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高层住宅预拌混凝土剪力墙裂缝的原因分析与治理
蒋贤龙 （晟元集团有限公司，浙江 金华 321000）
［摘 要］本文介绍了高层住宅混凝土剪力墙裂缝的主要特征，分析预拌混凝土剪力墙裂缝产生的自身原因、构造原因和施工原因，并针对裂缝的成因相应提出了治理预防措施、对策和修复处理方案。 ［关键词］高层住宅；混凝土；剪力墙裂缝；治理预防措施；处理方案
随着人民物质生活水平的提高以及城市向空间发展，高层住宅得到了空前的发展。特别国家对节能和环保问题的高度重视，预拌混凝土已在城乡建设中广泛使用，加快了工程施工进度，降低了工人的劳动强度，混凝土质量较以前有较大的提升。但在工程应用的过程中混凝土构件也出现了不少问题，现浇剪力墙施工质量直接决定工程结构的安全性，所以对剪力墙结构裂缝应引起足够的重视。本文通过某小区剪力墙出现裂缝的工程实例，分析裂缝的原因，并进行综合处理，为此类裂缝的防治提供参考。 1 工程概况 某小区是十六幢高层住宅，地下室 3 层，地上 33 层，总建筑面积约为 38 万平方米（地上面积约34.5 万平方米，地下面积约 3.5 万平方米），6 层以下为 C50 混凝土，7～11 层为 C45 混凝土，12～22 层为 C40 混凝土，22 层以上为 C30 混凝土。主体结构形式为框架剪力墙，全部采用预拌混凝土，通过混凝土输送泵将混凝土送达作业层面施工。 2 剪力墙裂缝位置与数量的分布持点及规律 2011 年 8 月 5 日，当工程施工到 22 层时发现 19 层剪力墙墙体东、西面两段长墙上出现5 条竖向裂缝，于是建设、监理以及施工方技术人员对主体结构进行全面认真检查发现，混凝土剪力墙墙体裂缝的主要特征如下： （1）绝大多数是竖向裂缝，多数裂缝长度接近墙高，两端逐渐变小；裂缝发生在附墙柱和暗柱附近两侧 1m 左右、墙的中部等地方；以接近45°的斜裂纹出现在墙的端部，都具有中间宽、两头尖的外形特征，并且在墙体两面对称出现。 （2）裂缝宽度一般不大，走向与楼面接近垂直，不穿楼层，高出楼板面约 0.3m，大多数裂缝不大于0.2mm，少部分大于 0.3mm。 （3）强度等级高的混凝土比强度等级低的混凝土开裂多。 （4）裂缝出现时间多在拆模后不久，有的还与周围环境温度变化有关；随着时间推移，裂缝继续发展，数量增多，但缝宽一般增大不多。 3 预拌混凝土剪力墙裂缝产生原因分析 我们对裂缝进行了详细调查分析，其中具体包括混凝土的原材料水泥、砂、石、外加剂和配合比、施工工艺、混凝土施工日记、环境条件、模板、早期养护、混凝土强度试验、钢筋的保护层、截面尺寸、钢筋位置及数量、坍落度等方面。发现影响预拌混凝土剪力墙裂缝因素很多，如混凝土原材料质量、配合比设计、人员素质、生产单位与使用单位的相互配合、设计构造、配筋率，混凝土的搅拌、运输、浇筑、振捣施工方法及养护条件等等均有关联。预拌混凝土剪力墙裂缝的主要原因如下： 3.1 混凝土剪力墙墙体干燥收缩裂缝 剪力墙混凝土在制备的过程当中，水泥、掺合料与水拌合后体积膨胀，但入模成型后，随着混凝土水化反应的发生，混凝土中的部分水份被吸收、部分水份蒸发，体积将有一定的缩小。混凝土的体积收缩，使其产生应力，当收缩快和大时混凝土就会产生裂缝。从裂缝的主要特征可以得知大多数均属于收缩裂缝，主要成因有混凝土强度等级高及高层建筑务必会造成水泥用量过多、养护不良等。 3.2 温度引起的裂缝 剪力墙体裂纹的分布状态和引起裂纹的主要原因是温度收缩裂纹。混凝土强度等级高，则水泥用量大，导致水泥水化热高、混凝土收缩大。