蔡朋朋

(北京市海淀區(qū)房屋安全鑒定站,北京 100080)

鋼板-混凝土組合剪力墻具有抗側(cè)力強度高、滯回耗能能力強、抗壓能力強、優(yōu)良的抗震性能等特點,被越來越多的應(yīng)用到超高層建筑中。與普通的混凝土剪力墻相比,鋼板-混凝土組合剪力墻不僅受到混凝土自身水化熱變形的影響,還受到混凝土與鋼板及栓釘變形差的影響,因此鋼板組合-剪力墻的裂縫成因更加復(fù)雜。

某超高層建筑應(yīng)用了鋼板-混凝土組合剪力墻新技術(shù),設(shè)計的鋼板-混凝土剪力墻最大厚度達1.7 m,混凝土成型過程中釋放大量水化熱,一般在混凝土澆筑3 d～5 d內(nèi)達到最高溫度,由于大體積混凝土體形過大,混凝土本身也不易散熱,從而導(dǎo)致內(nèi)外溫差過大,容易產(chǎn)生溫度、收縮裂縫,影響建筑物安全性和耐久性。為了有效防控裂縫,進行了混凝土原材料選擇和配合比優(yōu)化設(shè)計,并對大厚度組合剪力墻澆筑后采取合理的養(yǎng)護措施控制其內(nèi)部溫度以及對裂縫發(fā)生情況進行實測分析,結(jié)果表明裂縫控制狀況良好,該工程未產(chǎn)生溫度裂縫,僅表面產(chǎn)生收縮裂縫。

1 工程概況

本項目屬于冬期施工,混凝土在1月份初澆筑,最高氣溫12 ℃,最低氣溫-13 ℃,并有大風(fēng)大雪天氣。組合剪力墻的厚度、結(jié)構(gòu)形式見圖1。墻厚1.7 m,墻體內(nèi)置25 mm厚鋼板,將墻體混凝土分為1.0 m和0.7 m兩部分,墻體兩端部設(shè)有型鋼暗柱,墻內(nèi)鋼板兩側(cè)還配有普通鋼筋,鋼板上布置栓釘,增加鋼板與混凝土咬合。

2 裂縫控制措施

2.1 原材料的選取

為降低混凝土水化熱反應(yīng),采用低熱水泥的同時,適量摻加粉煤灰及礦粉,進一步降低水泥用量?？紤]到鋼板-混凝土組合剪力墻內(nèi)部配置厚鋼板及大量鋼筋,混凝土不易振搗,設(shè)計采用自密實混凝土,同時適量采用泵送劑,增加其流動性。

2.2 混凝土配合比及相關(guān)參數(shù)

為減緩升溫速率,設(shè)計了60 d強度混凝土,即混凝土澆筑后60 d達到設(shè)計強度C60。經(jīng)優(yōu)化設(shè)計與試配,得到組合剪力墻的混凝土配合比見表1,混凝土坍落度為260 mm,擴展度為600 mm[1]。混凝土的彈性模量變化、標準試塊在標準養(yǎng)護及同條件養(yǎng)護下強度發(fā)展見圖2[2-3]。標準養(yǎng)護下60 d混凝土強度為73.5 MPa,同條件養(yǎng)護下60 d混凝土強度為72.3 MPa,均滿足混凝土的強度要求。

表1 組合剪力墻混凝土配合比

2.3 混凝土澆筑及養(yǎng)護措施

為了提高混凝土澆筑的密實度和利于散熱,降低組合剪力墻的內(nèi)外溫差,采用了分層澆筑和輔助振搗,墻體共分四層澆筑[4-6]。

混凝土澆筑完畢后,墻頂面用一層塑料薄膜加一層棉氈覆蓋防止混凝土表面溫差過大,墻側(cè)面除模板外無其他保溫措施以便于混凝土散熱;澆筑后第5天拆除模板并覆蓋棉氈對組合墻側(cè)面進行保溫養(yǎng)護,第13天完全拆除保溫措施,不再養(yǎng)護。

2.4 預(yù)應(yīng)力技術(shù)控制裂縫

本項目嘗試通過對墻體施加預(yù)應(yīng)力來控制裂縫,為減少預(yù)應(yīng)力摩擦損失,采用分段張拉預(yù)應(yīng)力筋,將預(yù)應(yīng)力鋼筋張拉到控制應(yīng)力σcon,組合剪力墻的預(yù)應(yīng)力布置及張拉過程如圖3所示,預(yù)應(yīng)力筋布置在厚側(cè)墻體,預(yù)應(yīng)力筋距鋼板水平距離470 mm,從上到下總共布置4束,每束7根?；炷笼g期為第13天時施加預(yù)應(yīng)力,采用后張法分三級施加預(yù)應(yīng)力,每次從上而下張拉預(yù)應(yīng)力筋,每級施加預(yù)應(yīng)力時間間隔0.5 h,總共張拉2.5 h,具體施加預(yù)應(yīng)力情況如表2所示。

