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,容易出現墻體裂縫現象,這已經成為一個質量通病。尤其在經濟不斷發展,樓層越來越高的背景下,施工及監理企業沒有對高層建筑的特點有深入的了解,沒有足夠的知識和經驗準備,剪力墻出現裂縫也就在所難免。

某工程地下2層,地上22層,采用素混凝土樁,筏板基礎。施工到4層時,剪力墻裂縫首先在地下2層采光窗下部被發現,幾乎所有采光窗下部兩側處都有裂縫,自窗口下部陰角向基礎板底延伸。后又仔細觀察,發現裂縫位置不僅在采光窗下部,在較大預留孔洞處,乃至沒有任何截面削弱的墻體中部都有裂縫產生,有的長剪力墻上甚至一道墻上就有2條～3條裂縫。從墻體兩側觀察,產生裂縫的位置基本一致,經鉆心取樣證實為貫穿裂縫。又對-1層及上部樓層進行觀察,裂縫仍然存在,但明顯減少,到1層時僅發現一條貫穿裂縫。后對相同結構和高度的在建項目進行調查,發現產生此類貫穿裂縫的工程占到調查項目的60%。除了貫穿裂縫,剪力墻表面的不規則裂縫更為普遍。

1 裂縫的一般特征和性質

經過對本工程裂縫的分析,以及對其他工程的調查總結,鋼筋混凝土剪力墻的裂縫一般可分為表面不規則裂縫和貫穿性裂縫。表面不規則裂縫一般出現在混凝土澆筑后不久,分布于墻體表面,此種裂縫既細又密,但深度不大,多因養護不足而產生,對結構構件影響不大。貫穿性裂縫一般發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、施工季節越炎熱,產生裂縫的數量越多。

2 裂縫產生的原因分析

2.1 混凝土的收縮應力過大

混凝土在空氣中結硬時,其體積會收縮。它由凝膠體本身體積的收縮(化學收縮)和混凝土因失水產生體積收縮(干燥收縮)兩部分組成。收縮變形在開始階段發展較快,兩周可完成收縮量的1/2左右,3個月后基本穩定,不再增長。混凝土收縮過程中,內部產生拉應力,混凝土的抗拉強度只有其抗壓強度的1/20～1/10,同時混凝土的極限拉應變很小,僅有0.1 mm～0.15 mm。當混凝土在拉應力作用下達到極限拉應變時,混凝土即被拉裂。

收縮裂縫主要與水泥品種、細度及用量;骨料品種與質量;水灰比、養護條件、構件長度等因素有關。

伴隨我國經濟的高速發展,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高標號混凝土得到了廣泛應用,由此帶來水泥強度等級的提高和單方混凝土水泥用量的增大。而水泥強度等級越高,水泥用量越大,混凝土的收縮越大,越容易出現裂縫。

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

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 混凝土的溫度應力過大

溫度裂縫主要與水泥品種、養護條件等因素有關:

水泥品種:高層建筑所用預拌混凝土為提高混凝土標號,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。溫度變形對大體積混凝土極為不利。混凝土中間因水泥水化放出的熱量聚積造成內部溫度升高,而外部混凝土則隨著氣溫升降,有時內外溫度差達到50℃～60℃,導致內脹外縮,在混凝土表面產生很大的拉應力,嚴重的便會產生裂縫。在最新的大體積混凝土規范中,不再以截面的大小作為是否是大體積混凝土的依據,只要會產生大體積混凝土效應(即前所述,溫差大,內脹外縮,容易產生溫度裂縫的情況)的混凝土,都要以大體積混凝土的要求來進行施工,采取相應的防范措施。

養護條件:剪力墻養護不足時,墻體表面水分散失快,體積收縮大,而內部濕度變化小,體積收縮小,表面收縮變形受到內部混凝土的約束而產生拉應力,當這個拉應力超過混凝土極限抗拉強度時,就會引起混凝土表面開裂。當墻體模板拆除時間過早時加速了這種情況的發生。

3 裂縫的預防和治理措施

1)調整混凝土各組成材料和配比。采用高標號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;嚴格控制砂石質量,砂宜采用中砂,保證石子級配良好,并嚴格控制砂石含泥量。控制外加劑的品種及用量,尤其在炎熱夏季施工時,要注意外加劑不宜含有早強成分。施工過程中加強振搗,不能漏振和過振。嚴格控制水灰比,根據氣溫情況和運輸中的水灰比損失調整出廠水灰比,把混凝土入模時的水灰比控制在試驗配比的范圍內。2)養護及拆模。混凝土裂縫的防治工作中,對新澆混凝土的早期養護尤為重要。混凝土終凝后,要及時養護,安排專人不斷澆水,保持混凝土表面濕潤,同時向剪力墻邊模澆水以降低混凝土溫度。空氣濕度越小、溫度越高、風速越大,混凝土水分蒸發會越快,混凝土也越容易出現收縮裂縫,所以在高溫或大風天氣要設置必要的遮陽和防風設施,減緩混凝土表面的水分蒸發,保持混凝土表面濕潤。在太陽暴曬的季節,盡量把混凝土的澆筑工作安排在晚上進行。適當延長剪力墻混凝土的拆模時間,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護用,從而改善混凝土的養護環境、減少混凝土的收縮和內外溫差,達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償了收縮應力,能有效減少混凝土收縮裂縫。4)技術措施需要組織措施的保障,必須在施工過程的各個環節加強施工管理,保證各項技術措施的落實。5)貫穿性裂縫的出現不但會影響結構的整體性和剛度,還會引起鋼筋的腐蝕、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲勞及抗滲能力。因此應根據裂縫的成因性質以及現場具體情況區別對待及時處理,保證結構正常使用功能。目前對一般貫穿性裂縫多采用粘貼碳纖維復合材料的加固方式,碳纖維復合材料中的基材為碳纖維布,是一種高強度纖維片材,主要作用是承受荷載、限制裂縫的發展;膠粘劑即增強材料,主要作用是固定纖維的位置、承受應力并傳遞給纖維。混凝土結構表面粘貼碳纖維布,形成復合體結構,以此提高構件的整體性,達到修補加固的目的。

4 結語

剪力墻貫穿裂縫產生的原因是綜合作用的結果,不僅與剪力墻尺寸及其所受約束有關,而且與構成墻體的各種材料及其形成環境等多種因素有關。實踐證明,只要從材料、施工及環境等方面進行分析,實施綜合治理,提高施工及監理企業的理論知識水平和執行力,在施工中確保控制裂縫的各種措施落到實處,高層建筑混凝土剪力墻的裂縫是可以控制的。

[1] 龐建存.復合混凝土剪力墻結構的生產和施工[J].山西建筑,2009,35(13):153-154.