高层建筑剪力墙裂缝的处治与预防措施

丁剑华

（中铁十四局集团有限公司市政工程分公司，山东 青岛 266700）

0 引言

随着人口的增长和施工技术的发展，建筑的高度越来越高，高层和超高层建筑成为了当今建筑发展的主流。从20世纪60年代开始，剪力墙结构被逐步应用在高层建筑中[1-2]。在高层建筑中应用剪力墙结构，能较好地抵抗地震作用和风荷载带来的水平作用，为高层建筑的安全和稳定提供保障[3]。目前，剪力墙结构的发展更加多元化，其结构性能得到了较大的提升[4]。但是，剪力墙裂缝的防治问题仍然困扰相关人员，成为剪力墙结构应用中亟需解决的重要问题。剪力墙裂缝会影响建筑结构的安全性能和使用期限，为高层和超高层建筑的长期安全使用埋下隐患，因而有必要解决好剪力墙裂缝的问题[5-6]。本文在介绍剪力墙裂缝类型及成因的基础上，分析了其处治及预防措施。

1 剪力墙裂缝的分类及成因分析

剪力墙裂缝主要有温度裂缝、约束裂缝、沉降裂缝和收缩裂缝等。实际工程中常见裂缝形态如图1所示。

图1 不同种类的剪力墙裂缝形态

1.1 温度裂缝

温度裂缝是混凝土结构内外温差过大时，温度应力超过混凝土的抗拉强度所导致的。通常在大体积混凝土工程中，胶凝材料过多或者养护不当等情况下都有可能产生温度裂缝。对于不同材料的剪力墙，其影响也不同。

对于钢筋混凝土剪力墙，其主要材料为混凝土，混凝土由胶凝材料、水、骨料和外加剂构成，胶凝材料以水泥为主，其水化反应放出的水化热会导致混凝土内部温度升高，施工中降温及养护措施不到位都会导致混凝土内外温差过大，当形成的温度应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝。

钢板混凝土剪力墙在温度作用下的应力比较复杂，钢板和混凝土的导热系数不同，变形不协调，混凝土中钢板或者栓钉产生约束，导致应力集中，从而出现温度裂缝。在升温过程中，由于混凝土内外温差的原因产生温度裂缝，在降温过程中，由于变形不协调产生的约束会，导致混凝土开裂[7]。

砌块剪力墙容易在干缩作用和温度的共同作用下产生裂缝，砌块剪力墙减少了混凝土的用量，不容易产生温度裂缝，但是如果混凝土和砌块温差较大，则容易产生约束导致墙体产生裂缝。

1.2 约束裂缝

约束分为内部约束和外部约束。当墙体混凝土收缩变形时产生内部应力，若外部约束很强，其内部应力不能限制外部约束变形时就会开裂，尤其在早龄期混凝土墙体中容易产生开裂。因为混凝土早龄期抗拉强度较低，混凝土易开裂[8]。裂缝虽然是由约束产生，但是约束又能反作用于裂缝，抑制裂缝的产生和发展。钢板混凝土剪力墙由于钢板和混凝土收缩模数的不同较易产生约束。钢筋混凝土剪力墙一般由温度应力产生约束，包括钢筋锈蚀产生的应力，受到其应力影响产生裂缝。砌块混凝土剪力墙一般是由荷载外力影响产生约束。

1.3 沉降裂缝

沉降裂缝是由于建筑结构在外部荷载作用下产生附加应力，由于建筑物局部地基承载力或局部荷载差异较大，建筑结构发生不均匀沉降，从而导致裂缝产生。附加应力的大小与混凝土强度、结构刚度、构件截面尺寸有关。混凝土强度和结构刚度越大，受到的强迫位移作用越大，导致产生较多的沉降裂缝[9]。