表2 組合墻預(yù)應(yīng)力施加情況

3 鋼板-混凝土組合剪力墻裂縫觀測及分析

3.1 墻體頂面裂縫情況

由于墻表與環(huán)境溫差過大,澆筑后24 h時,墻體頂面已觀察到多條由墻體邊緣向墻內(nèi)延伸的裂縫,厚側(cè)和薄側(cè)各有10條左右,最大裂縫寬度0.16 mm;13 d拆除保溫措施后,觀察到墻體頂面裂縫已布滿很多雜亂無章的裂縫,多數(shù)裂縫寬度超過0.2 mm。從裂縫形態(tài)看,屬于由表面與環(huán)境溫差過大及多風(fēng)、干燥等環(huán)境原因引起的干縮裂縫。

3.2 墻體側(cè)面裂縫情況

圖4為澆筑后第5天、第13天和第32天時項目墻體兩側(cè)的裂縫分布情況。通過裂縫觀測可得:1)混凝土較厚一側(cè)由于水化熱較大,因此裂縫明顯多于較薄一側(cè);2)拆除模板后,由于采用合理的保溫措施,薄側(cè)裂縫發(fā)展較小,但厚側(cè)由于水化熱較大,墻體表面裂縫有一定發(fā)展;3)拆除保溫措施后,厚薄兩側(cè)裂縫均有較大發(fā)展,尤其是厚側(cè)墻體出現(xiàn)增加較多干縮裂縫。

4 項目剪力墻裂縫出現(xiàn)的原因及防治措施建議

4.1 項目剪力墻出現(xiàn)裂縫的原因[7-11]

大厚度鋼板-混凝土組合剪力墻內(nèi)部配置厚鋼板及大量鋼筋,不僅受到外部約束,還受到內(nèi)部約束的影響,墻體混凝土開裂機理既不同于普通大體積混凝土的溫度應(yīng)力作用,也有別于普通混凝土剪力墻的收縮開裂作用。本項目混凝土應(yīng)變主要由鋼材與混凝土同步變溫產(chǎn)生的自由脹縮變形(不產(chǎn)生應(yīng)力)、鋼材與混凝土線膨脹系數(shù)差引起的變形、內(nèi)外層混凝土變溫差引起的變形、混凝土干縮變形等多重因素耦合作用產(chǎn)生,且上述各項應(yīng)變在升降溫階段多數(shù)存在正負應(yīng)變的轉(zhuǎn)變。

就本項目而言,裂縫產(chǎn)生的主要原因是較大墻體溫差和干燥多風(fēng)引起的干縮。其中,升溫階段的表面不規(guī)則裂縫多產(chǎn)生于保溫措施覆蓋不到位的部位,尤其是有導(dǎo)線或鋼筋穿出墻表的部位;降溫階段的裂縫主要發(fā)生在內(nèi)部約束較大(暗柱)的部位;溫度穩(wěn)定后產(chǎn)生的裂縫則是移除覆蓋措施后受干燥多風(fēng)影響產(chǎn)生的干縮裂縫。

4.2 裂縫防治措施及建議

1)可采用本項目設(shè)計的低水化熱60 d強度材料配合比,但拌和過程中應(yīng)根據(jù)季節(jié)采取升/降溫骨料、溫/冷水拌和等措施控制入模溫度,澆筑過程應(yīng)適當分層澆筑等增加散熱面控制溫升。

2)保溫保濕措施非常重要,根據(jù)季節(jié)采取充分的保溫保濕及養(yǎng)護措施,可大幅降低內(nèi)外溫差,減少墻體干縮裂縫。實際工程中建議將拆模時間至少延長至澆筑后第7天—第8天,有條件可繼續(xù)延長,且拆除模板后還需繼續(xù)采取保溫保濕養(yǎng)護措施。

3)夏季施工混凝土升溫過程快,容易產(chǎn)生塑性裂縫,除加強保濕措施外,可適當加入微膨脹劑或纖維;冬季施工則同時加強保溫和保濕措施,通過控制混凝土內(nèi)外溫差和降溫速率來限制內(nèi)部裂縫和表面裂縫。

4)盡量避免在混凝土表面設(shè)置伸出部件,若不可避免時應(yīng)加強對這些部位的保溫保濕和養(yǎng)護。

5)施加預(yù)應(yīng)力大體積鋼板-混凝土組合剪力墻控制意義不大,并且采用預(yù)應(yīng)力可能造成人工、材料、時間等附加成本,因此預(yù)應(yīng)力技術(shù)在鋼板-混凝土組合剪力墻的應(yīng)用還需要進行研究。

5 結(jié)語

隨著國內(nèi)超高層建筑的興起,鋼板-混凝土組合剪力墻作為一種主要抗側(cè)力構(gòu)件在工程上的應(yīng)用越來越廣泛,并且由于往往伴隨著大體積,溫度對于組合墻體的裂縫產(chǎn)生具有重要影響。本項目采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)對墻體進行裂縫控制,但對裂縫控制意義不大,并且采用預(yù)應(yīng)力可能造成人工、材料、時間等附加成本,因此對于鋼板-混凝土組合剪力墻來說,控制溫度是關(guān)鍵。