特别策划：钢板剪力墙结构部位混凝土裂缝控制

特别策划：钢板剪力墙结构部位混凝土裂缝控制

编者按：许多高层建筑工程中多使用钢板剪力墙结构，该部位的混凝土特点为：（1）拌合物流动度大，粘度大；（2）粉料用量多、强度高、收缩大；（3）混凝土与钢板之间的约束力非常大；（4）当钢板剪力墙混凝土厚度超过 1m 时，属于大体积混凝土剪力墙，这时混凝土的温度应力非常大。这些因素均会导致混凝土开裂，实际工程中也经常出现开裂现象，而且通常 3d 就开裂，裂缝多而且分布无规律。

因此本期特别策划从原材料和施工两个方面分析开裂的原因，并讨论如何降低开裂的风险。

赵恒树（山东亿辰混凝土有限公司，高级工程师）

随着高层建筑的迅猛发展，采用剪力墙结构的工程也越来越多，强度也越来越高，从 C40 到 C60。特别是地下室外墙，又厚又长，产生裂缝的几率也越来越大。下面就从影响裂缝的主要原因和防治措施进行论述。

1 引起裂缝的原因

1.1 原材料方面的原因

（1）水泥的标准稠度过大：较差的 P·O42.5 水泥的标准稠度超过 31%，而较好的 P·O42.5 水泥的标准稠度只有26%。水泥的标准稠度越小，达到同等混凝土强度的单方用水量也越少，混凝土自身的收缩也就越小。在暑期生产时，水泥的进场温度过高，一般都在 70℃ 左右，高者可达到80～90℃。

（2）砂石的含泥量过大：由于天然砂的大量开采，质量较好的砂子已经很少，能采购到的砂子的含泥量已超过 4%，不符合Ⅱ级中砂的标准。有的石子的含泥量也超过 2%。混凝土中的含泥量越大，其自收缩也越大。

（3）砂石的粒形对混凝土收缩的影响：使用机制砂比用河砂的混凝土收缩率小；使用中粗砂比用细砂的混凝土收缩率小；使用连续级配比用单粒级的石子的混凝土收缩率小；石子的粒径越大，混凝土的收缩率越小。

（4）粉煤灰对混凝土收缩的影响：粉煤灰越细，混凝土的收缩率越小；粉煤灰的需水量比越小，混凝土的收缩率越小。

（5）外加剂对混凝土收缩的影响：使用聚羧酸减水剂比用其它类型的外加剂对混凝土收缩率的影响都小。经试验，将其它类型的外加剂掺加到混凝土中后都明显增加混凝土的自收缩。

（6）矿粉的掺加量超过胶凝材料的 15% 以上时，随着掺量的增加，混凝土的自收缩也会明显增大。并且矿粉的进场温度也很高，多数在 70℃ 以上。

1.2 配合比方面的原因

（1）砂率过大。

（2）矿粉掺量过大。

1.3 设计方面的原因

（1）混凝土的设计强度过高，在地下室部位外墙和附墙柱的混凝土强度采用同一个等级。

（2）在地下室外墙部位的后浇带间距过长，超过 20m。

（3）剪力墙的水平筋的直径偏小，间距过大，还有的使用圆钢。

1.4 环境方面的影响

（1）温度的影响： 同样为 C50 地下室外墙，若是在平均气温为 25℃ 以上时浇筑混凝土，就很容易产生竖向裂缝；若是在平均气温为 10℃ 以下时浇筑混凝土，就不会产生裂缝。这是因为气温越高时，易产生较大温差，会产生较大的拉应力，导致墙体裂缝。

（2）养护条件的影响：较厚的混凝土墙体内部的水化热较高，如果在暑期施工，拆除模板后用地下水养护墙面，就容易造成内热外冷，导致墙体表面收缩增大，产生裂缝。

2 预防措施

2.1 原材料的优选和使用

（1）使用标准稠度较小的水泥，当混凝土强度等级大于C35 时，优先使用 P·Ⅱ52.5 级水泥。在暑期浇筑 C50 及以上混凝土时，必须要控制水泥的进场温度，不得大于 60℃。

