浅析混凝土剪力墙裂缝原因与控制

1.墙板裂缝的产生原因

剪力墙裂缝原因主要有:砼收缩裂缝;强约束裂缝,建筑体形引起裂缝;外力作用的裂缝。

1.1砼收缩的三种情况

1.1.1砼在制备过程中,水泥和掺合料与水拌合后体积膨胀,但在入模成型后,随着砼水化作用的发生,砼中的部分水份被吸收部分水份被蒸发,体积有一定的缩小。砼体积收缩,使砼产生内应力,当收缩快和收缩大时砼就会产生裂缝。

1.1.2砼内部温度变化产生收缩裂缝。

与墙连体的部分框架柱,断面边长都大于1m,属大体积砼,水化热高,若采取措施不当,表面砼就会产生裂缝。对于框架柱与外墙连体的节间来讲,大体积砼的框架柱可视为一个较大的热源体,而与之连体的墙体薄,且与外界空气接触面较大,散热快。当框架柱砼内大量发热膨胀时,墙体已开始降温收缩,由于连结在一起的两个构件之间产生温差,变形不同步协调,在柱子附近和墙中间出现裂缝是符合规律的。

1.2强约束引起裂缝

约束是对结构构件活动和变形的制约,约束分为内部约束和外部约束。内部约束主要有:砼墙内配筋对砼收缩变形的约束;墙体内收缩变形小的部分对收缩变形大的部分的约束;墙体内暗柱、暗梁对墙板收缩变形的约束;长度大的砼墙,墙端与墙中收缩变形的相互约束。外部约束主要是超静定结构的多余联系,如墙体以下的基础和底板,墙体顶上的楼板或梁,墙体两端的附墙柱或电梯井筒等。当墙体砼收缩变形产生内应力,若外约束很强,产生的内应力不能造成约束变形时,则墙体砼出现开裂,尤其是早期砼容易开裂,因为砼早期抗拉强度较低。墙体的最大外约束应力一般都产生在外约束的边缘,即墙体与柱、筒体、基础、底板、梁等交接处。但实际裂缝并非在墙与约束体的交接处,而是离开0.3~0.5m,其理由是裂缝由约束产生,反过来约束又能推迟裂缝的出现和限制裂缝的扩展,这就是人们常说的“模箍作用”。

1.3建筑物的形体及结构构件断面对墙体裂缝的影响。

框架柱断面大,墙板厚度小,柱墙连接断面变化大,不利于防止墙体裂缝,其原因除了柱墙砼水化热产生温差收缩变化和大柱子给墙板增加约束造成墙体裂缝以外,还因框架柱是高层建筑主要传力构件,基础以上的所有荷重全部由柱子、筒体传给基础、基岩,当地基出现沉降或基础压缩下沉时,墙体在基础边级部位产生剪力,导致裂缝出现。

经观察,凡矩形、方形、梯形等直线段比较的平面形状,墙体产生裂缝的较多,而曲线、弧线和折线较多的建筑物墙体裂缝却极少。因为直线是两点的最短距离,直线墙收缩变形的内约束较大,直线方向无伸展的余地。而曲线、弧线、折线有一定的伸展余地,内约束力比直线墙小。

1.4外力作用引起墙体裂缝。

墙两侧模板未同时拆除,选拆一边,未拆的一边模板支撑给新浇砼墙一个侧向压力,若模板支撑较紧,则砼墙产生裂缝。

2.控制措施

2.1原材料的控制

由于在剪力墙中配筋很多、很密,为了保证混凝土在结构中的最紧密填充,应当控制石子的最大粒径和粗细集料级配。如石子粒径较大,石子容易卡在钢筋中间,或钢筋与模板之间。由于砂浆的收缩比混凝土的收缩大,从而导致在拆模后一段时间在钢筋的下方会产生裂缝。

