剪力墻裂縫成因分析與施工防治措施

李海水

在剪力墻施工過程中,容易出現(xiàn)墻體裂縫現(xiàn)象,這已經(jīng)成為一個(gè)質(zhì)量通病。尤其在經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展,樓層越來越高的背景下,施工及監(jiān)理企業(yè)沒有對(duì)高層建筑的特點(diǎn)有深入的了解,沒有足夠的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)準(zhǔn)備,剪力墻出現(xiàn)裂縫也就在所難免。

某工程地下2層,地上22層,采用素混凝土樁,筏板基礎(chǔ)。施工到4層時(shí),剪力墻裂縫首先在地下2層采光窗下部被發(fā)現(xiàn),幾乎所有采光窗下部?jī)蓚?cè)處都有裂縫,自窗口下部陰角向基礎(chǔ)板底延伸。后又仔細(xì)觀察,發(fā)現(xiàn)裂縫位置不僅在采光窗下部,在較大預(yù)留孔洞處,乃至沒有任何截面削弱的墻體中部都有裂縫產(chǎn)生,有的長剪力墻上甚至一道墻上就有2條～3條裂縫。從墻體兩側(cè)觀察,產(chǎn)生裂縫的位置基本一致,經(jīng)鉆心取樣證實(shí)為貫穿裂縫。又對(duì)-1層及上部樓層進(jìn)行觀察,裂縫仍然存在,但明顯減少,到1層時(shí)僅發(fā)現(xiàn)一條貫穿裂縫。后對(duì)相同結(jié)構(gòu)和高度的在建項(xiàng)目進(jìn)行調(diào)查,發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生此類貫穿裂縫的工程占到調(diào)查項(xiàng)目的60%。除了貫穿裂縫,剪力墻表面的不規(guī)則裂縫更為普遍。

1 裂縫的一般特征和性質(zhì)

經(jīng)過對(duì)本工程裂縫的分析,以及對(duì)其他工程的調(diào)查總結(jié),鋼筋混凝土剪力墻的裂縫一般可分為表面不規(guī)則裂縫和貫穿性裂縫。表面不規(guī)則裂縫一般出現(xiàn)在混凝土澆筑后不久,分布于墻體表面,此種裂縫既細(xì)又密,但深度不大,多因養(yǎng)護(hù)不足而產(chǎn)生,對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件影響不大。貫穿性裂縫一般發(fā)生在混凝土澆筑完畢拆模后一周左右,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0.2 mm～0.4 mm甚至更寬。從位置分布來看,外墻多于內(nèi)墻,南墻多于北墻,長墻多于短墻,底層多于上部樓層、施工季節(jié)越炎熱,產(chǎn)生裂縫的數(shù)量越多。

2 裂縫產(chǎn)生的原因分析

2.1 混凝土的收縮應(yīng)力過大

混凝土在空氣中結(jié)硬時(shí),其體積會(huì)收縮。它由凝膠體本身體積的收縮(化學(xué)收縮)和混凝土因失水產(chǎn)生體積收縮(干燥收縮)兩部分組成。收縮變形在開始階段發(fā)展較快,兩周可完成收縮量的1/2左右,3個(gè)月后基本穩(wěn)定,不再增長?；炷潦湛s過程中,內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力,混凝土的抗拉強(qiáng)度只有其抗壓強(qiáng)度的1/20～1/10,同時(shí)混凝土的極限拉應(yīng)變很小,僅有0.1 mm～0.15 mm。當(dāng)混凝土在拉應(yīng)力作用下達(dá)到極限拉應(yīng)變時(shí),混凝土即被拉裂。

收縮裂縫主要與水泥品種、細(xì)度及用量;骨料品種與質(zhì)量;水灰比、養(yǎng)護(hù)條件、構(gòu)件長度等因素有關(guān)。

伴隨我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展,高層建筑即使在一些中小城市也如雨后春筍,遍地開花了。C50～C80高標(biāo)號(hào)混凝土得到了廣泛應(yīng)用,由此帶來水泥強(qiáng)度等級(jí)的提高和單方混凝土水泥用量的增大。而水泥強(qiáng)度等級(jí)越高,水泥用量越大,混凝土的收縮越大,越容易出現(xiàn)裂縫。

預(yù)拌混凝土為了滿足運(yùn)輸、泵送的要求,增加了細(xì)骨料用量和水灰比。細(xì)骨料用量過大,會(huì)使混凝土彈性模量變小;而水灰比增大,會(huì)使混凝土硬化后的密實(shí)度變小。這二者都會(huì)使混凝土的收縮變大。同時(shí),有的商品混凝土公司管理不到位,收料員沒能嚴(yán)格把關(guān),砂的細(xì)度模數(shù)小于1.5,C30～C60混凝土所用砂的含泥量超過3%的限值;施工企業(yè)管理不到位,工人存在懶漢用稀料的思想,施工過程中向現(xiàn)場(chǎng)商品混凝土公司值班人員要求加大水灰比,施工中責(zé)任心不強(qiáng),振搗不密實(shí)。

本工程地下2層為人防工程,剪力墻體長,開洞少,所以成為本層裂縫特別集中的重要因素。

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)條件等因素有關(guān):