（2）优先使用含泥量较小的中砂或石粉含量小于 8%的机制砂。使用连续级配的碎石，在构件的钢筋净距不小于30mm 时，尽量选用粒径较大的石子。

（3）使用Ⅰ级粉煤灰、聚羧酸减水剂和适量 S95 级矿粉。在暑期生产混凝土时要控制矿粉的进场温度不得大于60℃。

2.2 优化混凝土配合比

（1）根据砂的细度模数，选择合适的砂率。

（2）根据试配出的 28d 强度和规程要求的富余系数，确定配合比；不要把混凝土讥评强度的富余系数定得过高。

（3）掺加合格的膨胀剂，限制膨胀率必须大于0.025%。当前，不合格的膨胀剂充斥了市场，出厂价低于 500元/吨的产品就很难保证其合格，若使用不合格的膨胀剂，还不如不用。

（4）若在暑期施工，当混凝土强度等级大于 C35 时，应当先用地下水冲洗砂石降低其温度，使混凝土的入模温度不高于日最高温度；当混凝土强度等级大于 C45 时，除了用地下水对砂石降温以外，还应在混凝土搅拌时加入 50～80kg/m3冰屑对混凝土拌合物进行降温，使混凝土的入模温度控制在日平均温度为佳。

2.3 优化设计方案

（1）当确定高层建筑的地下室外墙的混凝土强度等级时，应当把框架柱与剪力墙的混凝土等级分开，剪力墙的混凝土等级宜采用 C40，框架柱可采用 C50 或 C60。

（2）地下室外墙在暑期施工时，其后浇带的间距宜在20m 以内，并且应在日平均气温不大于 10℃ 时再浇筑后浇带。

（3）超过 15m 长的剪力墙，其水平配筋宜选用螺纹钢筋，直径为 12～16mm，间距不大于 150mm。

2.4 随着环境的变化而采取不同的应对措施

（1）当混凝土强度等级越高，在暑期施工时的开裂几率就越大。因此当混凝土等级≥C40 时，就应千方百计地降低混凝土的出机温度，混凝土的入模温度越低，剪力墙就越不容易裂缝。最好把混凝土的入模温度控制在日平均温度左右。而在冬期施工时，不掺加膨胀剂，混凝土剪力墙也不容易裂缝。而在春秋季可不用采取特殊的降温措施，只掺加适量的膨胀剂就不会裂缝。

（2）在暑期施工高等级混凝土剪力墙时，养护也是关键的一步，待混凝土终凝后，可把紧固模板的螺丝松开，然后用塑料管钻上 2mm 的小孔，间距为 200mm。放在墙顶，通上温水（在水箱中储存 1d 或经太阳晒过的水）。不得采用地下水，因地下水温度较低，容易对墙体表面降温，导致墙体开裂。也可在墙体拆模后随即刷一层合格的养护液，在墙体表面形成一层薄膜，防止墙体内水分蒸发。

陈志远（葛洲坝集团试验检测有限公司，高工）

钢板剪力墙结构部位的混凝土，由于设计强度较高，施工周期要求较短，所以胶凝材料用量较大。所用水泥早期强度发展较快，这样的混凝土，其自身体积变形较大，且多表现为收缩，同时混凝土失水后表现出的干缩现象也较为明显，而钢板剪力墙中的混凝土受到周边约束又较强，当其收缩受到限制，拉伸变形超出能忍受的极限值后，开裂就成了必然。另外，如果混凝土尺寸较大时，由于其水化热聚集较多，散失缓慢，也会引起温度应力而加剧开裂。

混凝土开裂造成的后果很严重，它会导致结构强度大幅度下降，耐久性能恶化。为了防止开裂的产生，首先可以考虑加强养护工作，浇筑后在混凝土与空气的接触面上及时覆盖保湿层，保持长时间的洒水、喷淋，可以有效降低由于干缩引起的开裂。再者，就是在混凝土生产和浇筑过程中采取温度控制措施，诸如对混凝土原材料进行预冷，用低温水代替常温的拌合水，甚至在拌制混凝土时加冰，在运输设备上加装遮阳、降温设施，在浇筑部位喷雾，这些措施可以降低混凝土浇筑后的内部温度，有效减小温度应力，对预防开裂很有益处。另外，还可以从混凝土配合比上着手，采用减水效果好的外加剂，掺入适量的优质粉煤灰，从而降低混凝土中的用水量和胶凝材料的用量。混凝土中胶凝材料是变形产生的源泉，控制了变形也就控制了开裂。也可以考虑补偿收缩，比如在混凝土中掺入适量膨胀剂，减小混凝土的收缩，对防止开裂有利。

