建筑结构剪力墙开裂原因及措施分析

安德笼

摘 要:根据多年的现场施工管理经验,建筑结构剪力墙开裂是个极为多见的现象,就建筑结构中剪力墙裂缝的成因以及预防措施提出了一些看法。

关键词:剪力墙;裂缝;温差裂缝;干缩裂缝;结构裂缝

中图分类号:TU3文献标识码:A文章编号:16723198(2009)22029602お

1 裂缝的一般特征和性质

根据本人在实际工程中的施工经验,综合目前对裂缝的研究现状。钢筋混凝土剪力墙的裂缝一般可分为表面不规则裂缝、贯穿性裂缝。表面不规则裂缝一般出现在混凝土浇注后不久,分布于墙体表面,此种裂缝既宽又密,但深度一般不大,多因养护不足而产生,对结构构件影响一般不大,且易于治理。竖向贯穿性裂缝一般发生在混凝土浇注后若干天后(一般拆模后不久),由下而上,走向与楼面接近垂直,有的通至楼面板底而不穿过楼层,缝宽一般为0.l-0.3mm,个别可达0.4、0.5mm甚至更深,缝深一般较大,最深者可贯穿墙体。

因养护不好引起的表面不规则裂缝常不至于带来多少影响,且易于处理;下面的定性讨论针对可能给结构承载能力或耐久性造成影响的竖向贯穿性裂缝。

(1)据现行规范,剪力墙外墙的最大裂缝宽度允许值为0.2mm;细微的裂缝对结构、构件的承载力及耐久性的影响可以忽略不计;当裂缝宽度超过允许值时应分析裂缝产生的原因并查明是否继续发展,当确定不再发展时可以采取补强加固措施。

(2)一般混凝土剪力墙裂缝的起因主要是由于混凝土收缩变形产生的拉应力超过混凝土抗拉强度。当裂缝出现后,变形得到满足,应力得到松弛,因而钢筋中的应力很低,所以这种裂缝不影响结构的承载能力。

(3)对所处环境类别比较差的地下室侧墙,裂缝常由于地下水位的影响给结构带来耐久性等方面的影响。据有关专家经验,地下室侧墙产生0.l-0.2mm的裂缝时,在水压不高的情况下,开始有些渗漏,水通过裂缝与水泥发生反应,逐渐形成氢氧化钙,随着浓度增加,生成的胶凝物质胶合了裂缝,所以此类裂缝不会影响使用。

2 裂缝产生的原因分析

一般情况下,工程中构件裂缝产生的主要原因可分为两大类:一是动、静荷载和其他各种外荷载引起的裂缝;二是由混凝土内外温差、收缩或地基不均匀沉降等变形荷载引起的裂缝。此外,设计体型和结构布置也是产生裂缝的一个重要原因。总之裂缝产生的原因很复杂,综合考虑设计、材料、施工及环境等各方面的因素,钢筋混凝土剪力墙裂缝主要由以下原因产生:

(1)混凝土的收缩应力过大收缩裂缝主要与水泥用量、骨料、构件长度及外加剂等因素有关。

①水泥用量。

目前,随着我国高层建筑的不断发展,各种高强度混凝土也得到了广泛的应用,C50、C60乃至C80混凝土设计标号已屡见不鲜,由此相应的是水泥用量的增大、水灰比的减小。而水灰比是影响混凝土收缩的最主要因素。例如,当水灰比小于0.35时。体内相对湿度很快降至80%以下,自收缩引起的体积减小在8%左右,收缩值相当可观。

②骨料。

预拌混凝土为了满足运输、泵送的要求。增加了细骨料用量,使得骨料的表面积增大,相应包裹在骨料上的水泥及胶凝材料变少,从而减弱了混凝土之间的连接能力,增大了混凝土的塑性收缩。

③构件长度。

现代建筑的跨度、构件长度均有较大提高,显然对于相同的混凝土收缩率而言,收缩的绝对值增大。如未采取相应措施,则极易产生裂缝。

④外加剂。

外加剂在混凝土中掺量少,作用大。目前使用的混凝土中普遍掺有减水剂、缓凝剂、早强剂、防水剂等多种外加剂。近期研究表明,有近一半外加剂会造成混凝土收缩率大于基准混凝土,混凝土收缩率的增大自然增大了裂缝的出现概率。外加剂对混凝土性能影响极大,可能是导致混凝土开裂的重要原因。