因剪力墙的两端绝对嵌固，当混凝土剪力墙内部水泥水化热的温度高，而墙板两侧随环境温度而降低产生冷缩，又受到混凝土内部约束，则产生两侧表层裂缝。墙表面的温度低于内部的温度，自约束产生的温度应力在混凝土表面为拉应力；由于水份蒸发，墙体表面的湿度低于内部的湿度，混凝土表面的干缩大于内部，内外收缩有差异，混凝土表面的收缩应力大于内部。当温度收缩应力大于当时混凝土具有的抗拉强度时，裂纹就有可能在墙体上由表及里地出现、发展。 3.3 构造设计原因产生裂缝 剪力墙和筒体等竖向结构的设计都充分考虑了荷载的作用，配置了必要数量的竖向钢筋，而水平方向钢筋通常是按传统的构造要求配置的，没有考虑温度收缩的影响，而且大多是放置在竖向钢筋的里侧，构造钢筋太少，使得不能有效地起到控制墙体温度收缩裂纹的作用。 3.4 施工质量较差而导致混凝土收缩而产生的裂缝 实践证明，原材料质量不良、配合比设计不当、坍落度控制不好、施工任意加水及混凝土养护不良等，均会导致混凝土收缩而产生的裂缝，另外高层住宅混凝土采用泵送施工方法，由于泵送混凝土坍落度比较大，必然导致混凝土收缩增加，产生裂缝的可能性增大。 3.5 模板支架不规范和拆模不当产生裂缝 模板支架不规范和拆模过早、拆模不当。模板在浇筑混凝土前淋水不足，过分干燥，浇筑混凝土后，因模板吸水量大，导致混凝土的收缩，产生塑性收缩裂缝。 4 防止预拌混凝土剪力墙体裂缝的治理预防措施及对策 引起墙体裂缝的原因较为复杂，从预拌混凝土剪力墙体裂缝的成因看，只有严格把握混凝土原材料质量、拌制计量和运输、施工这四个环节。采取“一条主线贯穿，多方管理结合”的方法，对混凝土从原材、配比、外加剂、计量、运输、浇筑、养护等环节进行全方面的控制管理，才能防止裂缝的产生。根据本人经验认为采取以下措施可以减少裂缝的产生。 4.1 注重配合比的设计优化、严格控制水灰比和原材料 4.1.1 进一步优化混凝土配合比设计，严格控制水灰比 （1）配合比的设计应符合 JGJ 55－2011 《普通混凝土配合比设计规程》和 GB/T14902－2003《预拌混凝土》。除了要满足强度要求外，还要考虑运输、泵送等因素。科学的配合比设计，应该考虑适宜的坍落度、适宜的砂率、适宜的外加掺合料，选用高性能混凝土如采用补偿收缩混凝土，在混凝土中掺入适量的膨胀剂，使混凝土产生微量膨胀来补偿其产生的收缩。 （2）精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好的工作性能的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水灰比）、二掺（掺高效减水剂、高性能引气剂）、一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出高强度、高韧性、低热和高抗拉的抗裂混凝土。 （3）严格控制水灰比。由于运输过程中的种种原因，预拌混凝土搅拌运输车到现场后不能顺利泵送（造成混凝土坍落度小），有的现场操作工人往搅拌运输车内加水，以达到能泵送的目的，易造成混凝土剪力墙体裂缝，必须严格禁止。水灰比的降低，将会提高混凝土的弹性模量、抗裂性能；在保证混凝土质量的前提下，尽量降低水泥、砂用量，提高石子用量。 4.1.2 注重混凝土原材料选料、用量控制裂缝 预拌混凝土生产应该加强原材料质量检测和控制，并建议对预拌混凝土厂家的原材料复试也要实行监理见证取样送检制度，特别是砂石的含水量和含泥量的检测和控制，以确保混凝土本身的质量稳定，进一步优化混凝土配合比，提高混凝土抗裂能力，在拌和操作过程中严格按施工规范要求执行。 （1）有条件时选用 5～40mm 粒径的优化级配石，若采用非泵送方法浇捣混凝土更有利于抗裂。 （2）水泥宜选用水化热较低的水泥；强度较高的水泥能减少水泥用量，有利于防裂。外加剂选用减水率较高的高效减水剂以及性能优越的膨胀剂，若为泵送混凝土还须掺入缓凝剂，最好选用复合型外加剂，既满足多种性能要求，又方便施工。 （3）掺入适量的减水剂，可以大大减少用水量，从而在水灰比不变的情况下，可减少水泥的用量，降低混凝土的收缩量；加入适量的粉煤灰、矿粉等掺合料，可改善混凝土的特性，提高可泵性，降低水化热，增加密实度，减少混凝土的收缩。 4.2 优化结构设计措施，提高结构抗裂性 （1）增配构造筋，提高抗裂性能。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细径密排（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。大量实例证明水平钢筋间距150～200mm 的泵送混凝土墙体极易产生竖立裂缝，提高墙体的强度和刚度是防止墙体开裂的有效措施，可适当增加墙体厚度和配筋率。由于墙体裂缝是竖向产生，合理利用横向分布筋，适当增加墙体水平构造配筋，将水平筋置于竖向钢筋外侧，混凝土强度越高，越要重视这个问题。所以建议水平钢筋宜采用细的螺纹筋，水平钢筋间距宜控制在100～125mm。 （2）墙体筋设计最好采用双层双向钢筋，角部设置放射筋，预留洞口等薄弱部位应设置加强筋。水、电管线避免重叠交叉。 （3）建筑物浇筑量大，根据结构设计，严格按规范合理设置后浇带和变形缝，减少剪力墙热胀冷缩的绝对变形量，释放混凝土的收缩，避免收缩应力的积累和集中是防止温度应力产生的有效措施。在高大建筑物为了施工过程中减少由于混凝土收缩造成结构开裂的可能性，应根据结构条件采取“抗放结合”的综合措施。 （4）取消墙体与柱子的固定连接，通过墙体与柱子的分离来减少墙体的约束应力，尽可能使墙体能够自由收缩，从而避免裂缝出现。 （5）对现浇剪力墙结构的端山墙、端开间内的纵墙、顶层和底层墙体，均宜（比按计算）需要适当增加配置水平和竖向分布钢筋配筋数量；剪力墙结构角部设置放射筋，预留洞口等薄弱部位应设置加强筋。 （6）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，所以在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。 4.3 重视施工技术优化、加强施工过程重点工序质量控制 控制预拌混凝土剪力墙体裂缝的最关键加强施工技术优化，规范混凝土施工质量细节，根据工程结构特点、不同强度等级、部位等工程施工的实际情况，做好施工准备工作，编制行之有效、切合实际、施工方便的预拌混凝土浇筑施工工艺操作规程、技术保证措施等专项方案。充分考虑混凝土浇筑位置、施工顺序、分层厚度和施工缝处理等因素，对现场人员进行技术交底，定岗定位，明确分工和责任，建立奖罚制度，并严格按专项施工技术专项方案、施工规范要求精心施工。 （1）钢筋绑扎、模板制作、安装，混凝土浇筑均应严格按设计图纸、国家施工规范规定、工艺标准及技术交底进行施工并切实认真控制。 （2）钢筋质量工序控制。钢筋绑扎位置要正确，保护层厚度要准确，内外层钢筋之间的拉钩可改进成方箍加以支撑，纵横向筋采取绑扎，每个交叉点都应绑扣，绑扣不要在一个方向，不要超出规范规定；钢筋表面应洁净，钢筋代换必须考虑对构件抗裂性能的影响。 （3）模板质量工序控制。确保模板工程的刚度、稳定性，拼缝严密，加固可靠，定位准确。 模板构造要合理，采用保温性能较好的18mm 大面积多层夹板，在混凝土浇筑前要检查模板支撑保证牢固可靠并保持模板湿润，并保证拆模时，混凝土达到一定的强度，防止施工荷载作用下，模板变形过大造成开裂，以防止模板各构件间的变形不同而导致混凝土裂缝。 （4）根据现场的实际认真科学合理的编制浇筑和泵送混凝土施工专项施工方案，科学确定浇筑顺序和方向，按规范要求留置施工缝，对施工缝的处理要符合要求。符合设计要求后方可进行浇筑，运至浇筑地点混凝土的坍落度应符合要求，当有离析时，应进行二次搅拌，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部产生的水份和空隙，提高混凝土与钢筋握裹力，达到防止混凝土剪力墙的裂缝的目的，搅拌时间由试验确实。 （5）严格混凝土的坍落度，运输和施工过程中严禁往搅拌罐内任意加水，炎热季节施工，宜用湿罩布、湿草袋等遮盖混凝土输送管，避免阳光直射。严寒季节施工，宜用保温材料包裹混凝土输送管，防止管内混凝土受冻，并保证混凝土的入模温度。 （6）剪力墙施工过程混凝土浇筑采用自然流淌，按照“一个坡度、分层浇筑、循序渐进、一次到项、二次振捣”二十字方针的浇筑工艺，应采取长条流水作业分段、斜面分层浇筑，均匀上升，加强二次振捣工艺技术。对浇筑剪力墙，则应当对其采取分层浇筑混凝土，结合工程实践经验，其分层厚度适宜控制在45cm 以内，对于不同振捣器，分层厚度应采取适当的调整。浇筑后的混凝土，在振捣时间界限以前，应进行二次振捣，二次振捣可以增加混凝土的密实度，改善混凝土强度，提高防渗性和抗裂性，消除混凝土由于沉陷产生的裂纹和细缝，以排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部产生的水份和空隙，提高混凝土与钢筋握裹力，达到防止混凝土剪力墙的裂缝的目的。 （7）混凝土自高度处倾落时，其自由倾落高度不宜超过2m，如自由下落高度较大时，应使用窜桶或溜管下料，以防止混凝土产生离析。 （8）墙柱和顶梁板分开浇筑，绝不要一同施工；否则，会造成更多裂缝产生。 （9）浇筑核心筒时，在电梯厅进口处的角部留置呈倒八字形的施工缝，以适当延迟洞口上方混凝土的浇筑时间，使墙体混凝土完成一部分收缩，可以有效地防止裂纹的出现。浇筑剪力墙合拢部位易出现浮浆积聚，必须排除浮浆或适当填入与混凝土同规格的石料，避免在浮浆积聚处形成局部混凝土强度不足的软弱部位以及出现较多的收缩裂纹。 （10）加强对预拌混凝土现场监控力度专人检测混凝土的坍落度和搅拌时间。 4.4 改进养护工艺，晚拆模、加强后期保温保湿养护是防治裂缝的关键 （1）剪力墙墙体混凝土浇筑完毕，混凝土达到一定强度 1～3d 后，未拆除模板前，改变混凝土养护方法，设置采用了专用的顶端自动喷水系统浇水养护工艺。通过环向高压泵将压力水输向环向施工给水管网，给水管网主管采用直径Φ100 镀锌钢管，剪力墙墙体当必要时应及时松动两侧模板，离缝 3～5mm，就近接入连接在墙体顶部架设淋水养护喷淋、喷雾的给水支管养护，可用Φ15的镀锌钢管上钻上2mm@200 细孔，使孔成喇叭，便于水呈伞状喷出，利用自来水的压力对两个侧面喷洒浇水，效果明显也节省人工。带模养护 5～7d，拆除模板后，应在墙两侧覆挂麻袋或盖草帘等盖物，养护时间不少于14d，并对其表面裂缝情况做好观察记录。 （2）按照可行的技术方案进行保温、保湿、防风等养护。针对昼夜温差大，避免阳光直照墙面，混凝土剪力墙面应全面在内外模板表层面、及时覆盖草帘；地下室外墙宜尽早回填土，防止白天过多的升温，造成夜间降温时收缩过大；定时定人加强保温和洒水保湿，防止水份快速蒸发，使养护期间混凝土表面始终湿润；设置碘钨灯以备温差较大或寒流来临时夜间使用。夏季应尽量使用蓄水池的水，防止因温差而导致混凝土剪力墙的裂缝。 （3）高强度等级混凝土剪力墙是容易出现早期裂纹的部位。