1.4 收缩裂缝

混凝土浇筑完成以后，会发生化学收缩、碳化收缩、塑形收缩和干缩，这些收缩现象，都会导致混凝土裂缝的产生。

（1）化学收缩：化学收缩通常是由于水和水泥等掺合料发生化学反应后，水化前的体积与水化后产生的物质的体积之差造成的收缩。

（2）碳化收缩：碳化收缩指的是空气中二氧化碳与表面水泥的水化产物发生反应并释放出水分子而造成的体积收缩。一般发生在混凝土表面，与干缩叠加后有可能引起严重的收缩裂缝。

（3）塑性收缩：混凝土浇筑完以后，在初凝期间，水泥水化反应导致出现泌水和水分大量蒸发的现象，引起混凝土失水收缩，此时骨料与水化产物也产生不均匀塑性变形。这些现象均发生在塑性变形阶段，被称之为塑性收缩[10-11]。

（4）干缩：由于表面失水而产生的裂缝，影响较小，裂缝一般只发生在混凝土的表面，裂缝形式浅而密，分布互不连贯[12]。此类裂缝的宽度大约在0.05~0.2mm 之间。表面水分散失快，体积收缩大，混凝土内部温度小，表面受到混凝土内部的约束力而产生收缩裂缝。虽然对墙体影响小，不影响安全和正常使用，但也要及时进行处理[9]。

2 剪力墙裂缝的处理方法

2.1 注射法

环氧树脂注射法可以修复裂缝和孔隙，是目前处理裂缝最好的方法之一。该方法的实施步骤如下：

（1）判断裂缝形式。此过程要判断裂缝的成因及大小。

（2）清理裂缝。要把裂缝附近的油污、粉尘及其他杂物处理掉，对裸漏面进行冲洗，此过程关系到填充材料与混凝土的粘结。

（3）钻注射口，选择注射口。建议钻孔间距等于修复表面的厚度，一般选择有多孔径可选择的铜管作为注射孔口。

（4）对裂缝进行封闭。在裂缝修补前，应注射密封胶对裂缝进行封闭，一般采用环氧树脂胶或者水硬水泥。

（5）注入环氧树脂。一般使用有较长导管的手提式或移动式注射机，直至注满没有空隙。一般如果上面的注射口流出来环氧树脂，表明此口已经注满[14]。

环氧树脂并不是唯一的填充料，如今有一种更环保绿色的新型填充材料，超陶环氧树脂防腐材料，该材料的成分及相关物理和化学性能较为稳定。

2.2 表面封闭法

混凝土剪力墙出现裂缝很容易造成潜在的危险，一定要采取及时补救措施。当裂缝小于0.3mm 时，其中部分裂缝可能被水浸泡，裂缝的内部会产生碳酸钙结晶体将裂缝封堵，很难通过灌注手段进行修补，所以要使用专门的修复材料将裂缝封闭住，避免继续开裂。对于细小裂缝，可以使用防水胶带进行封闭。对于超过0.3mm 的裂缝，需要用环氧树脂胶或者水泥砂浆等材料进行封闭。

2.3 压力注浆法

对于漏水或渗水的裂缝一般使用压力注浆法处治，具体步骤如下：

（1）开槽。应沿着裂缝走向开一个“V”字型槽。

（2）埋入浆嘴。浆嘴一般放置于裂缝的最宽处。

（3）封闭裂缝。使用膨胀型水泥砂浆对裂缝表面进行封闭。

（4）检查封闭性。对封闭的裂缝需进行一段时间的养护，通过用水对裂缝加压，来判断浆嘴是否与裂缝连通。

（5）进行灌浆。使用已配置好的浆料对裂缝进行灌浆，对水平裂缝应该从头至尾进行灌浆，对竖直裂缝应自上而下进行灌浆。

（6）封层处理。在水泥砂浆凝固后，对灌浆口封水封层处理[15]。

3 剪力墙裂缝的预防措施

3.1 材料方面

混凝土是由水泥、砂、石、水拌和而成，有的混凝土会添加掺合料及外加剂[16]，混凝土的各项原材料质量必须满足相应的质量标准要求，施工现场有必要加强混凝土原材料的质量控制。