(2)混凝土的温度应力过大。

温度裂缝主要与水泥品种、养护条件、拆模时间及温差等因素有关。

①水泥品种。

目前预拌混凝土大多使用新法(主要为旋窑)烧制成的水泥,尤其为提高混凝土标号,大量使用硅酸盐水泥,使得水泥水化热高且集中。水泥水化过程中放出大量的热量,且大部分水化产生的热量都是在浇筑的前三天释放,而混凝土是热的不良导体,产生的热量不易散发,内部温度不断上升。而拆模后,表面散热快,温度较低,内外形成温度梯度。内部混凝土热膨胀产生压应力,外部混凝土产生拉应力。当此拉应力超过此时混凝土的抗拉强度时,便使混凝土产生裂缝开裂。

②养护条件。

由于剪力墙养护不足,墙体表面积大水分散失快,体积收缩大,而内部湿度变化相对较小,体积收缩较小,表面收缩变形受到内部混凝土的约束而产生拉应力,引起混凝土表面开裂。

③拆模时间。

墙体模板的拆除时间过早,混凝土表面温度急剧变化,产生较大的降温收缩,表面受到内部混凝土的约束,将产生很大的拉应力(内部混凝土温度变化相对较小,受自约束而产生压应力),而混凝土早期抗拉强度和弹性模量较低,因而出现墙体表面较浅范围内的裂缝。另外在室外温差较大的严冬和盛夏,由于混凝土结构不易导热,在结构的顶部和底部常产生温度裂缝。

3 裂缝的预防和治理措施

(1)调整混凝土各组成分。如采用高标号水泥,减小水泥用量;尽量使用低水化热的水泥;严格控制外加剂的品种及用量;砂宜采用中砂,保证石子级配良好。并严格控制砂石含泥量。

(2)拆模及养护。适当延长剪力墙混凝土的拆模时间,并且拆模时不要马上移走模板,而是先让模板拆开一条缝隙作浇水养护用,从而改善混凝土的养护环境以达到控制墙体裂缝的目的。特别是预拌混凝土早期水化快,所产生的热量发展快,要求拌合物保水性强,泌水小,为此,施工过程中应特别注意加强养护环节的管理及防护措施的应用。施工中当混凝土密实后,应尽可能早地覆盖养护,及时喷水,适当延长养护时间,这样,可以减少内外部温差,从而保证混凝土养护的最佳效果。

(3)混凝土中掺加膨胀剂。微膨胀剂由于在一定程度上补偿了收缩应力,就能有效减少混凝土收缩裂缝。

(4)剪力墙上增开“结构小洞”。这可能是最有效的方法,通过开洞把长墙变成短墙,减少混凝土收缩变形的约束,使混凝土收缩应力得到释放,从而达到控制墙体裂缝的目的,但必需重新对结构进行计算,确保结构的安全及正常的使用功能。

(5)留置后浇带。即先浇注后浇带两侧混凝土,约两个月后当混凝土收缩变形趋于稳定时,再浇筑留缝部位,从而避免因收缩应力而出现裂缝。

(6)在剪力墙中部设置暗梁(或设置顶部暗圈梁)。这样贯穿性裂缝只能裂到梁底,而不至裂到楼面板底,可有效减小有害裂缝的长度。

4 结语

虽然剪力墙开裂产生的原因比较复杂,不仅与剪力墙尺寸及其所受约束有关,而且与构成墙体的各种材料及其形成环境等多种因素有关,但是只要从设计、材料、施工及环境等方面进行科学地分析,并采取控制裂缝的有效措施,实施综合治理,高层建筑混凝土剪力墙的裂缝是可以控制的。

参考文献

[1]@朱耀台,詹树林.混凝土裂缝成因与防治措施研究[J].材料科学与工程学报,2003,(05).

[2]@王增忠.基于混凝土耐久性的建筑工程项目全寿命经济分析[D].同济大学博士学位论文,2006.

[3]@张洪波.新型复合混凝土剪力墙结构体系研究[D].天津大学博士学位论文,2005.