剪力墙裂缝成因分析与防治措施

潘东欣

（上海宝冶集团有限公司，上海 201900）

0 引言

为缓解城市建设用地紧张问题，如今的居住小区多为高层建筑。随着生活水平提高，人们对于住宅舒适度要求越来越高，剪力墙结构由于没有梁、柱等外露与凸出，便于房间内部布置，因此结构方案设计时大多选择高强混凝土剪力墙结构。由于高强混凝土剪力墙受干湿变化、温度作用和结构变形等因素影响，墙体浇筑拆模后经常会产生裂缝，施工中很难控制，剪力墙裂缝已成为高层建筑结构中的质量通病之一。本文结合工程实例，分析高强混凝土剪力墙裂缝产生的原因，处理防治措施。

1 工程概况

某工程位于上海市宝山区罗店镇，总建筑面积157 384.0m2，共12栋高层住宅，地上18层，地下2层，建筑总高度57.8m，装配整体式剪力墙。宝山区罗店镇抗震设防烈度7度，设计基本地震加速度值为0.10g，设计地震分组为第二组，上部结构抗震等级为三级，住宅楼地上部分的剪力墙厚度均为200mm。地上部分混凝土剪力墙的设计混凝土强度等级为：±0.000～8.650m 采用 C55；8.650～17.350m 采用 C50；17.350～57.800m采用C30。

施工过程中，在地上第3层结构混凝土浇筑完毕，拆除首层剪力墙模板时，发现东西山墙部分剪力墙中间部位出现裂缝，裂缝发展方向均为竖直向下，未发现贯通裂缝及水平裂缝。同时，窗下墙部分也出现不同程度的竖向裂缝。

2 裂缝分析

2.1 裂缝一般成因

经工程实践经验总结发现，剪力墙裂缝的主要原因可分为以下两大类：荷载裂缝和变形裂缝。荷载裂缝是由外部荷载引起，包括结构计算中的直接应力及结构次应力，当混凝土内部的拉应力（如基础沉降、温差）大于混凝土的极限抗拉强度时，混凝土会被拉坏，从而产生裂缝，如受弯构件的弯曲裂缝、剪切裂缝等。变形裂缝由非结构计算应力引起，由温差、混凝土收缩或地基不均匀沉降等变形荷载引起的裂缝，此类裂缝在结构中经常出现，如由水化热温升产生的裂缝，随着水分蒸发，湿度变小引起的干缩裂缝、碱骨料反应引起的裂缝，以及基础不均匀沉降导致剪力墙变形所引起的裂缝等都属于此种裂缝形式。现浇混凝土工程产生裂缝的原因错综复杂，需结合具体工程具体分析。

2.2 剪力墙裂缝特点

在本工程1，2，3号楼施工过程中发现，1～3号楼东西山墙混凝土剪力墙中部位置出现竖向贯通裂缝。目前地上3层结构浇筑完毕，首层模板拆除，由于裂缝出现在施工初期，结构尚未承受荷载，初步判断为变形裂缝。

2.3 现场检测

裂缝出现后，施工单位及时采取措施对裂缝进行监测，经过1个月的监测跟踪和记录裂缝宽度及走向，发现裂缝并未继续扩展。用混凝土强度检测仪对混凝土实体强度进行检验，结果表明剪力墙混凝土实测强度符合设计要求，均超出设计强度10%～20%，开裂混凝土剪力墙的截面尺寸、钢筋直径、钢筋间距与钢筋混凝土保护层厚度均满足设计要求且全部验收合格。

2.4 成因分析

根据剪力墙裂缝分布特征、现场检测结果及混凝土强度等级等因素综合分析，参建各方一致认为该裂缝为非受力裂缝，并最终判定首层混凝土剪力墙裂缝主要是由于混凝土收缩引起，属于变形裂缝。对本工程而言，墙体上出现宽度不同的裂缝，主要是由于材料自身收缩、环境温度变化二者共同作用而产生。

2.4.1 原材料产生的收缩

原材料产生的收缩裂缝主要与水泥品种、细度、用量及骨料级配等因素有关。近年来，随着高强混凝土在工程中的广泛应用，混凝土自身收缩引起的混凝土裂缝现象越来越普遍。本工程1～3层采用强度等级为C55混凝土，属于高强混凝土，高强混凝土特性是强度高、脆性差、胶凝材料含量高。由于胶凝材料的增加，胶凝体本身体积容易收缩，从而增大了混凝土收缩，易产生混凝土收缩裂缝。

2.4.2 混凝土自收缩产生的裂缝

混凝土的自收缩实质上是混凝土宏观体积的减小。由于混凝土内部的自由水发生水化反应产生水泥水化产物，水泥水化产物占有的空间体积小于未发生反应时水泥和水的总体积。与此同时，水泥水化反应激烈，混凝土内部水分散失较快，相对湿度随之降低，造成混凝土体积不断减小，最终自身收缩，随即产生裂缝。

2.4.3 温度变化引起的裂缝

当外部环境或结构内部温度发生较大变化时，如高温季节未做好施工养护措施或混凝土内部水化热反应放热均能产生温差，巨大的温差造成混凝土内外部热胀冷缩程度不同，易产生温度裂缝。混凝土结构构件，特别是大体积混凝土（厚度超过2m），在浇筑之后硬化期间，水泥放出大量的水化热，混凝土材料散热性较差，致使内部温度不断上升，热胀冷缩，混凝土内部体积膨胀高于外部，此时混凝土表面受到很大的拉应力，当拉应力大于混凝土的早期抗拉强度时，混凝土被拉坏，从而出现裂缝。

