1、裂縫產生的原因分析
一般情況下,工程中構件裂縫產生的主要原因可分為兩大類:
一是動、靜荷載和其他各種外荷載引起的裂縫;
二是由混凝土內外溫差、收縮或地基不均勻沉降等變形荷載引起的裂縫。
此外,設計體型和結構佈置也是產生裂縫的一個重要原因。
總之裂縫產生的原因很複雜,綜合考慮設計、材料、施工及環境等各方面的因素,鋼筋混凝土剪力牆裂縫主要由以下原因產生:
1.1 混凝土的收縮應力過大
混凝土的收縮應力過大收縮裂縫主要與水泥用量、骨料、構件長度及外加劑等因素有關。
(1)水泥用量
目前,隨著中國高層建築的不斷髮展,各種高強度混凝土也得到了廣泛的應用,C50、C60乃至C80混凝土設計標號已屢見不鮮,由此相應的是水泥用量的增大、水灰比的減小。
而水灰比是影響混凝土收縮的最主要因素。例如,當水灰比小於0.35時,體內相對溼度很快降至80%以下,自收縮引起的體積減小在8%左右,收縮值相當可觀。
(2)骨料
預拌混凝土為了滿足運輸、泵送的要求,增加了細骨料用量,使得骨料的表面積增大,相應包裹在骨料上的水泥等膠凝材料變少,減弱了混凝土之間的連線能力,增大了混凝土的塑性收縮。
(3)構件長度
現代建築的跨度、構件長度均有較大提高,顯然對於相同的混凝土收縮率而言,收縮的絕對值增大。如未採取相應措施,則極易產生裂縫。
(4)外加劑
外加劑在混凝土中摻量少,作用大。目前使用的混凝土中普遍摻有減水劑、緩凝劑、早強劑、防水劑等多種外加劑。
近期研究表明,有近一半外加劑會造成混凝土收縮率大於基準混凝土,混凝土收縮率的增大自然增大了裂縫的出現機率。
外加劑對混凝土效能影響極大,可能是導致混凝土開裂的重要原因。
1.2 混凝土的溫度應力過大
溫度裂縫主要與水泥品種、養護條件、拆模時間及溫差等因素有關:
(1)水泥品種
目前預拌混凝土大多使用新法(主要為旋窯)燒製成的水泥,尤其為提高混凝土標號,大量使用矽酸鹽水泥,使得水泥水化熱高且集中。
水泥水化過程中放出大量的熱量,且大部分水化熱都是在澆築的前三天釋放,而混凝土是熱的不良導體,產生的熱量不易散發,內部溫度不斷上升。
而拆模後,表面散熱快,溫度較低,內外形成溫度梯度。
內部混凝土熱脹產生壓應力,外部混凝土產生拉應力。
當此拉應力超過此時混凝土的抗拉強度時,便使混凝土產生裂縫開裂。
(2)養護條件
由於剪力牆養護不足,牆體表面積大水分散失快,體積收縮大,而內部溼度變化相對較小,體積收縮較小,表面收縮變形受到內部混凝土的約束而產生拉應力,引起混凝土表面開裂。
(3)拆模時間
牆體模板的拆除時間過早,混凝土表面溫度急劇變化,產生較大的降溫收縮,表面受到內部混凝土的約束,將產生很大的拉應力(內部混凝土溫度變化相對較小,受自約束而產生壓應力),而混凝土早期抗拉強度和彈性模量較低,因而出現牆體表面較淺範圍內的裂縫。
另外在室外溫差較大的嚴冬和盛夏,由於混凝土結構不易導熱,在結構的頂部和底部常產生溫度裂縫。
1.3 剪力牆所受的各種約束
出現了上述混凝土材料的溫度和收縮應力,如果結構或構件不受約束影響,那麼其將自由變形也不會產生裂縫。
但實際工程中的剪力牆結構構件受到各種約束的影響,如樓板、剪力牆的暗柱(或明柱)及端牆的約束,地下室側牆受到地下室頂板和底板的約束。
這些約束使得剪力牆結構構件不能自由變形或者跟約束構件的變形不同步(或協調)而導致裂縫的產生。
