工程地下室剪力墙裂缝成因分析

瑶琦园工程地下室剪力墙裂缝成因分析【关键词】剪力墙裂缝配合比细底模数应力次应力筛余量极限延伸徐变【摘要】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，该工程剪力墙裂缝的成因不是由应力产生的，而是由变形变化引起的。一、工程概况及主要施工工艺瑶琦园工程1、2#楼工程设计有一个人防等级为六级的地下室，长86.5m，宽24.7m，层高3.4m。结构采用的是连续剪力墙，混凝土采用的C40P8等级。由于地下室剪力墙的主筋直接锚固于地下室的顶板上，为了保证地下室结构的连贯性与人防工程的密封性要求，我们在施工工艺上采用的是剪力墙与顶板一次浇筑成型的方法。剪力墙的混凝土浇筑量为769m3，顶板的混凝土浇筑量为937m3。存在的主要矛盾是：剪力墙的周长达到了220m，而且还不能一次浇筑过高，不能人为地造成斜向的施工缝，要确保人防工程的抗渗性和密封性要求。在施工过程中我们精心组织，反复论证浇筑的顺序，并就混凝土的配比、出机温度、入模温度以及减低混凝土的水化热等作了核算并提出了相应降低水化热的措施。混凝土于2003年6月22日早晨7：30开始浇筑，24日凌晨5：00浇筑成型。二、出现的问题以及定期观察的数据在混凝土浇筑完毕后，我们安排了专人进行养护。外模从7月初开始脱模，由于要等到地下室顶板梁达到28天龄期，内模从7月底开始脱模，到8月10日整个地下室模板拆除完毕。在7月中旬外模拆除完后，我们就已经观察到了裂缝；到8月初模板完全拆除完毕后，我们就出现的裂缝出现的部位、长度、宽度、裂缝的形式进行了定期系统的观测。通过观测与比较，我们发现：裂缝宽度绝大部分都在0.2mm以下，均于底板成垂直状态，且分布比较有规律，基本分布在柱边距柱1/3以及两柱跨中的位置。1、观测的数据如下：混凝土结构裂缝检查记录工程名称瑶琦园工程1、2#楼检查日期2003.8.13气温：25~38℃检查日期2003.9.12气温：21~34℃检查部位检查结果检查部位检查结果宽度（mm）长度（m）宽度（mm）长度（m）A轴19~20线0.171.40A轴19~20线0.191.70A轴17~19线0.181.78A轴17~19线0.191.90A轴17~19线0.202.00A轴17~19线0.212.00A轴16~17线0.182.16A轴16~17线0.182.21A轴16~17线0.141.56A轴16~17线0.151.74A轴14~16线0.151.65A轴14~16线0.151.70A轴12~13线0.192.03A轴12~13线0.192.08A轴10~12线0.192.03A轴10~12线0.152.10A轴10~12线0.151.87A轴10~12线0.151.90A轴8~10线0.172.01A轴8~10线0.172.06A轴6~8线0.191.76A轴6~8线0.191.85A轴4~6线0.151.82A轴4~6线0.161.87A轴4~6线0.141.78A轴4~6线0.151.92混凝土结构裂缝检查记录工程名称瑶琦园工程1、2#楼检查日期2003.10.13气温：15~29℃检查日期2003.911.12气温：3~6℃检查部位检查结果检查部位检查结果宽度（mm）长度（m）宽度（mm）长度（m）A轴19~20线0.211.80A轴19~20线0.221.80A轴17~19线0.191.93A轴17~19线0.191.93A轴17~19线0.222.00A轴17~19线0.212.00A轴16~17线0.182.25A轴16~17线0.192.25A轴16~17线0.171.80A轴16~17线0.191.80A轴14~16线0.161.73A轴14~16线0.191.73A轴12~13线0.202.10A轴12~13线0.212.10A轴10~12线0.212.15A轴10~12线0.222.15A轴10~12线0.151.94A轴10~12线0.181.94A轴8~10线0.182.20A轴8~10线0.222.20A轴6~8线0.201.85A轴6~8线0.201.85A轴4~6线0.171.90A轴4~6线0.201.90A轴4~6线0.162.00A轴4~6线0.192.002、混凝土使用的材料、配合比以及28天强度所使用的材料：1、水泥：台湾亚东水泥厂洋房牌P42.5水泥，经检验符合GB134-99标准；2、外加剂：武汉浩源化学建材有限公司产FDN-9000缓凝型高效减水剂，经检验符合GB8077-2000、GB8076-1997标准；3、粉煤灰：阳逻电厂产Ⅱ级粉煤灰，主要指标均符合Ⅱ级粉煤灰指标；4、膨胀剂：三源牌UEA膨胀剂，经检验符合JC476-2001技术标准；5、砂：巴河产中粗砂，细底模数Mx=2.7，含泥量1.1%，泥块含量0.3%，符合用于C30~C60等级的混凝土，6、黄石产碎石，颗粒级配符合5~31.5粒级，含泥量0.7%，泥块含量0.2%，符合用于C30~C60等级的混凝土。