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摘要：隨着建筑技术的发展，建筑物的高度越来越高。对于一般的高层建筑，在设计中普遍采用现浇剪力墙结构设计，并使用大流动度的泵送混凝土浇注施工。预拌混凝土快速发展的同时也带来一个问题—结构裂缝。而地下室混凝土剪力墙裂缝已成为建筑施工中的常见现象，本文在此以某工程为例对地下室砼连续剪力墙开裂问题的成因及防治措施作了具体的探究。仅供参考。
关键词：地下室；剪力墙；开裂
Abstract: With the development of building technology, the height of the building is more and more high. Ready mixed concrete rapid development also brings a problem - structure crack. While the basement concrete wall crack has become a common phenomenon in building construction, this article takes a project as an example to basement concrete continuous wall cracking causes and prevention measures in detail inquiry. For reference only.
Key words: basement shear wall; crack;
中图分类号：TU3
引言：长距离、高标号的大型混凝土剪力墙出现裂缝的成因分析与研究是一个复杂而长期的过程，工程剪力墙裂缝的成因不仅仅是由应力产生的，还可能由变形变化引起的。
一、工程简介
某工程地下2 层，地上22 层，采用素混凝土桩，筏板基础。剪力墙长6400mm，厚300mm，剪力墙体水平/ 坚向配置钢筋Ф10@100。施工到4层时，剪力墙裂缝首先在地下2 层采光窗下部被发现，几乎所有采光窗下部两侧处都有裂缝，自窗口下部阴角向基础板底延伸。后又仔细观察，发现裂缝位置不仅在采光窗下部，在较大预留孔洞处，乃至没有任何截面削弱的墙体中部都有裂缝产生，有的长剪力墙上甚至一道墙上就有2 条～3 条裂缝。从墙体两侧观察，产生裂缝的位置基本一致，经钻心取样证实为贯穿裂缝。又对负1层及上部楼层进行观察，裂缝仍然存在，但明显减少，到1层时仅发现一条贯穿裂缝。后对相同结构和高度的在建项目进行调查，发现产生此类贯穿裂缝的工程占到调查项目的60％。除了贯穿裂缝，剪力墙表面的不规则裂缝更为普遍。
二、地下室裂缝出现的问题
经过对本工程裂缝的分析，以及对其他工程的调查总结，钢筋混凝土剪力墙的裂缝一般可分为表面不规则裂缝和贯穿性裂缝。表面不规则裂缝一般出现在混凝土浇筑后不久，分布于墙体表面，此种裂缝既细又密，但深度不大，多因养护不足而产生，对结构构件影响不大。贯穿性裂缝一般发生在混凝土浇筑完毕拆模后一周左右，走向与楼面接近垂直。从位置分布来看，外墙多于内墙，南墙多于北墙，长墙多于短墙，底层多于上部楼层、施工季节越炎热，产生裂缝的数量越多。
三、裂缝产生的主要原因分析
1、混凝土的收缩应力过大
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等胶凝材料变少,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。
而在本工程中地下2 层为人防工程，剪力墙体长，开洞少，所以成为本层裂缝特别集中的重要因素。
2、混凝土的温度应力过大
(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,且大部分水化热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、剪力墙所受的各种约束
出现了上述混凝土材料的温度和收缩应力,如果结构或构件不受约束影响,那么其将自由变形也不会产生裂缝。但实际工程中的剪力墙结构构件受到各种约束的影响,如楼板、剪力墙的暗柱(或明柱)及端墙的约束,地下室侧墙受到地下室顶板和底板的约束。这些约束使得剪力墙结构构件不能自由变形或者跟约束构件的变形不同步(或协调)而导致裂缝的产生。
四、工程中应对裂缝的几点防治措施
1、调整混凝土各组分
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,水化热发展快,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,既可以减少内外部温差,又可以保证早期湿养护和后期养护的最佳效果。
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,能有效减少混凝土收缩裂缝。
4、贯穿性裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的腐蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳及抗渗能力。因此应根据裂缝的成因性质以及现场具体情况区别对待及时处理，保证结构正常使用功能。目前对一般贯穿性裂缝多采用粘贴碳纤维复合材料的加固方式，碳纤维复合材料中的基材为碳纤维布，是一种高强度纤维片材，主要作用是承受荷载、限制裂缝的发展；胶粘剂即增强材料，主要作用是固定纤维的位置、承受应力并传递给纤维。混凝土结构表面粘贴碳纤维布，形成复合体结构，以此提高构件的整体性，达到修补加固的目的。
五、总结
我们都知道，混凝土的浇筑至成型是一个十分复杂的物理化学反应交替进行的过程，在混凝土浇筑后几十年的过程中都存在着各种各样复杂的物理化学反应，比如说混凝土的徐变等。实践证明,只要从设计、材料、施工及环境等方面进行分析,并采取控制裂缝的各种措施,实施综合治理,高层地下室混凝土剪力墙的裂缝是可以控制的。
关键词：地下室；剪力墙；开裂
Abstract: With the development of building technology, the height of the building is more and more high. Ready mixed concrete rapid development also brings a problem - structure crack. While the basement concrete wall crack has become a common phenomenon in building construction, this article takes a project as an example to basement concrete continuous wall cracking causes and prevention measures in detail inquiry. For reference only.
