而密可抵抗收縮應(yīng)力的原則,適當(dāng)增加水平鋼筋的配筋率、減小鋼筋直徑而縮小配筋間距。另外在對剪力墻造成約束的結(jié)構(gòu)構(gòu)件與其連接處增設(shè)鋼筋對裂縫亦能起到一定的抑制作用。

(9)裂縫補強治理措施。當(dāng)裂縫不能自我愈合,且長期存在會給結(jié)構(gòu)構(gòu)件帶來耐久性、安全性和建筑使用功能等方面的影響而必須給予治理時,可待裂縫發(fā)展穩(wěn)定后,針對不同大小的裂縫采取相應(yīng)的有關(guān)治理措施。

4 結(jié)束語

裂縫產(chǎn)生的原因比較復(fù)雜,不僅與剪力墻尺寸及其所受約束有關(guān),而且與構(gòu)成墻體的各種材料及其形成環(huán)境等多種因素有關(guān),本工程裂縫的處理也充分說明了這一點。實踐證明,只要從設(shè)計、材料、施工及環(huán)境等方面進(jìn)行分析,并采取控制裂縫的各種措施,實施綜合治理,高層建筑混凝土剪力墻的裂縫是可以控制的。

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