高層建筑剪力墻裂縫的處治與預(yù)防措施

丁劍華

（中鐵十四局集團(tuán)有限公司市政工程分公司，山東 青島 266700）

0 引言

隨著人口的增長(zhǎng)和施工技術(shù)的發(fā)展，建筑的高度越來(lái)越高，高層和超高層建筑成為了當(dāng)今建筑發(fā)展的主流。從20世紀(jì)60年代開始，剪力墻結(jié)構(gòu)被逐步應(yīng)用在高層建筑中[1-2]。在高層建筑中應(yīng)用剪力墻結(jié)構(gòu)，能較好地抵抗地震作用和風(fēng)荷載帶來(lái)的水平作用，為高層建筑的安全和穩(wěn)定提供保障[3]。目前，剪力墻結(jié)構(gòu)的發(fā)展更加多元化，其結(jié)構(gòu)性能得到了較大的提升[4]。但是，剪力墻裂縫的防治問(wèn)題仍然困擾相關(guān)人員，成為剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用中亟需解決的重要問(wèn)題。剪力墻裂縫會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性能和使用期限，為高層和超高層建筑的長(zhǎng)期安全使用埋下隱患，因而有必要解決好剪力墻裂縫的問(wèn)題[5-6]。本文在介紹剪力墻裂縫類型及成因的基礎(chǔ)上，分析了其處治及預(yù)防措施。

1 剪力墻裂縫的分類及成因分析

剪力墻裂縫主要有溫度裂縫、約束裂縫、沉降裂縫和收縮裂縫等。實(shí)際工程中常見裂縫形態(tài)如圖1所示。

圖1 不同種類的剪力墻裂縫形態(tài)

1.1 溫度裂縫

溫度裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫差過(guò)大時(shí)，溫度應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度所導(dǎo)致的。通常在大體積混凝土工程中，膠凝材料過(guò)多或者養(yǎng)護(hù)不當(dāng)?shù)惹闆r下都有可能產(chǎn)生溫度裂縫。對(duì)于不同材料的剪力墻，其影響也不同。

對(duì)于鋼筋混凝土剪力墻，其主要材料為混凝土，混凝土由膠凝材料、水、骨料和外加劑構(gòu)成，膠凝材料以水泥為主，其水化反應(yīng)放出的水化熱會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度升高，施工中降溫及養(yǎng)護(hù)措施不到位都會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大，當(dāng)形成的溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

鋼板混凝土剪力墻在溫度作用下的應(yīng)力比較復(fù)雜，鋼板和混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)不同，變形不協(xié)調(diào)，混凝土中鋼板或者栓釘產(chǎn)生約束，導(dǎo)致應(yīng)力集中，從而出現(xiàn)溫度裂縫。在升溫過(guò)程中，由于混凝土內(nèi)外溫差的原因產(chǎn)生溫度裂縫，在降溫過(guò)程中，由于變形不協(xié)調(diào)產(chǎn)生的約束會(huì)，導(dǎo)致混凝土開裂[7]。

砌塊剪力墻容易在干縮作用和溫度的共同作用下產(chǎn)生裂縫，砌塊剪力墻減少了混凝土的用量，不容易產(chǎn)生溫度裂縫，但是如果混凝土和砌塊溫差較大，則容易產(chǎn)生約束導(dǎo)致墻體產(chǎn)生裂縫。

1.2 約束裂縫

約束分為內(nèi)部約束和外部約束。當(dāng)墻體混凝土收縮變形時(shí)產(chǎn)生內(nèi)部應(yīng)力，若外部約束很強(qiáng)，其內(nèi)部應(yīng)力不能限制外部約束變形時(shí)就會(huì)開裂，尤其在早齡期混凝土墻體中容易產(chǎn)生開裂。因?yàn)榛炷猎琮g期抗拉強(qiáng)度較低，混凝土易開裂[8]。裂縫雖然是由約束產(chǎn)生，但是約束又能反作用于裂縫，抑制裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。鋼板混凝土剪力墻由于鋼板和混凝土收縮模數(shù)的不同較易產(chǎn)生約束。鋼筋混凝土剪力墻一般由溫度應(yīng)力產(chǎn)生約束，包括鋼筋銹蝕產(chǎn)生的應(yīng)力，受到其應(yīng)力影響產(chǎn)生裂縫。砌塊混凝土剪力墻一般是由荷載外力影響產(chǎn)生約束。