Key words: basement shear wall; crack;
中图分类号：TU3
引言：长距离、高标号的大型混凝土剪力墙出现裂缝的成因分析与研究是一个复杂而长期的过程，工程剪力墙裂缝的成因不仅仅是由应力产生的，还可能由变形变化引起的。
一、工程简介
某工程地下2 层，地上22 层，采用素混凝土桩，筏板基础。剪力墙长6400mm，厚300mm，剪力墙体水平/ 坚向配置钢筋Ф10@100。施工到4层时，剪力墙裂缝首先在地下2 层采光窗下部被发现，几乎所有采光窗下部两侧处都有裂缝，自窗口下部阴角向基础板底延伸。后又仔细观察，发现裂缝位置不仅在采光窗下部，在较大预留孔洞处，乃至没有任何截面削弱的墙体中部都有裂缝产生，有的长剪力墙上甚至一道墙上就有2 条～3 条裂缝。从墙体两侧观察，产生裂缝的位置基本一致，经钻心取样证实为贯穿裂缝。又对负1层及上部楼层进行观察，裂缝仍然存在，但明显减少，到1层时仅发现一条贯穿裂缝。后对相同结构和高度的在建项目进行调查，发现产生此类贯穿裂缝的工程占到调查项目的60％。除了贯穿裂缝，剪力墙表面的不规则裂缝更为普遍。
二、地下室裂缝出现的问题
经过对本工程裂缝的分析，以及对其他工程的调查总结，钢筋混凝土剪力墙的裂缝一般可分为表面不规则裂缝和贯穿性裂缝。表面不规则裂缝一般出现在混凝土浇筑后不久，分布于墙体表面，此种裂缝既细又密，但深度不大，多因养护不足而产生，对结构构件影响不大。贯穿性裂缝一般发生在混凝土浇筑完毕拆模后一周左右，走向与楼面接近垂直。从位置分布来看，外墙多于内墙，南墙多于北墙，长墙多于短墙，底层多于上部楼层、施工季节越炎热，产生裂缝的数量越多。
三、裂缝产生的主要原因分析
1、混凝土的收缩应力过大
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等胶凝材料变少,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。
而在本工程中地下2 层为人防工程，剪力墙体长，开洞少，所以成为本层裂缝特别集中的重要因素。
2、混凝土的温度应力过大
(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,且大部分水化热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、剪力墙所受的各种约束
出现了上述混凝土材料的温度和收缩应力,如果结构或构件不受约束影响,那么其将自由变形也不会产生裂缝。但实际工程中的剪力墙结构构件受到各种约束的影响,如楼板、剪力墙的暗柱(或明柱)及端墙的约束,地下室侧墙受到地下室顶板和底板的约束。这些约束使得剪力墙结构构件不能自由变形或者跟约束构件的变形不同步(或协调)而导致裂缝的产生。
四、工程中应对裂缝的几点防治措施
1、调整混凝土各组分
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,水化热发展快,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,既可以减少内外部温差,又可以保证早期湿养护和后期养护的最佳效果。
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,能有效减少混凝土收缩裂缝。
4、贯穿性裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的腐蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳及抗渗能力。因此应根据裂缝的成因性质以及现场具体情况区别对待及时处理，保证结构正常使用功能。目前对一般贯穿性裂缝多采用粘贴碳纤维复合材料的加固方式，碳纤维复合材料中的基材为碳纤维布，是一种高强度纤维片材，主要作用是承受荷载、限制裂缝的发展；胶粘剂即增强材料，主要作用是固定纤维的位置、承受应力并传递给纤维。混凝土结构表面粘贴碳纤维布，形成复合体结构，以此提高构件的整体性，达到修补加固的目的。
五、总结
我们都知道，混凝土的浇筑至成型是一个十分复杂的物理化学反应交替进行的过程，在混凝土浇筑后几十年的过程中都存在着各种各样复杂的物理化学反应，比如说混凝土的徐变等。实践证明,只要从设计、材料、施工及环境等方面进行分析,并采取控制裂缝的各种措施,实施综合治理,高层地下室混凝土剪力墙的裂缝是可以控制的。