水泥品種:高層建筑所用預(yù)拌混凝土為提高混凝土標(biāo)號(hào),大量使用硅酸鹽水泥,使得水泥水化熱高而且集中,增加了混凝土的溫度變形。溫度變形對(duì)大體積混凝土極為不利?；炷林虚g因水泥水化放出的熱量聚積造成內(nèi)部溫度升高,而外部混凝土則隨著氣溫升降,有時(shí)內(nèi)外溫度差達(dá)到50℃～60℃,導(dǎo)致內(nèi)脹外縮,在混凝土表面產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力,嚴(yán)重的便會(huì)產(chǎn)生裂縫。在最新的大體積混凝土規(guī)范中,不再以截面的大小作為是否是大體積混凝土的依據(jù),只要會(huì)產(chǎn)生大體積混凝土效應(yīng)(即前所述,溫差大,內(nèi)脹外縮,容易產(chǎn)生溫度裂縫的情況)的混凝土,都要以大體積混凝土的要求來進(jìn)行施工,采取相應(yīng)的防范措施。

養(yǎng)護(hù)條件:剪力墻養(yǎng)護(hù)不足時(shí),墻體表面水分散失快,體積收縮大,而內(nèi)部濕度變化小,體積收縮小,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,當(dāng)這個(gè)拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí),就會(huì)引起混凝土表面開裂。當(dāng)墻體模板拆除時(shí)間過早時(shí)加速了這種情況的發(fā)生。

3 裂縫的預(yù)防和治理措施

1)調(diào)整混凝土各組成材料和配比。采用高標(biāo)號(hào)水泥以減小水泥用量;盡量使用低水化熱的水泥,如礦渣水泥;嚴(yán)格控制砂石質(zhì)量,砂宜采用中砂,保證石子級(jí)配良好,并嚴(yán)格控制砂石含泥量。控制外加劑的品種及用量,尤其在炎熱夏季施工時(shí),要注意外加劑不宜含有早強(qiáng)成分。施工過程中加強(qiáng)振搗,不能漏振和過振。嚴(yán)格控制水灰比,根據(jù)氣溫情況和運(yùn)輸中的水灰比損失調(diào)整出廠水灰比,把混凝土入模時(shí)的水灰比控制在試驗(yàn)配比的范圍內(nèi)。2)養(yǎng)護(hù)及拆模?；炷亮芽p的防治工作中,對(duì)新澆混凝土的早期養(yǎng)護(hù)尤為重要?；炷两K凝后,要及時(shí)養(yǎng)護(hù),安排專人不斷澆水,保持混凝土表面濕潤,同時(shí)向剪力墻邊模澆水以降低混凝土溫度?？諝鉂穸仍叫?、溫度越高、風(fēng)速越大,混凝土水分蒸發(fā)會(huì)越快,混凝土也越容易出現(xiàn)收縮裂縫,所以在高溫或大風(fēng)天氣要設(shè)置必要的遮陽和防風(fēng)設(shè)施,減緩混凝土表面的水分蒸發(fā),保持混凝土表面濕潤。在太陽暴曬的季節(jié),盡量把混凝土的澆筑工作安排在晚上進(jìn)行。適當(dāng)延長剪力墻混凝土的拆模時(shí)間,并且拆模后不要馬上移走模板,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、減少混凝土的收縮和內(nèi)外溫差,達(dá)到控制墻體裂縫的目的。3)混凝土中摻加膨脹劑。微膨脹劑由于在一定程度上補(bǔ)償了收縮應(yīng)力,能有效減少混凝土收縮裂縫。4)技術(shù)措施需要組織措施的保障,必須在施工過程的各個(gè)環(huán)節(jié)加強(qiáng)施工管理,保證各項(xiàng)技術(shù)措施的落實(shí)。5)貫穿性裂縫的出現(xiàn)不但會(huì)影響結(jié)構(gòu)的整體性和剛度,還會(huì)引起鋼筋的腐蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞及抗?jié)B能力。因此應(yīng)根據(jù)裂縫的成因性質(zhì)以及現(xiàn)場(chǎng)具體情況區(qū)別對(duì)待及時(shí)處理,保證結(jié)構(gòu)正常使用功能。目前對(duì)一般貫穿性裂縫多采用粘貼碳纖維復(fù)合材料的加固方式,碳纖維復(fù)合材料中的基材為碳纖維布,是一種高強(qiáng)度纖維片材,主要作用是承受荷載、限制裂縫的發(fā)展;膠粘劑即增強(qiáng)材料,主要作用是固定纖維的位置、承受應(yīng)力并傳遞給纖維。混凝土結(jié)構(gòu)表面粘貼碳纖維布,形成復(fù)合體結(jié)構(gòu),以此提高構(gòu)件的整體性,達(dá)到修補(bǔ)加固的目的。

4 結(jié)語

剪力墻貫穿裂縫產(chǎn)生的原因是綜合作用的結(jié)果,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)。實(shí)踐證明,只要從材料、施工及環(huán)境等方面進(jìn)行分析,實(shí)施綜合治理,提高施工及監(jiān)理企業(yè)的理論知識(shí)水平和執(zhí)行力,在施工中確保控制裂縫的各種措施落到實(shí)處,高層建筑混凝土剪力墻的裂縫是可以控制的。

[1] 龐建存.復(fù)合混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)和施工[J].山西建筑,2009,35(13):153-154.