1.3 沉降裂縫

沉降裂縫是由于建筑結(jié)構(gòu)在外部荷載作用下產(chǎn)生附加應(yīng)力，由于建筑物局部地基承載力或局部荷載差異較大，建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生不均勻沉降，從而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。附加應(yīng)力的大小與混凝土強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)剛度、構(gòu)件截面尺寸有關(guān)?；炷翉?qiáng)度和結(jié)構(gòu)剛度越大，受到的強(qiáng)迫位移作用越大，導(dǎo)致產(chǎn)生較多的沉降裂縫[9]。

1.4 收縮裂縫

混凝土澆筑完成以后，會(huì)發(fā)生化學(xué)收縮、碳化收縮、塑形收縮和干縮，這些收縮現(xiàn)象，都會(huì)導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

（1）化學(xué)收縮：化學(xué)收縮通常是由于水和水泥等摻合料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后，水化前的體積與水化后產(chǎn)生的物質(zhì)的體積之差造成的收縮。

（2）碳化收縮：碳化收縮指的是空氣中二氧化碳與表面水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)并釋放出水分子而造成的體積收縮。一般發(fā)生在混凝土表面，與干縮疊加后有可能引起嚴(yán)重的收縮裂縫。

（3）塑性收縮：混凝土澆筑完以后，在初凝期間，水泥水化反應(yīng)導(dǎo)致出現(xiàn)泌水和水分大量蒸發(fā)的現(xiàn)象，引起混凝土失水收縮，此時(shí)骨料與水化產(chǎn)物也產(chǎn)生不均勻塑性變形。這些現(xiàn)象均發(fā)生在塑性變形階段，被稱之為塑性收縮[10-11]。

（4）干縮：由于表面失水而產(chǎn)生的裂縫，影響較小，裂縫一般只發(fā)生在混凝土的表面，裂縫形式淺而密，分布互不連貫[12]。此類裂縫的寬度大約在0.05~0.2mm 之間。表面水分散失快，體積收縮大，混凝土內(nèi)部溫度小，表面受到混凝土內(nèi)部的約束力而產(chǎn)生收縮裂縫。雖然對(duì)墻體影響小，不影響安全和正常使用，但也要及時(shí)進(jìn)行處理[9]。

2 剪力墻裂縫的處理方法

2.1 注射法

環(huán)氧樹脂注射法可以修復(fù)裂縫和孔隙，是目前處理裂縫最好的方法之一。該方法的實(shí)施步驟如下：

（1）判斷裂縫形式。此過(guò)程要判斷裂縫的成因及大小。

（2）清理裂縫。要把裂縫附近的油污、粉塵及其他雜物處理掉，對(duì)裸漏面進(jìn)行沖洗，此過(guò)程關(guān)系到填充材料與混凝土的粘結(jié)。

（3）鉆注射口，選擇注射口。建議鉆孔間距等于修復(fù)表面的厚度，一般選擇有多孔徑可選擇的銅管作為注射孔口。

（4）對(duì)裂縫進(jìn)行封閉。在裂縫修補(bǔ)前，應(yīng)注射密封膠對(duì)裂縫進(jìn)行封閉，一般采用環(huán)氧樹脂膠或者水硬水泥。

（5）注入環(huán)氧樹脂。一般使用有較長(zhǎng)導(dǎo)管的手提式或移動(dòng)式注射機(jī)，直至注滿沒有空隙。一般如果上面的注射口流出來(lái)環(huán)氧樹脂，表明此口已經(jīng)注滿[14]。