3 处理措施

变形裂缝对结构安全性影响不大，但裂缝的存在加速了钢筋中的铁离子和侵入到混凝土中的氧气和水发生氧化反应，生成氢氧化铁锈蚀物，引起钢筋锈蚀，从而影响剪力墙的承载力。因此，需采取一定措施对裂缝进行处理，以确保剪力墙的整体性和防水抗渗能力。为修补裂缝，采取表面封闭修复法和高压注浆机注浆法，最后在修补好裂缝的剪力墙表面粘贴碳纤维布进行补强。

3.1 自动压力注浆

3.1.1 表面封闭修复法

对裂缝宽度小于0.3mm的混凝土表面裂缝，为保证使用功能，采用水泥面补缝剂进行表面修补，施工操作步骤如下。

1）将裂缝局部不平整的碎石凿除，并用毛刷将浮渣清理干净。

2）将补缝剂填充入缝隙，再将补缝剂和水泥按1∶（2～4）的比例拌制成流体状修补砂浆，将配制好的砂浆倒入水泥裂缝，压实并略高于混凝土表面，静待砂浆渗入缝隙。

3）检查裂缝修补情况，若缝隙未完全填充，需用补缝剂调配砂浆再次填补缝隙直至修补完好，自然保养24h以上，使补缝剂与水泥基面充分反应凝结，最后将地坪表面打磨干净。

3.1.2 压力注浆法

采用高压注浆机封堵宽度大于0.3mm的裂缝和贯穿性裂缝。高压注浆机具有轻便易携、高压耐用、带水堵漏等性能。施工操作步骤如下。

1）清理裂缝 用毛刷清理裂缝部位附近的杂物，以备灌浆。

2）确定灌浆口 在裂缝部位用钻孔机打灌浆口，对于很窄的裂缝，在裂缝上直接打孔，如果是贯穿性裂缝，在裂缝旁边5～10cm倾斜45°角对角打孔，注浆孔的距离控制在15～20cm。

3）安装针头 将注浆针头放入之前打好的孔中，用T形扳手将注浆针头锁紧。

4）加入注浆液 机器料筒中加入所用注浆液。

5）灌浆 把注浆枪头与注浆针头垂直连接，关闭注浆枪头的阀门，打开机器压力表，待压力表值达到400kPa时打开注浆枪头的阀门开始注浆，当相邻孔出现灌浆液时，将注浆针头移至相邻孔，按此顺序依次进行，直至所有灌浆口灌浆完毕。

6）48h后待注入裂缝胶液固化后，将灌浆嘴折断，用快干水泥将基面封闭、抹平。

3.2 粘贴碳纤维布

1）混凝土表面清理 剪力墙表面应全面打磨光滑，直到表面平整，并且没有任何杂物。

2）涂刷底胶 用毛刷滚筒涂抹环氧树脂找平胶，并修正不合处；待找平胶干燥后再进行下一步操作。

3）涂浸渍胶 用毛刷滚涂浸渍胶到黏结面上，浸渍胶量必须足够多，足以将碳纤维布粘牢。

4）将尺寸大小合适的碳纤维布贴于混凝土涂胶面。

5）为确保炭纤维布和浸渍胶完全融合，使用塑料刮板反复刮压碳纤维布，直至碳纤维布平直、无气泡，黏合剂充分渗透。

裂缝处理加固后，经过后续跟踪观测，至今尚未发现裂缝反复、重现、渗漏等不良现象。

4 裂缝预防措施

本工程剪力墙裂缝主要是高强混凝土及温差应力引起的收缩裂缝，为预防此类裂缝的出现，本工程的其他住宅楼可选取以下2种方案。

1）方案1 1～3层山墙设置后浇式膨胀加强带，膨胀带内混凝土的膨胀剂应比带外其他混凝土掺量高，如图1所示。膨胀加强带要求设置在混凝土收缩应力发生的最大部位，一般是长度方向的中间位置，设1条加强带，带宽1m。带的两侧上下层钢筋之间设置直径为8mm的钢筋网，网格尺寸为35mm×35mm，两端分别绑扎在上下层钢筋上，将带内混凝土与带外分隔开。膨胀加强带外混凝土设计强度按设计要求，高效能膨胀剂掺量为8%～10%，为提高膨胀加强带的抗拉强度，防止混凝土在最易开裂部位开裂，带内混凝土设计强度等级应比带外设计强度等级提高一级，带内混凝土高效能膨胀剂掺量为12%～13%，比带外混凝土高效能膨胀剂提高2%～3%，从而提高最易开裂部位的混凝土膨胀率，消除该部位混凝土内拉应力，避免开裂。

图1 膨胀加强带位置

2）方案2 降低1～3层两端山墙混凝土强度等级为C40，墙段中部2/3长度范围内水平钢筋加密为8@100，如图2所示，降低混凝土强度等级，减小混凝土收缩，钢筋加密，以提高剪力墙的抗拉强度。

5 结语

本工程剪力墙在后续施工过程中采取以上2种方案，工程竣工经过1年多的观察，剪力墙均未出现裂缝，说明此种预防措施效果良好。建议在后续类似工程中，要结合产生裂缝的具体原因，并采取针对性的处理措施，方可提高剪力墙质量，有效减少裂缝。