杨俊飞（陕西明泰工程建设有限责任公司，高级工程师）

钢板剪力墙混凝土的开裂风险比较大，该类混凝土一般设计强度高、水胶比低，需要的胶材多，通常粘性也大，在工程实际中常常出现裂缝。如何控制裂缝，笔者认为应从两方面着手：

混凝土原材料方面

（1）尽量使用粉煤灰、矿粉、石灰石粉、硅灰等掺合料适量取代水泥，推迟混凝土“热峰”出现的时间，降低混凝土中心和表面的温度差；

（2）选用级配良好的中砂，细度模数在 2.4～2.8，含泥量≤2%，泥块含量≤0.5%；

（3）尽量选用连续级配的碎石，其配制的混凝土孔隙率小，需要的胶材数量少，所配制的混凝土强度、抗裂性、耐久性等均较用单一级配碎石配制的混凝土有所提高和改善；

（4）加入纤维膨胀剂或抗裂膨胀剂、高性能膨胀剂等，纤维可以减少混凝土的应力集中，抑制混凝土的早期干缩微裂缝及离析裂纹的产生与发展，膨胀组分能补偿混凝土水化凝结过程产生的干缩、冷缩、化学收缩、塑性收缩等；

（5）泵送剂方面，去掉或者适量减少增粘组分，如麦芽糊精、聚丙烯酸钠、纤维素等的用量，将引气组分、缓凝组分调整在合适的范围内；

（6）坍落度要求：在满足泵送的要求下采取尽可能低的坍落度，控制钢板剪力墙的混凝土坍落度在 (160±20)mm 范围内。

施工方面

（1）泵送、振捣等施工设备要有保障，工地要有备用发电机，要有施工应急预案，控制混凝土的运输、浇筑及间歇不得超过混凝土的初凝时间；

（2）采取跳仓法施工，设置合理的跳仓间距，合理分块，使结构承受的温差和收缩作用减少，“放、抗”相结合，从而达到减少裂缝的目的；

（3）不能采取跳仓法施工时，宜采取分层连续浇筑，每层厚度不宜超过 1m，采用二次振捣工艺，排除混凝土内多余的气泡，并应确保混凝土无冷缝产生；

（4）混凝土浇筑完毕后，对表面要进行多次拍振，采取二次抹压，严禁带水收面或撒干水泥收面，要使用原浆收面，混凝土表面可搓成麻面，麻面应纹路顺直；

（5）采用预热钢板的方式，主动干预钢板的变形以控制钢板—混凝土组合剪力墙结构的有害裂缝。

张凯峰（中建商品混凝土西安有限公司，研发主管）

一般认为混凝土裂缝产生的原因主要包括四种：一是混凝土自收缩，这是因混凝土自身原因产生的，不可避免，一般为微裂缝；二是因混凝土原材料及配合比设计产生的裂缝；三是现场施工及早期养护原因产生的裂缝；四是外界的环境比如酸碱盐对结构的腐蚀带来的裂缝。

结合我公司在钢板剪力墙混凝土的施工经验谈一下裂缝控制措施及建议。

高性能低水化热混凝土的配制

避免温差和混凝土收缩产生裂缝，制备高性能低水化热混凝土可采取以下措施：降低水泥用量，超掺混合材，尤其是优质粉煤灰与矿粉用量的增加，能降低混凝土的绝热温升，同时保证混凝土后期强度要求；开发专用缓凝型高效外加剂，推迟混凝土水化热的峰值时间； 在满足混凝土泵送性能及力学性能要求的前提下，降低水胶比；适量掺入微硅粉、微珠等降低混凝土的粘度，使得混凝土拥有良好的施工性能，达到自密实效果。

