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1 裂縫的一般特征和性質

根據本文作者在實際工程中的施工經驗,綜合目前對裂縫的研究現狀。鋼筋混凝土剪力墻的裂縫一般可分為表面不規則裂縫、貫穿性裂縫。表面不規則裂縫一般出現在混凝土澆注后不久,分布于墻體表面,此種裂縫既寬又密,但深度一般不大,多因養護不足而產生,對結構構件影響一般不大,且易于治理。豎向貫穿性裂縫一般發生在混凝土澆注后若干天后(一般拆模后不久),由下而上,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0.1~0.3mm,個別可達0.4~0.5mm甚至更深,縫深一般較大,最深者可貫穿墻體。因養護不好引起的表面不規則裂縫常不至于帶來多少影響,且易于處理。

2 裂縫產生的原因分析

一般情況下,工程中構件裂縫產生的主要原因可分為兩大類:一是動、靜荷載和其他各種外荷載引起的裂縫;二是由混凝土內外溫差、收縮或地基不均勻沉降等變形荷載引起的裂縫。此外,設計體型和結構布置也是產生裂縫的一個重要原因。總之裂縫產生的原因很復雜,綜合考慮設計、材料、施工及環境等各方面的因素,鋼筋混凝土剪力墻裂縫主要由以下原因產生:

2.1 混凝土的收縮應力過大

混凝土的收縮應力過大收縮裂縫主要與水泥用量、骨料、構件長度及外加劑等因素有關。

(1)水泥用量

目前,隨著我國高層建筑的不斷發展,各種高強度混凝土也得到了廣泛的應用,C50、C60乃至C80混凝土設計標號已屢見不鮮,由此相應的是水泥用量的增大、水灰比的減小。而水灰比是影響混凝土收縮的最主要因素。例如,當水灰比小于0.35時。體內相對濕度很快降至80%以下,自收縮引起的體積減小在8%左右,收縮值相當可觀。

(2)骨料

預拌混凝土為了滿足運輸、泵送的要求。增加了細骨料用量,使得骨料的表面積增大,相應包裹在骨料上的水泥等膠凝材料變少,減弱了混凝土之間的連接能力,增大了混凝土的塑性收縮。

(3)構件長度

現代建筑的跨度、構件長度均有較大提高,顯然對于相同的混凝土收縮率而言,收縮的絕對值增大。如未采取相應措施,則極易產生裂縫。

(4)外加劑

外加劑在混凝土中摻量少,作用大。目前使用的混凝土中普遍摻有減水劑、緩凝劑、早強劑、防水劑等多種外加劑。近期研究表明,有近一半外加劑會造成混凝土收縮率大于基準混凝土,混凝土收縮率的增大自然增大了裂縫的出現概率。外加劑對混凝土性能影響極大,可能是導致混凝土開裂的重要原因。

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、拆模時間及溫差等因素有關:

(1)水泥品種

目前預拌混凝土大多使用新法(主要為旋窯)燒制成的水泥,尤其為提高混凝土標號,大量使用硅酸鹽水泥,使得水泥水化熱高且集中。水泥水化過程中放出大量的熱量,且大部分水化熱都是在澆筑的前三天釋放,而混凝土是熱的不良導體,產生的熱量不易散發,內部溫度不斷上升。而拆模后,表面散熱快,溫度較低,內外形成溫度梯度。內部混凝土熱脹產生壓應力,外部混凝土產生拉應力。當此拉應力超過此時混凝土的抗拉強度時,便使混凝土產生裂縫開裂。

(2)養護條件

由于剪力墻養護不足,墻體表面積大水分散失快,體積收縮大,而內部濕度變化相對較小,體積收縮較小,表面收縮變形受到內部混凝土的約束而產生拉應力,引起混凝土表面開裂。

(3)拆模時間

墻體模板的拆除時間過早,混凝土表面溫度急劇變化,產生較大的降溫收縮,表面受到內部混凝土的約束,將產生很大的拉應力(內部混凝土溫度變化相對較小,受自約束而產生壓應力),而混凝土早期抗拉強度和彈性模量較低,因而出現墻體表面較淺范圍內的裂縫。另外在室外溫差較大的嚴冬和盛夏,由于混凝土結構不易導熱,在結構的頂部和底部常產生溫度裂縫。

2.3 剪力墻所受的各種約束

出現了上述混凝土材料的溫度和收縮應力,如果結構或構件不受約束影響,那么其將自由變形也不會產生裂縫。但實際工程中的剪力墻結構構件受到各種約束的影響,如樓板、剪力墻的暗柱(或明柱)及端墻的約束,地下室側墻受到地下室頂板和底板的約束。這些約束使得剪力墻結構構件不能自由變形或者跟約束構件的變形不同步(或協調)而導致裂縫的產生。

3 裂縫的預防和治理措施

針對上述裂縫產生的原因,可相應采取以下預防和治理措施。

(1)調整混凝土各組分。如采用高標號水泥,減小水泥用量;盡量使用低水化熱的水泥;嚴格控制外加劑的品種及用量;砂宜采用中砂,保證石子級配良好,并嚴格控制砂石含泥量。

(2)拆模及養護。適當延長剪力墻混凝土的拆模時間,并且拆模時不要馬上移走模板,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以達到控制墻體裂縫的目的。特別是預拌混凝土早期水化快,水化熱發展快,拌合物保水性強,泌水小,為此,施工過程中應特別注意加強養護環節的管理及防護措施的應用。施工中當混凝土密實后,應盡可能早地覆蓋養護,及時噴水,適當延長養護時間,這樣,既可以減少內外部溫差,又可以保證早期濕養護和后期養護的最佳效果。

(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)剪力墻上增開"結構小洞"。這可能是最有效的方法,通過開洞把長墻變成短墻,減少混凝土收縮變形的約束,使混凝土收縮應力得到釋放,從而達到控制墻體裂縫的目的,但必需重新對結構進行計算,確保結構的安全及正常的使用功能。

(5)留置后澆帶。即先澆注后澆帶兩側混凝土,約兩個月后當混凝土收縮變形趨于穩定時,再澆筑留縫部位,從而避免因收縮應力而出現裂縫。

(6)在剪力墻中部設置暗梁(或設置頂部暗圈梁)。這樣貫穿性裂縫只能裂到梁底,而不至裂到樓面板底,可有效減小有害裂縫的長度。

(7)調整水平鋼筋配筋方案。將剪力墻水平鋼筋置于豎向鋼筋外側,有效減小了混凝土保護層厚度,增強了剪力墻表層混凝土的抗裂性。

(8)增加抗收縮鋼筋。遵循配筋細而密可抵抗收縮應力的原則,適當增加水平鋼筋的配筋率、減小鋼筋直徑而縮小配筋間距。另外在對剪力墻造成約束的結構構件與其連接處增設鋼筋對裂縫亦能起到一定的抑制作用。

(9)裂縫補強治理措施。當裂縫不能自我愈合,且長期存在會給結構構件帶來耐久性、安全性和建筑使用功能等方面的影響而必須給予治理時,可待裂縫發展穩定后,針對不同大小的裂縫采取相應的有關治理措施。

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