1、裂縫產生的原因分析
一般情況下,工程中構件裂縫產生的主要原因可分為兩大類:
一是動、靜荷載和其他各種外荷載引起的裂縫;
二是由混凝土內外溫差、收縮或地基不均勻沉降等變形荷載引起的裂縫。
此外,設計體型和結構佈置也是產生裂縫的一個重要原因。
總之裂縫產生的原因很複雜,綜合考慮設計、材料、施工及環境等各方面的因素,鋼筋混凝土剪力牆裂縫主要由以下原因產生:
1.1 混凝土的收縮應力過大
混凝土的收縮應力過大收縮裂縫主要與水泥用量、骨料、構件長度及外加劑等因素有關。
(1)水泥用量
目前,隨著中國高層建築的不斷髮展,各種高強度混凝土也得到了廣泛的應用,C50、C60乃至C80混凝土設計標號已屢見不鮮,由此相應的是水泥用量的增大、水灰比的減小。
而水灰比是影響混凝土收縮的最主要因素。例如,當水灰比小於0.35時,體內相對溼度很快降至80%以下,自收縮引起的體積減小在8%左右,收縮值相當可觀。
(2)骨料
預拌混凝土為了滿足運輸、泵送的要求,增加了細骨料用量,使得骨料的表面積增大,相應包裹在骨料上的水泥等膠凝材料變少,減弱了混凝土之間的連線能力,增大了混凝土的塑性收縮。
(3)構件長度
現代建築的跨度、構件長度均有較大提高,顯然對於相同的混凝土收縮率而言,收縮的絕對值增大。如未採取相應措施,則極易產生裂縫。
(4)外加劑
外加劑在混凝土中摻量少,作用大。目前使用的混凝土中普遍摻有減水劑、緩凝劑、早強劑、防水劑等多種外加劑。
近期研究表明,有近一半外加劑會造成混凝土收縮率大於基準混凝土,混凝土收縮率的增大自然增大了裂縫的出現機率。
外加劑對混凝土效能影響極大,可能是導致混凝土開裂的重要原因。
1.2 混凝土的溫度應力過大
溫度裂縫主要與水泥品種、養護條件、拆模時間及溫差等因素有關:
(1)水泥品種
目前預拌混凝土大多使用新法(主要為旋窯)燒製成的水泥,尤其為提高混凝土標號,大量使用矽酸鹽水泥,使得水泥水化熱高且集中。
水泥水化過程中放出大量的熱量,且大部分水化熱都是在澆築的前三天釋放,而混凝土是熱的不良導體,產生的熱量不易散發,內部溫度不斷上升。
而拆模後,表面散熱快,溫度較低,內外形成溫度梯度。
內部混凝土熱脹產生壓應力,外部混凝土產生拉應力。
當此拉應力超過此時混凝土的抗拉強度時,便使混凝土產生裂縫開裂。
(2)養護條件
由於剪力牆養護不足,牆體表面積大水分散失快,體積收縮大,而內部溼度變化相對較小,體積收縮較小,表面收縮變形受到內部混凝土的約束而產生拉應力,引起混凝土表面開裂。
(3)拆模時間
牆體模板的拆除時間過早,混凝土表面溫度急劇變化,產生較大的降溫收縮,表面受到內部混凝土的約束,將產生很大的拉應力(內部混凝土溫度變化相對較小,受自約束而產生壓應力),而混凝土早期抗拉強度和彈性模量較低,因而出現牆體表面較淺範圍內的裂縫。
另外在室外溫差較大的嚴冬和盛夏,由於混凝土結構不易導熱,在結構的頂部和底部常產生溫度裂縫。
1.3 剪力牆所受的各種約束
出現了上述混凝土材料的溫度和收縮應力,如果結構或構件不受約束影響,那麼其將自由變形也不會產生裂縫。
但實際工程中的剪力牆結構構件受到各種約束的影響,如樓板、剪力牆的暗柱(或明柱)及端牆的約束,地下室側牆受到地下室頂板和底板的約束。
這些約束使得剪力牆結構構件不能自由變形或者跟約束構件的變形不同步(或協調)而導致裂縫的產生。