環(huán)氧樹脂并不是唯一的填充料，如今有一種更環(huán)保綠色的新型填充材料，超陶環(huán)氧樹脂防腐材料，該材料的成分及相關(guān)物理和化學(xué)性能較為穩(wěn)定。

2.2 表面封閉法

混凝土剪力墻出現(xiàn)裂縫很容易造成潛在的危險(xiǎn)，一定要采取及時(shí)補(bǔ)救措施。當(dāng)裂縫小于0.3mm 時(shí)，其中部分裂縫可能被水浸泡，裂縫的內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生碳酸鈣結(jié)晶體將裂縫封堵，很難通過(guò)灌注手段進(jìn)行修補(bǔ)，所以要使用專門的修復(fù)材料將裂縫封閉住，避免繼續(xù)開裂。對(duì)于細(xì)小裂縫，可以使用防水膠帶進(jìn)行封閉。對(duì)于超過(guò)0.3mm 的裂縫，需要用環(huán)氧樹脂膠或者水泥砂漿等材料進(jìn)行封閉。

2.3 壓力注漿法

對(duì)于漏水或滲水的裂縫一般使用壓力注漿法處治，具體步驟如下：

（1）開槽。應(yīng)沿著裂縫走向開一個(gè)“V”字型槽。

（2）埋入漿嘴。漿嘴一般放置于裂縫的最寬處。

（3）封閉裂縫。使用膨脹型水泥砂漿對(duì)裂縫表面進(jìn)行封閉。

（4）檢查封閉性。對(duì)封閉的裂縫需進(jìn)行一段時(shí)間的養(yǎng)護(hù)，通過(guò)用水對(duì)裂縫加壓，來(lái)判斷漿嘴是否與裂縫連通。

（5）進(jìn)行灌漿。使用已配置好的漿料對(duì)裂縫進(jìn)行灌漿，對(duì)水平裂縫應(yīng)該從頭至尾進(jìn)行灌漿，對(duì)豎直裂縫應(yīng)自上而下進(jìn)行灌漿。

（6）封層處理。在水泥砂漿凝固后，對(duì)灌漿口封水封層處理[15]。

3 剪力墻裂縫的預(yù)防措施

3.1 材料方面

混凝土是由水泥、砂、石、水拌和而成，有的混凝土?xí)砑訐胶狭霞巴饧觿16]，混凝土的各項(xiàng)原材料質(zhì)量必須滿足相應(yīng)的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，施工現(xiàn)場(chǎng)有必要加強(qiáng)混凝土原材料的質(zhì)量控制。

（1）高強(qiáng)混凝土多采用低水灰比，故膠凝材料多、水化熱大，溫度應(yīng)力容易過(guò)高，從而導(dǎo)致混凝土開裂?？梢酝ㄟ^(guò)添加摻合料和外加劑并優(yōu)先使用低熱水泥來(lái)降低水化熱。

（2）水泥在投入使用前，需做強(qiáng)度、凝結(jié)時(shí)間、安定性、氧化鎂、三氧化硫、燒失量、堿含量等項(xiàng)目的檢驗(yàn)，必須檢驗(yàn)合格后才能投入使用；鋼筋混凝土禁止使用帶有氯化物的水泥，以免造成鋼筋銹蝕，危害結(jié)構(gòu)安全。

（3）普通混凝土優(yōu)先選用細(xì)度模數(shù)在2.4~2.6 的中砂，石子進(jìn)場(chǎng)后應(yīng)做強(qiáng)度壓碎值試驗(yàn)、篩分試驗(yàn)、針片狀含量試驗(yàn)、含泥量試驗(yàn)等。對(duì)于高標(biāo)號(hào)混凝土，應(yīng)嚴(yán)格控制骨料中的泥沙含量[16]。

（4）采用緩凝型高效減水劑以減少水膠比，延長(zhǎng)初凝時(shí)間，延緩水化峰值。采用膨脹劑補(bǔ)償收縮，加纖維材料增強(qiáng)抗裂性能。還可以采用塑化劑或者緩凝減水劑，使混凝土早期放熱較多，減少溫度裂縫的產(chǎn)生。