因受环境的影响要更大一些，当大风、气候干燥时，混凝土浇筑后要注意早期养护，如有条件，拆模后要立即涂刷养护液，在混凝土表面形成一道保护膜。 （4）所有洞口覆盖彩条布进行临时封堵，以防止结构内部出现穿堂风。 （5）墙体侧模板拆除时间不能太早，时间一般控制在混凝土浇筑 12 小时后，必须保证混凝土完全硬化后才能松动侧模，模板拆除后，及时在墙面上喷洒养护剂。剪力墙侧模板拆模时间尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。 4.5 降低混凝土原材料的温度，严格控制入模混凝土温度 降低混凝土原材料的温度及浇注混凝土温度是降低温度应力的一个非常重要的措施。首先必须重视水泥的温度，其次降低砂、石和水的温度。大体积混凝土最好选在春秋季施工，以降低入模温度，即使在夏季施工最好采取有效措施降低入模温度，再者浇筑混凝土时最好不要让混凝土在太阳下直接暴晒。施工过程中应对碎石洒水降温，保证水泥库通风良好，自来水可先放入地下蓄水池中降温。 5 预拌混凝土剪力墙裂缝处理方案 裂缝出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀，加速混凝土的碳化降低混凝土的耐久性等。经过调查分析，确认在裂缝不降低承载力的情况下，根据本工程要求裂缝最大宽度＜0.4mm，因此采用表面修补法、环氧注浆法、填充法三种裂缝处理方法。 5.1 表面修补法 这种方法主要适用于裂缝宽度<0.2mm，且深度较浅的细微裂缝。其修复要点为：凿开表面，露出结构面，用钢丝刷清洁表面污物；用清水充分清洗并干燥；用弹性涂膜水材料或聚合物灰浆等填充裂缝表面，注意涂抹均匀；待第一遍涂抹层半干燥后，再涂抹第二遍，干燥固化后即可。 5.2 环氧注浆法 环氧注浆法是将环氧树脂在一定的压力下注入裂缝内部的修复方法，这种方法适用于裂缝宽度在 0.2～0.4mm之间的情况。施工工艺流程主要工序有：观察裂缝→清理裂缝灰尘→粘贴注浆咀→封闭裂缝→注浆→凿除注浆咀→表面找平处理。 5.3 填充法 填充法是沿裂缝处凿开混凝土，在该处填充修补材料的裂缝修复方法。其适用于裂缝宽度 ＞0.5mm的情况。裂缝剪力墙贯穿时，其修复方法可采取切槽嵌补法其方法为：先沿剪力墙两侧裂缝切一条深30～50mm，上口宽 30～50mm 深的 V 形槽，槽内先用素水泥浆打底，再采用环氧树脂浆液灌缝，剩余部分用环氧胶泥填充压实，表面用 1:1 微膨胀水泥砂浆（掺5％ 放水粉）抹平压实。对于裂缝剪力墙有防水要求的部位，采用防渗堵漏措施堵塞裂缝，在裂缝处增加两层粘裹聚氨脂的玻璃纤维网，每边宽 300mm，然后再做防水。 6 总结 通过对该工程裂缝原因的分析及处理，有效解决了墙体的裂缝问题。高层住宅预拌混凝土剪力墙裂缝控制与防治，与设计、施工、混凝土生产厂家紧密配合，只要设计增加构造措施、坚持小规格配筋、小间距避免应力集中，施工单位在浇筑、振捣、养护等环节做好，混凝土生产厂家从配合比、用水量、骨料、水泥、外加剂等方面入手，预拌混凝土裂缝能够在一定程度上得到避免，才能从根本上保证住户的利益。
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［作者简介］蒋贤龙（1965—），男，浙江金华人，本科，副总工程师，中国建筑质量管理专家委，中国绿色施工委员会专家、全国 QC 小组活动诊断师、浙江省综合评标专家；高级工程师、高级经济师、一级注册建造师。主要从事工作：建筑施工技术及经济管理。 ［通讯地址］浙江省金华市区三江街道雅苑街 39 号（321000） |
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