剪力墻裂縫成因分析與防治措施

潘東欣

（上海寶冶集團(tuán)有限公司，上海 201900）

0 引言

為緩解城市建設(shè)用地緊張問題，如今的居住小區(qū)多為高層建筑。隨著生活水平提高，人們對(duì)于住宅舒適度要求越來越高，剪力墻結(jié)構(gòu)由于沒有梁、柱等外露與凸出，便于房間內(nèi)部布置，因此結(jié)構(gòu)方案設(shè)計(jì)時(shí)大多選擇高強(qiáng)混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)。由于高強(qiáng)混凝土剪力墻受干濕變化、溫度作用和結(jié)構(gòu)變形等因素影響，墻體澆筑拆模后經(jīng)常會(huì)產(chǎn)生裂縫，施工中很難控制，剪力墻裂縫已成為高層建筑結(jié)構(gòu)中的質(zhì)量通病之一。本文結(jié)合工程實(shí)例，分析高強(qiáng)混凝土剪力墻裂縫產(chǎn)生的原因，處理防治措施。

1 工程概況

某工程位于上海市寶山區(qū)羅店鎮(zhèn)，總建筑面積157 384.0m2，共12棟高層住宅，地上18層，地下2層，建筑總高度57.8m，裝配整體式剪力墻。寶山區(qū)羅店鎮(zhèn)抗震設(shè)防烈度7度，設(shè)計(jì)基本地震加速度值為0.10g，設(shè)計(jì)地震分組為第二組，上部結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為三級(jí)，住宅樓地上部分的剪力墻厚度均為200mm。地上部分混凝土剪力墻的設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為：±0.000～8.650m 采用 C55；8.650～17.350m 采用 C50；17.350～57.800m采用C30。

施工過程中，在地上第3層結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完畢，拆除首層剪力墻模板時(shí)，發(fā)現(xiàn)東西山墻部分剪力墻中間部位出現(xiàn)裂縫，裂縫發(fā)展方向均為豎直向下，未發(fā)現(xiàn)貫通裂縫及水平裂縫。同時(shí)，窗下墻部分也出現(xiàn)不同程度的豎向裂縫。

2 裂縫分析

2.1 裂縫一般成因

經(jīng)工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)發(fā)現(xiàn)，剪力墻裂縫的主要原因可分為以下兩大類：荷載裂縫和變形裂縫。荷載裂縫是由外部荷載引起，包括結(jié)構(gòu)計(jì)算中的直接應(yīng)力及結(jié)構(gòu)次應(yīng)力，當(dāng)混凝土內(nèi)部的拉應(yīng)力（如基礎(chǔ)沉降、溫差）大于混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土?xí)焕瓑?，從而產(chǎn)生裂縫，如受彎構(gòu)件的彎曲裂縫、剪切裂縫等。變形裂縫由非結(jié)構(gòu)計(jì)算應(yīng)力引起，由溫差、混凝土收縮或地基不均勻沉降等變形荷載引起的裂縫，此類裂縫在結(jié)構(gòu)中經(jīng)常出現(xiàn)，如由水化熱溫升產(chǎn)生的裂縫，隨著水分蒸發(fā)，濕度變小引起的干縮裂縫、堿骨料反應(yīng)引起的裂縫，以及基礎(chǔ)不均勻沉降導(dǎo)致剪力墻變形所引起的裂縫等都屬于此種裂縫形式?，F(xiàn)澆混凝土工程產(chǎn)生裂縫的原因錯(cuò)綜復(fù)雜，需結(jié)合具體工程具體分析。

2.2 剪力墻裂縫特點(diǎn)

在本工程1，2，3號(hào)樓施工過程中發(fā)現(xiàn)，1～3號(hào)樓東西山墻混凝土剪力墻中部位置出現(xiàn)豎向貫通裂縫。目前地上3層結(jié)構(gòu)澆筑完畢，首層模板拆除，由于裂縫出現(xiàn)在施工初期，結(jié)構(gòu)尚未承受荷載，初步判斷為變形裂縫。

2.3 現(xiàn)場檢測

裂縫出現(xiàn)后，施工單位及時(shí)采取措施對(duì)裂縫進(jìn)行監(jiān)測，經(jīng)過1個(gè)月的監(jiān)測跟蹤和記錄裂縫寬度及走向，發(fā)現(xiàn)裂縫并未繼續(xù)擴(kuò)展。用混凝土強(qiáng)度檢測儀對(duì)混凝土實(shí)體強(qiáng)度進(jìn)行檢驗(yàn)，結(jié)果表明剪力墻混凝土實(shí)測強(qiáng)度符合設(shè)計(jì)要求，均超出設(shè)計(jì)強(qiáng)度10%～20%，開裂混凝土剪力墻的截面尺寸、鋼筋直徑、鋼筋間距與鋼筋混凝土保護(hù)層厚度均滿足設(shè)計(jì)要求且全部驗(yàn)收合格。