入模温度控制

在施工气温较高时，尤其应注意混凝土的入模温度。原材料方面，通过覆盖遮阳等措施控制骨料温度，水泥、粉煤灰、矿粉等粉料严格控制入罐温度；施工现场，泵管宜用湿水麻布包裹，保证泵送过程中温控。

养护过程控制

施工后硬化阶段的混凝土养护工作极其重要，其主要有保温与保湿两种措施。保温是降低混凝土表面热扩散速率，防止其产生表面裂纹，保湿是为了防止混凝土表面因脱水产生干燥收缩裂缝。具体措施就是在混凝土施工后表面覆盖一层塑料薄膜和一层麻布片，并且安排专人洒水养护，以达到保温保湿的效果。

高国成（威海市威龙建筑安装有限公司，技术经理）

剪力墙结构是薄壁结构的一种形式，即厚度远小于长度和宽度的一个竖向结构。这个结构本身相对于其他的混凝土结构更容易开裂，同时开裂形式多为竖向裂缝。这种裂缝产生的主要原因是混凝土在凝结硬化过程中受竖向配置钢筋、过渡钢筋的约束拉伸而产生的。针对于这种裂缝无法避免，只有各方从各自的角度进行优化避免有害裂缝的产生。

剪力墙钢筋的设计除了满足设计和规范的要求，尽量采用同强度支撑要求的数量多、间距小、宽度和深度小的钢筋。这样可以抵御限制混凝土的早期收缩产生的应力。同时在梁板、洞口、边缘设计加密钢筋。另外对于过长或者过高的剪力墙要留置后浇带。对于混凝土的强度等级设计尽量采用低强度等级的混凝土，如果设计混凝土强度等级过高，可以要求添加采用膨胀混凝土或者纤维混凝土，设计混凝土龄期可以适当延长至 60 天或者 90 天。

混凝土配合比的设计尽量以降低水泥水化热为宗旨。一般剪力墙的混凝土设计为 C30～C40 微膨胀，可以双掺粉煤灰、矿渣粉，掺加膨胀剂。为了使剪力墙更利于浇筑，在满足泵送的要求的前提下，可以适当采用大的连续级配的粗骨料。为了延迟水泥水化热，可以采用复配一定量缓凝剂的高减水泵送剂，延长混凝土的放热峰值，从而降低出现裂缝的概率。

对混凝土施工工艺进行严格控制也是剪力墙避免产生裂缝的重要方面。浇筑时间尽量安排在早晨或晚上，避开正午高温，当然安排在晚间浇筑更为合理。剪力墙浇筑也应采用全面分层浇筑，最大不超过 500mm，对于长度过长的可以采用分层分段浇筑。待一层浇筑初凝前浇筑第二层，一般浇筑下一层的时间控制在 45 分钟到一个小时内。剪力墙的养护相对于柱子、板面更困难一些，结合规范要求喷涂养护液能更好地起到保温、保湿的作用，但是当前这样做的施工单位很少。结合混凝土的养护原理，可以采用延迟拆模时间或者部分拆模进行养护。避免因大气温度突然变化与混凝土表面混凝土产生温度梯度，从而产生温度拉应力，导致生产裂缝。所以要延迟拆模或者由拆模工人将模板撬开一点缝，待温度慢慢释放，同时可以采用塑料管打眼，利用水的压力对墙进行喷淋养护，即可达到保温、保湿养护的目的，可操作性强。

剪力墙裂缝是避免不了，但是我们作为施工单位，要与设计和混凝土生产单位多沟通，设计单位和混凝土单位要及时给施工单位提供关键的技术交底。只有都重视了，相信剪力墙的有害裂缝是可以预防的，至少可以保障剪力墙的正常使用。

李从喜（鄂州市玖鑫商砼有限公司，工程师）

随着我国超高层建筑不断的涌现，高度不断增加，建筑结构形式愈加复杂。超高层建筑不但要求结构的承载力大，还要求构件尺寸小，以尽可能地增加建筑的使用空间。钢板混凝土组合剪力墙便具备以上功能特点，在高层、超高层结构中得到很好地运用。