（1）高强混凝土多采用低水灰比，故胶凝材料多、水化热大，温度应力容易过高，从而导致混凝土开裂。可以通过添加掺合料和外加剂并优先使用低热水泥来降低水化热。

（2）水泥在投入使用前，需做强度、凝结时间、安定性、氧化镁、三氧化硫、烧失量、碱含量等项目的检验，必须检验合格后才能投入使用；钢筋混凝土禁止使用带有氯化物的水泥，以免造成钢筋锈蚀，危害结构安全。

（3）普通混凝土优先选用细度模数在2.4~2.6 的中砂，石子进场后应做强度压碎值试验、筛分试验、针片状含量试验、含泥量试验等。对于高标号混凝土，应严格控制骨料中的泥沙含量[16]。

（4）采用缓凝型高效减水剂以减少水胶比，延长初凝时间，延缓水化峰值。采用膨胀剂补偿收缩，加纤维材料增强抗裂性能。还可以采用塑化剂或者缓凝减水剂，使混凝土早期放热较多，减少温度裂缝的产生。

（5）在设计方面可以采用间距较小的钢筋，或者锚固钢钉来增加墙体的抗外荷载能力，减少收缩变形[19]。钢筋可以选取抗腐蚀的类型，防止钢筋锈蚀导致的墙体内部应力集中而开裂。

3.2 施工方面

（1）混凝土养护。适度增加剪力墙混凝土拆模板的时间，在混凝土终凝后，其水化热仍较大，故应该在终凝后一段时间拆模，进而改进混凝土的养护环境以控制墙体裂缝的目的[18-19]，同时应注意提升养护阶段的管理方法及防护措施。施工现场当混凝土振捣密实后，应尽早地遮盖养护，在混凝土上盖上麻布并进行洒水湿润，避免表面水分蒸发。适度增加养护时间，既能够降低外部环境温度差，又可以确保初期湿养护和后期养护的最好效果[19-21]。

（2）剪力墙上加开“结构小孔”，把大跨度混凝土墙体分成小跨度墙体，可以减少对混凝土收缩变形的约束，使混凝土收缩应力得到有效释放，进而控制墙体裂纹的出现，但需重新对结构的强度加以估算，以保证结构的安全性及正常使用。采用混凝土后浇带法，即先将混凝土灌注后再浇筑后浇带的二侧混凝土，当混凝土收缩形变保持稳定后，再浇筑留缝位置，从而避免由于收缩应力而产生的裂纹。

（3）可以在不破坏混凝土强度的情况下，在大体积混凝土内部留置注水管道，通过注水冷却，以此降低混凝土内部温度，平衡内外温差，防止混凝土由于温度应力而导致裂缝产生。

（4）预制剪力墙有较好的承载力，刚性较强，防震能力较好，采用装配式模式施工。预制剪力墙在工厂完成制作加工后，再运到现场进行装配，可避免现场施工的一些弊端，并且能够更好地进行养护。预制剪力墙会成为未来的一个主要发展方向。

（5）加强施工现场管理，严格控制施工程序。做好对工人的技术交底，严格按照规范和设计进行施工；提高工人的施工水平，做好监督和检验工作，把好质量关。这样能最大限度地保证混凝土的质量，从根本上减少裂缝的产生[22]。

4 结束语

剪力墙结构应用在高层建筑中，能较好地抵抗地震作用和风荷载带来的水平作用，为高层建筑的安全和稳定提供保障。但剪力墙裂缝会影响建筑结构的安全性能和使用期限，为高层和超高层建筑的长期安全使用埋下隐患。剪力墙裂缝主要有温度裂缝、约束裂缝、沉降裂缝和收缩裂缝等类型，可采用注射法、表面封闭法和压力注浆法等方法进行修复处治，此外还可以从材料方面和施工方面采取措施预防，减少并尽力避免裂缝的产生。