2.4 成因分析

根據(jù)剪力墻裂縫分布特征、現(xiàn)場檢測結(jié)果及混凝土強(qiáng)度等級(jí)等因素綜合分析，參建各方一致認(rèn)為該裂縫為非受力裂縫，并最終判定首層混凝土剪力墻裂縫主要是由于混凝土收縮引起，屬于變形裂縫。對(duì)本工程而言，墻體上出現(xiàn)寬度不同的裂縫，主要是由于材料自身收縮、環(huán)境溫度變化二者共同作用而產(chǎn)生。

2.4.1 原材料產(chǎn)生的收縮

原材料產(chǎn)生的收縮裂縫主要與水泥品種、細(xì)度、用量及骨料級(jí)配等因素有關(guān)。近年來，隨著高強(qiáng)混凝土在工程中的廣泛應(yīng)用，混凝土自身收縮引起的混凝土裂縫現(xiàn)象越來越普遍。本工程1～3層采用強(qiáng)度等級(jí)為C55混凝土，屬于高強(qiáng)混凝土，高強(qiáng)混凝土特性是強(qiáng)度高、脆性差、膠凝材料含量高。由于膠凝材料的增加，膠凝體本身體積容易收縮，從而增大了混凝土收縮，易產(chǎn)生混凝土收縮裂縫。

2.4.2 混凝土自收縮產(chǎn)生的裂縫

混凝土的自收縮實(shí)質(zhì)上是混凝土宏觀體積的減小。由于混凝土內(nèi)部的自由水發(fā)生水化反應(yīng)產(chǎn)生水泥水化產(chǎn)物，水泥水化產(chǎn)物占有的空間體積小于未發(fā)生反應(yīng)時(shí)水泥和水的總體積。與此同時(shí)，水泥水化反應(yīng)激烈，混凝土內(nèi)部水分散失較快，相對(duì)濕度隨之降低，造成混凝土體積不斷減小，最終自身收縮，隨即產(chǎn)生裂縫。

2.4.3 溫度變化引起的裂縫

當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生較大變化時(shí)，如高溫季節(jié)未做好施工養(yǎng)護(hù)措施或混凝土內(nèi)部水化熱反應(yīng)放熱均能產(chǎn)生溫差，巨大的溫差造成混凝土內(nèi)外部熱脹冷縮程度不同，易產(chǎn)生溫度裂縫。混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，特別是大體積混凝土（厚度超過2m），在澆筑之后硬化期間，水泥放出大量的水化熱，混凝土材料散熱性較差，致使內(nèi)部溫度不斷上升，熱脹冷縮，混凝土內(nèi)部體積膨脹高于外部，此時(shí)混凝土表面受到很大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的早期抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土被拉壞，從而出現(xiàn)裂縫。

3 處理措施

變形裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)安全性影響不大，但裂縫的存在加速了鋼筋中的鐵離子和侵入到混凝土中的氧氣和水發(fā)生氧化反應(yīng)，生成氫氧化鐵銹蝕物，引起鋼筋銹蝕，從而影響剪力墻的承載力。因此，需采取一定措施對(duì)裂縫進(jìn)行處理，以確保剪力墻的整體性和防水抗?jié)B能力。為修補(bǔ)裂縫，采取表面封閉修復(fù)法和高壓注漿機(jī)注漿法，最后在修補(bǔ)好裂縫的剪力墻表面粘貼碳纖維布進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

3.1 自動(dòng)壓力注漿

3.1.1 表面封閉修復(fù)法

對(duì)裂縫寬度小于0.3mm的混凝土表面裂縫，為保證使用功能，采用水泥面補(bǔ)縫劑進(jìn)行表面修補(bǔ)，施工操作步驟如下。

1）將裂縫局部不平整的碎石鑿除，并用毛刷將浮渣清理干凈。

2）將補(bǔ)縫劑填充入縫隙，再將補(bǔ)縫劑和水泥按1∶（2～4）的比例拌制成流體狀修補(bǔ)砂漿，將配制好的砂漿倒入水泥裂縫，壓實(shí)并略高于混凝土表面，靜待砂漿滲入縫隙。

3）檢查裂縫修補(bǔ)情況，若縫隙未完全填充，需用補(bǔ)縫劑調(diào)配砂漿再次填補(bǔ)縫隙直至修補(bǔ)完好，自然保養(yǎng)24h以上，使補(bǔ)縫劑與水泥基面充分反應(yīng)凝結(jié)，最后將地坪表面打磨干凈。