所采用的配比：水水泥砂石粉煤灰UEAFDN-90001803507081062605011.04该配合比水灰比为0.41，砂率为40%，符合防水混凝土配合比的设计要求。28天龄期的强度共留置混凝土试快13组，28天龄期的强度为：45.446.646.947.145.747.646.746.846.746.345.641.840.3平均值：45.6MP；最高值：47.6MP；最低值：40.3MP按数理统计与非数理统计均符合检验标准的合格要求。三、对裂缝成因的分析我们知道裂缝的产生的原因主要有以下三种：1、由外荷载（如静载、动荷载），即按常规计算的主要应力引起的裂缝；2、由外荷载作用，结构次应力引起的裂缝；3、由变形变化引起的裂缝，结构由温度、收缩和膨胀等因素引起的裂缝。从混凝土的配比，强度以及我们的施工工艺流程来看，我们并不存在施工组织不当、配比不当、强度不够的问题，但是为什么会出现裂缝呢？根据力学原理来说，产生裂缝的原因不同，所产生裂缝的分布、裂缝的形状也不同。例如：由主应力与次应力的原因产生的裂缝大多与构件的长边方向是呈45°分布，也就是工程、力学上常提起的45°斜裂缝。通过我们拆除外模后所观察到的，还没有施加外荷载时，已经产生了早期裂缝，且裂缝几乎垂直于底板，分布比较有规律，大多分布在距离柱边1/3的位置，或在两柱跨中的部位，这与大多数相似工程的地下室剪力墙产生的裂缝分布及形状一致。因此，不难分析，该剪力墙裂缝的成因不是由应力产生的，而是由变形变化引起的。通过对大量的专业专著的查阅以及业内专家的交流，认为：对于地下室剪力墙来说，引起变形变化而产生的裂缝因素很多，但主要成因有三点：1、混凝土的收缩变形；2、结构由于温度的变化引起的变形；3、两种因素共同叠加共同产生的变形。1、混凝土的收缩变形众所周知，混凝土的收缩是混凝土的特性之一，一般混凝土收缩率在0.04%~0.06%左右。水泥执行新的标准后按中科院建材研究所所作的抽样检测，发现执行新的标准后,为了符合新标准中强度的要求,水泥细度普遍比原来提高了,由于细度的提高加大了混凝土的收缩,甚至高大0.08%。老标准实施时混凝土的筛余量在3~5%之间，现在只有0.5~1%之间，水泥的细度显然有了明显的提高，势必使混凝土的收缩率增加。混凝土是一个脆性材料，其抗拉能力低，当其收缩所引起的内应力大于混凝土的抗拉强度时，混凝土构件即会开裂。众所周知，混凝土的极限延伸值为0.02%，当收缩率超过0.02%时，柱与底板的刚度远远大于剪力墙的短向刚度，也就是说底板与柱约束了剪力墙的变形使之产生了拉应力，引起剪力墙的开裂。虽然，在混凝土的配比中采用了UEA膨胀剂进行补偿性收缩，但C40混凝土的胶凝材料每立方达到了471Kg，其收缩率也高于一般常规等级混凝土而达到了0.06%左右。根据补偿收缩的通用公式ε2-∑sm=D，ε2为限制膨胀率，∑sm是各种收缩之和，通常表示混凝土的收缩率，D为补偿收缩的最终变形，即剩余变形，采用UEA膨胀后在混凝土中的补偿收缩率一般在0.02%，即ε2取0.02%，代入计算式即变形的绝对值为︱D︱=0.02%-0.06%=︱0.04%︱＞极限延伸值0.02%，出现开裂。2、结构由温度引起的变形墙体浇筑在底板上，对墙体来说底板的刚度非常之大，墙体浇筑后由于水泥水化热温升比较大，混凝土膨胀变形；当水泥的水化热逐步降低后，混凝土做降温收缩。而底板在空间的变形基本不受约束，剪力墙的全部或部分变形受到底板和柱的约束，将会在混凝土的内部产生很大的拉应力，产生降温收缩裂缝，这是形成剪力墙早期出现裂缝的因素。剪力墙的施工时的最高温度为35℃，最低温度为18℃，历经最高温的41℃，最低温的17℃，温差24℃，在温度的作用下，由于收到线膨胀因素的影响结构在做交替伸缩变形，导致同一裂缝的宽度在做交替变化。四、总结语我们都知道，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。对长距离、高标号的大型混凝土剪力墙出现裂缝的成因分析与研究也是一个复杂而长期的过程，有更多的奥秘需要我们不断地去探索。参考文献：1、龙驭球、包世华主编《结构力学》，高等教育出版社，1996年；2、湖南大学、天津大学、同济大学、南京工学院合编《建筑材料》，中国建筑工业出版社，1996；3、天津大学、同济大学、东南大学、清华大学合编《混凝土结构》，中国建筑工业出版社，1994。