钢板混凝土组合剪力墙，墙体采用的混凝土为高强高性能混凝土。由于钢板混凝土组合剪力墙的结构特点及其所用的高强高性能混凝土的特殊性使得墙体早期开裂严重。下面从分析钢板混凝土组合剪力墙结构特点和高强高性能混凝土的特性找出易造成开裂的因素，从而降低钢板混凝土剪力墙早期开裂风险。

钢板混凝土组合剪力墙结构特点是：钢板混凝土组合剪力墙体系中的钢板及型钢梁、柱刚度大，构造复杂，钢材的弹性模量为 2.06×105N/mm2，成熟混凝土的弹性模量一般在 (3.55～3.8)×104N/mm2(C50～C80)，且早龄期混凝土的弹性模量更低，钢材不会随混凝土一同收缩变形，这使得组合墙体中的混凝土的收缩受到较传统剪力墙更大、更复杂的约束，更易形成早期的非结构性裂缝。

高强高性能混凝土，特点是强度高，胶凝材料用量大、水灰比低，活性矿物掺料多。

（1）由于混凝土强度高，从而早期弹性模量高、增长速度快，而徐变松弛作用相应减小，同时高强混凝土早期收缩大，特别是产生自收缩较大，从而在约束的混凝土结构中产生较大的拉应力，当应力超过其抗拉强度时，就会产生裂缝。

（2）胶凝材料用量大、水灰比低。

胶凝材料用量大势必会增大混凝土的水化热，使混凝土内部温度升高，很容易造成温度裂缝。

水灰比低的高强高性能混凝土内部结构比高水灰比混凝土更加致密而完整，粗孔数量较少，而细孔数量增多。在失水量相同情况下，细孔特别是 10nm～10um 毛细孔，由于毛细管张力作用会导致混凝土体积更大的收缩，很容易造成收缩裂缝。

（3）活性矿物料的大量加入。由于活性矿物比表面积都较水泥高出许多，特别是硅灰。这势必会进一步细化混凝土中的细孔。孔越细小，孔中水的表面张力就越强，失水时造成的收缩就会越大。不过由于早期粉煤灰不参加反应，混凝土的收缩会随着粉煤灰掺量的增大而减小，特别是早期的减小会更明显。

通过前面分析，针对钢板混凝土组合剪力墙结构特点以及高强高性能混凝土强度高、早期收缩大、水化放热多、微观结构致密。通过材料优化、设计结构措施、施工防裂措施加以预防。

一、材料优化措施

（1）使用粉煤灰替代部分水泥，水泥采用低热水泥，以降低混凝土水化放热。

（2）掺加膨胀剂、减缩剂等外加剂减少墙体混凝土的收缩。

（3）利用高吸水树脂或吸水轻骨料，为混凝土提供内养护作用，以减少高强混凝土的早期收缩。

（4）掺加钢纤维，聚丙烯纤维等纤维材料，增强混凝土的抗拉性。

二、设计构造措施

（1）处理好钢板混凝土组合剪力墙体系中墙体构件、墙体与其他相邻构件的布置，增强体系的柔性，以改善墙体的约束条件。

（2）墙体配置合理的构造筋，提高混凝土的抗裂能力。

（3）除满足结构设计外，还需考虑组合墙体钢骨架、钢板、栓钉钢筋的构造措施，以改善组合墙体的内部约束。

三、施工防裂措施

（1）在钢板混凝土组合剪力墙表层增设钢筋或钢丝网片，分散混凝土的收缩应力，增强混凝土的抗裂性能。

（2）混凝土浇筑采取合理的浇筑顺序，分阶段、分块、分层浇筑，以降低混凝土的水化热及收缩的影响。

（3）混凝土浇筑后，对钢板进行加热，以降低由于温升导致混凝土和钢板之间的变形差，减少混凝土的收缩应力。

（4）利用预埋冷却水管降低墙体混凝土的温度，有必要对体积较大的钢板混凝土组合剪力墙不同部位、不同深度的温度进行检测，以便对墙体混凝土温度实施动态控制。

（5）加强混凝土早期的养护，墙体拆模前采用带模蓄水养护，拆模后采用薄膜、养护液或喷雾等保湿、保温养护。

李东（沧兴商砼沧州有限公司，试验室主任）

近年来，在许多高层建筑中，采用了钢板—混凝土组合剪力墙。这种剪力墙作为新型的抗侧力结构体系能有效提高结构的承载力和抗震性能，塑性能量吸收能力大，不轻易发生卸载，还可减小剪力墙截面尺寸，为建筑物节约更多的空间。