3.1.2 壓力注漿法

采用高壓注漿機(jī)封堵寬度大于0.3mm的裂縫和貫穿性裂縫。高壓注漿機(jī)具有輕便易攜、高壓耐用、帶水堵漏等性能。施工操作步驟如下。

1）清理裂縫 用毛刷清理裂縫部位附近的雜物，以備灌漿。

2）確定灌漿口 在裂縫部位用鉆孔機(jī)打灌漿口，對(duì)于很窄的裂縫，在裂縫上直接打孔，如果是貫穿性裂縫，在裂縫旁邊5～10cm傾斜45°角對(duì)角打孔，注漿孔的距離控制在15～20cm。

3）安裝針頭 將注漿針頭放入之前打好的孔中，用T形扳手將注漿針頭鎖緊。

4）加入注漿液 機(jī)器料筒中加入所用注漿液。

5）灌漿 把注漿槍頭與注漿針頭垂直連接，關(guān)閉注漿槍頭的閥門，打開機(jī)器壓力表，待壓力表值達(dá)到400kPa時(shí)打開注漿槍頭的閥門開始注漿，當(dāng)相鄰孔出現(xiàn)灌漿液時(shí)，將注漿針頭移至相鄰孔，按此順序依次進(jìn)行，直至所有灌漿口灌漿完畢。

6）48h后待注入裂縫膠液固化后，將灌漿嘴折斷，用快干水泥將基面封閉、抹平。

3.2 粘貼碳纖維布

1）混凝土表面清理 剪力墻表面應(yīng)全面打磨光滑，直到表面平整，并且沒有任何雜物。

2）涂刷底膠 用毛刷滾筒涂抹環(huán)氧樹脂找平膠，并修正不合處；待找平膠干燥后再進(jìn)行下一步操作。

3）涂浸漬膠 用毛刷滾涂浸漬膠到黏結(jié)面上，浸漬膠量必須足夠多，足以將碳纖維布粘牢。

4）將尺寸大小合適的碳纖維布貼于混凝土涂膠面。

5）為確保炭纖維布和浸漬膠完全融合，使用塑料刮板反復(fù)刮壓碳纖維布，直至碳纖維布平直、無氣泡，黏合劑充分滲透。

裂縫處理加固后，經(jīng)過后續(xù)跟蹤觀測，至今尚未發(fā)現(xiàn)裂縫反復(fù)、重現(xiàn)、滲漏等不良現(xiàn)象。

4 裂縫預(yù)防措施

本工程剪力墻裂縫主要是高強(qiáng)混凝土及溫差應(yīng)力引起的收縮裂縫，為預(yù)防此類裂縫的出現(xiàn)，本工程的其他住宅樓可選取以下2種方案。

1）方案1 1～3層山墻設(shè)置后澆式膨脹加強(qiáng)帶，膨脹帶內(nèi)混凝土的膨脹劑應(yīng)比帶外其他混凝土摻量高，如圖1所示。膨脹加強(qiáng)帶要求設(shè)置在混凝土收縮應(yīng)力發(fā)生的最大部位，一般是長度方向的中間位置，設(shè)1條加強(qiáng)帶，帶寬1m。帶的兩側(cè)上下層鋼筋之間設(shè)置直徑為8mm的鋼筋網(wǎng)，網(wǎng)格尺寸為35mm×35mm，兩端分別綁扎在上下層鋼筋上，將帶內(nèi)混凝土與帶外分隔開。膨脹加強(qiáng)帶外混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度按設(shè)計(jì)要求，高效能膨脹劑摻量為8%～10%，為提高膨脹加強(qiáng)帶的抗拉強(qiáng)度，防止混凝土在最易開裂部位開裂，帶內(nèi)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)比帶外設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)提高一級(jí)，帶內(nèi)混凝土高效能膨脹劑摻量為12%～13%，比帶外混凝土高效能膨脹劑提高2%～3%，從而提高最易開裂部位的混凝土膨脹率，消除該部位混凝土內(nèi)拉應(yīng)力，避免開裂。

圖1 膨脹加強(qiáng)帶位置

2）方案2 降低1～3層兩端山墻混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C40，墻段中部2/3長度范圍內(nèi)水平鋼筋加密為8@100，如圖2所示，降低混凝土強(qiáng)度等級(jí)，減小混凝土收縮，鋼筋加密，以提高剪力墻的抗拉強(qiáng)度。

5 結(jié)語

本工程剪力墻在后續(xù)施工過程中采取以上2種方案，工程竣工經(jīng)過1年多的觀察，剪力墻均未出現(xiàn)裂縫，說明此種預(yù)防措施效果良好。建議在后續(xù)類似工程中，要結(jié)合產(chǎn)生裂縫的具體原因，并采取針對(duì)性的處理措施，方可提高剪力墻質(zhì)量，有效減少裂縫。