高層建筑剪力墻裂縫的處治與預防措施

丁劍華

（中鐵十四局集團有限公司市政工程分公司，山東 青島 266700）

0 引言

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

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。實際工程中常見裂縫形態如圖1所示。

圖1 不同種類的剪力墻裂縫形態

1.1 溫度裂縫

溫度裂縫是混凝土結構內外溫差過大時，溫度應力超過混凝土的抗拉強度所導致的。通常在大體積混凝土工程中，膠凝材料過多或者養護不當等情況下都有可能產生溫度裂縫。對于不同材料的剪力墻，其影響也不同。

對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、骨料和外加劑構成，膠凝材料以水泥為主，其水化反應放出的水化熱會導致混凝土內部溫度升高，施工中降溫及養護措施不到位都會導致混凝土內外溫差過大，當形成的溫度應力大于混凝土的抗拉強度時，混凝土就會產生裂縫。

鋼板混凝土剪力墻在溫度作用下的應力比較復雜，鋼板和混凝土的導熱系數不同，變形不協調，混凝土中鋼板或者栓釘產生約束，導致應力集中，從而出現溫度裂縫。在升溫過程中，由于混凝土內外溫差的原因產生溫度裂縫，在降溫過程中，由于變形不協調產生的約束會，導致混凝土開裂[7]。

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

1.2 約束裂縫

約束分為內部約束和外部約束。當墻體混凝土收縮變形時產生內部應力，若外部約束很強，其內部應力不能限制外部約束變形時就會開裂，尤其在早齡期混凝土墻體中容易產生開裂。因為混凝土早齡期抗拉強度較低，混凝土易開裂[8]。裂縫雖然是由約束產生，但是約束又能反作用于裂縫，抑制裂縫的產生和發展。鋼板混凝土剪力墻由于鋼板和混凝土收縮模數的不同較易產生約束。鋼筋混凝土剪力墻一般由溫度應力產生約束，包括鋼筋銹蝕產生的應力，受到其應力影響產生裂縫。砌塊混凝土剪力墻一般是由荷載外力影響產生約束。

1.3 沉降裂縫

沉降裂縫是由于建筑結構在外部荷載作用下產生附加應力，由于建筑物局部地基承載力或局部荷載差異較大，建筑結構發生不均勻沉降，從而導致裂縫產生。附加應力的大小與混凝土強度、結構剛度、構件截面尺寸有關?；炷翉姸群徒Y構剛度越大，受到的強迫位移作用越大，導致產生較多的沉降裂縫[9]。

1.4 收縮裂縫

混凝土澆筑完成以后，會發生化學收縮、碳化收縮、塑形收縮和干縮，這些收縮現象，都會導致混凝土裂縫的產生。

（1）化學收縮：化學收縮通常是由于水和水泥等摻合料發生化學反應后，水化前的體積與水化后產生的物質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物發生反應并釋放出水分子而造成的體積收縮。一般發生在混凝土表面，與干縮疊加后有可能引起嚴重的收縮裂縫。

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

（4）干縮：由于表面失水而產生的裂縫，影響較小，裂縫一般只發生在混凝土的表面，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，混凝土內部溫度小，表面受到混凝土內部的約束力而產生收縮裂縫。雖然對墻體影響小，不影響安全和正常使用，但也要及時進行處理[9]。

2 剪力墻裂縫的處理方法

2.1 注射法

環氧樹脂注射法可以修復裂縫和孔隙，是目前處理裂縫最好的方法之一。該方法的實施步驟如下：

（1）判斷裂縫形式。此過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，對裸漏面進行沖洗，此過程關系到填充材料與混凝土的粘結。

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

（4）對裂縫進行封閉。在裂縫修補前，應注射密封膠對裂縫進行封閉，一般采用環氧樹脂膠或者水硬水泥。

（5）注入環氧樹脂。一般使用有較長導管的手提式或移動式注射機，直至注滿沒有空隙。一般如果上面的注射口流出來環氧樹脂，表明此口已經注滿[14]。

環氧樹脂并不是唯一的填充料，如今有一種更環保綠色的新型填充材料，超陶環氧樹脂防腐材料，該材料的成分及相關物理和化學性能較為穩定。

2.2 表面封閉法

混凝土剪力墻出現裂縫很容易造成潛在的危險，一定要采取及時補救措施。當裂縫小于0.3mm 時，其中部分裂縫可能被水浸泡，裂縫的內部會產生碳酸鈣結晶體將裂縫封堵，很難通過灌注手段進行修補，所以要使用專門的修復材料將裂縫封閉住，避免繼續開裂。對于細小裂縫，可以使用防水膠帶進行封閉。對于超過0.3mm 的裂縫，需要用環氧樹脂膠或者水泥砂漿等材料進行封閉。