钢板—混凝土组合剪力墙结构体系在拥有众多优势的同时，也由于混凝土强度等级高、水化热温升高、自身收缩大、钢板对混凝土的约束大、养护困难等诸多因素使混凝土墙体产生了有害裂缝。

如何有效控制组合剪力墙裂缝成为人们关注的焦点。钢板—混凝土组合剪力墙中钢板及栓钉对混凝土产生明显约束，是导致钢板—混凝土组合剪力墙开裂的主要原因之一。采用预热钢板—混凝土组合剪力墙钢板的方式，在混凝土初凝前对钢板进行预热，使其产生一定膨胀，终凝后钢板温度缓慢下降产生收缩，当其收缩与混凝土体积收缩基本一致时，可以降低钢板与混凝土的实际变形差值，减少钢板对混凝土收缩的约束，对钢板—混凝土组合剪力墙裂缝的控制具有显著的成效。

优化配合比、合理配筋、加强保温保湿养护，降低水化热温升，能有效减少混凝土的收缩，对控制钢板—混凝土组合剪力墙有害裂缝起着积极作用。以下是从混凝土原材料、配合比、施工养护等几个方面分析控制措施：

一、原材料

严格控制用于混凝土生产中砂石骨料的质量。C30～C55强度等级混凝土要求砂子含泥量不大于 3.0%，泥块含量不大于 1.0%，石子含泥量不大于 1.0%，泥块含量不大于 0.5%，石子针片状颗粒含量不大于 15%；C60 及以上强度等级混凝土要求砂子含泥量不大于 2.0%，泥块含量不大于 0.5%，石子含泥量不大于 0.5%，泥块含量不大于 0.2%，石子针片状颗粒含量不大于 8%。粗细集料含泥量过大，造成混凝土收缩增大，集料颗粒级配不良或采取不恰当的间断级配，容易造成混凝土收缩的增大，诱导裂缝的产生。骨料粒径越细、针片含量越大，混凝混凝土单方用灰量、用水量增多，收缩量增大。

二、配合比

合理设计混凝土配合比。配合比中水胶比越大，混凝土收缩越大；单方水泥用量越大、用水量越高，表现为水泥浆体积越大、坍落度越大，收缩越大；配合比设计中砂率、水灰比选择不当造成混凝土和易性偏差，导致混凝土离析、泌水、保水性不良，增加收缩值。

对于大体积混凝土，在设计中考虑采用 60 天或 90 天龄期混凝土强度值作为设计值，以减少混凝土单方水泥用量，并积极采用各类行之有效的混凝土掺合料。

要解决由于收缩而产生的裂缝，可在混凝土中掺用膨胀剂来补偿混凝土的收缩，实践证明效果是很好的。

三、施工养护

混凝土浇捣时，振捣捧要快插慢拔，根据不同的混凝土坍落度正确掌握振捣时间，避免过振或漏振，应提倡采用二次振捣、二次抹面技术，以排除混凝土内部的水份和气泡。

在混凝土裂缝的防治工作中，对新浇混凝土的早期养护工作尤为重要。有效覆盖并充分湿养护以保证混凝土在早期尽可能少产生收缩，养护时间为 14～28 天。

对于大体积混凝土，施工时应充分考虑水泥水化热问题。采取必要的降温措施（埋设散热孔、通水排热等），避免水化热高峰的集中出现，降低峰值。浇捣成型后，应采取必要的蓄水保温措施，表面覆盖薄膜、湿麻袋等进行养护，以防止由于混凝土内外温差过大而引起的温度裂缝，混凝土浇筑体的里、表温差控制不宜大于 25℃，混凝土浇筑体的降温速率不宜大于 2.0℃/d。

综上所述，对于混凝土裂缝的控制是一个综合性的问题，需要经过设计、监理、施工及使用方等多方面的配合。