砂石料的含泥量必须严格控制,当砂石料含泥量超过规定,不仅增加了混凝土的收缩,同时又降低了混凝土的抗拉强度,容易引起裂缝。

由于墙板结构施工中的水化热及收缩很可观,所以应尽可能选用低水化热、低收缩的水泥。一些施工单位为了追求较快的施工进度,盲目使用高早强水泥,但是高早强,必然导致高收缩及水化热峰的提前出现,这对控制墙板裂缝是很不利的。

2.2从施工组织来来控制

对于±0.000m以上的墙体,出现裂缝的可能是较小的,容易出现的裂缝是冷缝和分层缝。这些都是由于施工组织不合理造成的。在施工中应防止侧模的偏移,开始浇注时应加强对墙根部的振捣,以防止产生烂根现象。混凝土的运输应均匀连续,防止产生冷缝或施工缝。

采用科学合理的施工组织设计,根据混凝土的凝结时间对混凝土的浇注施工及混凝土搅拌站的混凝土供应做合理的协调,使上层混凝土在下层混凝土浇注后3-5h内浇筑(不是控制在下层混凝土的初凝之前)。混凝土的初凝时间并不是混凝土不致出现冷缝的终凝时间,实际上在此时浇注混凝土,上下层混凝土的结合已经很弱,如在混凝土接近初凝之时,对混凝土进行振动,同样也会在新旧混凝土之间形成一层薄弱层,影响结构的整体性,形成冷缝。

为防止产生分层缝,在浇筑上层混凝土时,捣棒应插入下层混凝土5-10cm,以利于两层混凝土充分结合。同样,分层缝的出现也将使混凝土的整体性能降低。

对于箱型基础中底板上长墙的裂缝往往是难以避免的,这种裂缝可通过设置温度钢筋来克服,通过配置一定数量的温度钢筋,并采用细而密的构造钢筋,使构造钢筋起温度钢筋的作用。同时在底板上外墙混凝土浇筑时,应注意分段施工,合理分段,避免长度过长,应设置温度伸缩缝或后浇缝。

对墙体的养护效果往往不很理想,在拆除模板后刷上一层养护剂,可防止混凝土内部水分的过度挥发,并应进行充分的浇水养护,以保证水泥的充分水化。

2.3从结构设计来控制

为防止墙板结构的裂缝,在结构设计方面主要应考虑好温度钢筋的设计(水平筋),充分利用构造钢筋的作用以减小墙板结构的温度应力和收缩应力。

由于引起墙板裂缝的主要因素是水化热及降温引起的拉应力,所以必须尽可能减少入模温度,应分层散热浇灌,预防激烈的温、湿度变化,为混凝土创造充分应力松弛的条件。

应避免结构突变,(或断面突变),产生应力集中,导致应力集中裂缝。当不能避免断面突变时,如在孔洞和变断面的转角部位,由于温度收缩作用,也会引起应力集中,此时应作局部处理,做成逐渐变化的过度形式,同时加配钢筋。

2.4配筋对控制裂缝的作用

钢筋会约束收缩,但不能阻止收缩,它对钢筋混凝土收缩的约束作用会在混凝土中产生拉应力,在钢筋内引起压应力。增加钢筋数量会减少收缩,但会增加混凝土的拉应力,如果钢筋很多,约束可能会很大,也足以引起混凝土开裂。

钢筋混凝土中配筋率对混凝土中自约束有很大的影响。“适当”的构造配筋能够提高混凝土的极限拉伸,对控制混凝土的温度收缩裂缝及收缩裂缝有积极的作用。在墙板结构中,采取增配构造钢筋的措施,使构造钢筋起到温度筋的作用,能有效地提高混凝土的抗裂性能。

构造筋的配筋原则应做到“细一点、密一点”。即配筋应尽可能采用小直径,小间距设计。提高混凝土结构的含钢率或减小钢筋直径都可提高材料的抗裂性能,但减小钢筋直径、加密间距要比提高含钢率效果明显一些。采用直径8-14mm的钢筋和100-150mm间距是比较合理的,结构全截面的配筋率不宜小于0.3%,应在0.3-0.5%之间。受力筋如能满足变形的构造要求则不再增加温度筋;构造筋不能起到抗约束作用的,应适当增加温度筋.