2.3 壓力注漿法

對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。應沿著裂縫走向開一個“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裂縫表面進行封閉。

（4）檢查封閉性。對封閉的裂縫需進行一段時間的養護，通過用水對裂縫加壓，來判斷漿嘴是否與裂縫連通。

（5）進行灌漿。使用已配置好的漿料對裂縫進行灌漿，對水平裂縫應該從頭至尾進行灌漿，對豎直裂縫應自上而下進行灌漿。

（6）封層處理。在水泥砂漿凝固后，對灌漿口封水封層處理[15]。

3 剪力墻裂縫的預防措施

3.1 材料方面

混凝土是由水泥、砂、石、水拌和而成，有的混凝土會添加摻合料及外加劑[16]，混凝土的各項原材料質量必須滿足相應的質量標準要求，施工現場有必要加強混凝土原材料的質量控制。

（1）高強混凝土多采用低水灰比，故膠凝材料多、水化熱大，溫度應力容易過高，從而導致混凝土開裂。可以通過添加摻合料和外加劑并優先使用低熱水泥來降低水化熱。

（2）水泥在投入使用前，需做強度、凝結時間、安定性、氧化鎂、三氧化硫、燒失量、堿含量等項目的檢驗，必須檢驗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，危害結構安全。

（3）普通混凝土優先選用細度模數在2.4~2.6 的中砂，石子進場后應做強度壓碎值試驗、篩分試驗、針片狀含量試驗、含泥量試驗等。對于高標號混凝土，應嚴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，延長初凝時間，延緩水化峰值。采用膨脹劑補償收縮，加纖維材料增強抗裂性能。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，減少溫度裂縫的產生。

（5）在設計方面可以采用間距較小的鋼筋，或者錨固鋼釘來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，防止鋼筋銹蝕導致的墻體內部應力集中而開裂。

3.2 施工方面

（1）混凝土養護。適度增加剪力墻混凝土拆模板的時間，在混凝土終凝后，其水化熱仍較大，故應該在終凝后一段時間拆模，進而改進混凝土的養護環境以控制墻體裂縫的目的[18-19]，同時應注意提升養護階段的管理方法及防護措施。施工現場當混凝土振搗密實后，應盡早地遮蓋養護，在混凝土上蓋上麻布并進行灑水濕潤，避免表面水分蒸發。適度增加養護時間，既能夠降低外部環境溫度差，又可以確保初期濕養護和后期養護的最好效果[19-21]。

（2）剪力墻上加開“結構小孔”，把大跨度混凝土墻體分成小跨度墻體，可以減少對混凝土收縮變形的約束，使混凝土收縮應力得到有效釋放，進而控制墻體裂紋的出現，但需重新對結構的強度加以估算，以保證結構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混凝土，當混凝土收縮形變保持穩定后，再澆筑留縫位置，從而避免由于收縮應力而產生的裂紋。

（3）可以在不破壞混凝土強度的情況下，在大體積混凝土內部留置注水管道，通過注水冷卻，以此降低混凝土內部溫度，平衡內外溫差，防止混凝土由于溫度應力而導致裂縫產生。

（4）預制剪力墻有較好的承載力，剛性較強，防震能力較好，采用裝配式模式施工。預制剪力墻在工廠完成制作加工后，再運到現場進行裝配，可避免現場施工的一些弊端，并且能夠更好地進行養護。預制剪力墻會成為未來的一個主要發展方向。

（5）加強施工現場管理，嚴格控制施工程序。做好對工人的技術交底，嚴格按照規范和設計進行施工；提高工人的施工水平，做好監督和檢驗工作，把好質量關。這樣能最大限度地保證混凝土的質量，從根本上減少裂縫的產生[22]。

4 結束語

剪力墻結構應用在高層建筑中，能較好地抵抗地震作用和風荷載帶來的水平作用，為高層建筑的安全和穩定提供保障。但剪力墻裂縫會影響建筑結構的安全性能和使用期限，為高層和超高層建筑的長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行修復處治，此外還可以從材料方面和施工方面采取措施預防，減少并盡力避免裂縫的產生。