（5）在設(shè)計(jì)方面可以采用間距較小的鋼筋，或者錨固鋼釘來(lái)增加墻體的抗外荷載能力，減少收縮變形[19]。鋼筋可以選取抗腐蝕的類型，防止鋼筋銹蝕導(dǎo)致的墻體內(nèi)部應(yīng)力集中而開裂。

3.2 施工方面

（1）混凝土養(yǎng)護(hù)。適度增加剪力墻混凝土拆模板的時(shí)間，在混凝土終凝后，其水化熱仍較大，故應(yīng)該在終凝后一段時(shí)間拆模，進(jìn)而改進(jìn)混凝土的養(yǎng)護(hù)環(huán)境以控制墻體裂縫的目的[18-19]，同時(shí)應(yīng)注意提升養(yǎng)護(hù)階段的管理方法及防護(hù)措施。施工現(xiàn)場(chǎng)當(dāng)混凝土振搗密實(shí)后，應(yīng)盡早地遮蓋養(yǎng)護(hù)，在混凝土上蓋上麻布并進(jìn)行灑水濕潤(rùn)，避免表面水分蒸發(fā)。適度增加養(yǎng)護(hù)時(shí)間，既能夠降低外部環(huán)境溫度差，又可以確保初期濕養(yǎng)護(hù)和后期養(yǎng)護(hù)的最好效果[19-21]。

（2）剪力墻上加開“結(jié)構(gòu)小孔”，把大跨度混凝土墻體分成小跨度墻體，可以減少對(duì)混凝土收縮變形的約束，使混凝土收縮應(yīng)力得到有效釋放，進(jìn)而控制墻體裂紋的出現(xiàn)，但需重新對(duì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度加以估算，以保證結(jié)構(gòu)的安全性及正常使用。采用混凝土后澆帶法，即先將混凝土灌注后再澆筑后澆帶的二側(cè)混凝土，當(dāng)混凝土收縮形變保持穩(wěn)定后，再澆筑留縫位置，從而避免由于收縮應(yīng)力而產(chǎn)生的裂紋。

（3）可以在不破壞混凝土強(qiáng)度的情況下，在大體積混凝土內(nèi)部留置注水管道，通過(guò)注水冷卻，以此降低混凝土內(nèi)部溫度，平衡內(nèi)外溫差，防止混凝土由于溫度應(yīng)力而導(dǎo)致裂縫產(chǎn)生。

（4）預(yù)制剪力墻有較好的承載力，剛性較強(qiáng)，防震能力較好，采用裝配式模式施工。預(yù)制剪力墻在工廠完成制作加工后，再運(yùn)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行裝配，可避免現(xiàn)場(chǎng)施工的一些弊端，并且能夠更好地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。預(yù)制剪力墻會(huì)成為未來(lái)的一個(gè)主要發(fā)展方向。

（5）加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)管理，嚴(yán)格控制施工程序。做好對(duì)工人的技術(shù)交底，嚴(yán)格按照規(guī)范和設(shè)計(jì)進(jìn)行施工；提高工人的施工水平，做好監(jiān)督和檢驗(yàn)工作，把好質(zhì)量關(guān)。這樣能最大限度地保證混凝土的質(zhì)量，從根本上減少裂縫的產(chǎn)生[22]。

4 結(jié)束語(yǔ)

剪力墻結(jié)構(gòu)應(yīng)用在高層建筑中，能較好地抵抗地震作用和風(fēng)荷載帶來(lái)的水平作用，為高層建筑的安全和穩(wěn)定提供保障。但剪力墻裂縫會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的安全性能和使用期限，為高層和超高層建筑的長(zhǎng)期安全使用埋下隱患。剪力墻裂縫主要有溫度裂縫、約束裂縫、沉降裂縫和收縮裂縫等類型，可采用注射法、表面封閉法和壓力注漿法等方法進(jìn)行修復(fù)處治，此外還可以從材料方面和施工方面采取措施預(yù)防，減少并盡力避免裂縫的產(chǎn)生。