變形作用引起的樓板裂縫分析及其修復(fù)

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摘要：住宅樓現(xiàn)澆混凝土樓板裂縫問題與滲漏問題是目前居民住宅質(zhì)量投訴的重點(diǎn)，而從剪力墻結(jié)構(gòu)與磚混多層結(jié)構(gòu)投訴情況來看，磚混結(jié)構(gòu)裂縫發(fā)生率更高，大部分裂縫表現(xiàn)為表面龜裂，也有貫穿裂縫，既有縱向、橫向，也有斜向以及無規(guī)則裂縫。一般對實(shí)際使用無多大危害，但仍應(yīng)進(jìn)行有效控制，特別是避免有害裂縫的發(fā)生。

　　關(guān)鍵詞：樓板裂縫；鋼筋模板；混凝土；溫度應(yīng)力；養(yǎng)護(hù)

　　作為房地產(chǎn)開發(fā)商及施工單位來說，更希望從設(shè)計、施工的角度分析原因、采取控制措施，盡可能地減少因裂縫整治帶來的經(jīng)濟(jì)與社會聲譽(yù)的損失，而這都建立在對裂縫如何認(rèn)識的基礎(chǔ)上。雖然結(jié)構(gòu)設(shè)計是建立在強(qiáng)度的極限承載力基礎(chǔ)上的，但大多數(shù)工程的使用標(biāo)準(zhǔn)卻是由裂縫控制的，結(jié)構(gòu)的破壞也都是從裂縫的擴(kuò)展開始的，而對于混凝土強(qiáng)度的細(xì)觀研究以及大量工程實(shí)踐所提供的經(jīng)驗都說明，結(jié)構(gòu)物的裂縫是不可避免的，裂縫是一種人們可以接受的材料特征，科學(xué)的要求應(yīng)是將有害程度控制在允許范圍內(nèi)。目前將結(jié)構(gòu)裂縫分為兩大類，即荷載引起的裂縫和變形變化引起的裂縫。工程實(shí)踐中結(jié)構(gòu)物的裂縫原因?qū)儆谟勺冃巫兓癁橹鳎囟?、收縮、不均勻沉降等）引起的占80%，由荷載因素為主引起的占20%，筆者從變形作用引起的樓板裂縫現(xiàn)象展開分析，并總結(jié)了樓板裂縫修復(fù)的常規(guī)手段。

　　一、樓板裂縫現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀

　　從多數(shù)資料反映的住宅樓板裂縫分布規(guī)律與出現(xiàn)的時間段來看，荷載和變形因素往往是混合作用的，而且呈現(xiàn)出一定的與施工工期、施工工藝、季節(jié)溫度、現(xiàn)場條件的關(guān)聯(lián)性。例如磚混結(jié)構(gòu)樓板裂縫往往在施工過程中同步出現(xiàn)，而在冬季和夏季過后又會在不同部位大面積出現(xiàn)，同一個小區(qū)相同的房型結(jié)構(gòu)、不同的施工班組在施工，最終產(chǎn)生的樓板裂縫數(shù)量、分布情況也差異很大，僅用單一的因素去分析很難得出滿意的結(jié)論?，F(xiàn)在上海及江浙一帶的建筑市場分析，建筑施工操作基本上都是以人工為主，機(jī)械設(shè)備為輔。而建筑企業(yè)的工人基本都由農(nóng)民工取代，他們的技術(shù)素質(zhì)相對較差，從業(yè)經(jīng)驗少，施工行為往往無視施工規(guī)范及操作規(guī)程，因此施工因素離散性大、可控性差。我們在施工管理中觀察發(fā)現(xiàn)：同期的建筑在同樣地段、地基狀況基本一致、同一個設(shè)計單位、同一家混凝土供應(yīng)商，但不同的施工隊伍施工出現(xiàn)裂縫的機(jī)率不同，鋼管支撐比木支撐少，結(jié)構(gòu)層施工周期長的比短的少，混凝土養(yǎng)護(hù)好的比養(yǎng)護(hù)差的少，施工文明程度高的比低的少等等。比較的結(jié)果給了我們很大的啟示，當(dāng)把視線聚焦于現(xiàn)場施工管理方面后，發(fā)現(xiàn)多數(shù)情況下這些裂縫產(chǎn)生時的初始誘因能在施工中通過采取一定控制措施來減少、延緩甚至消除，涉及混凝土配合比的控制、混凝土養(yǎng)護(hù)、鋼筋施工、模板支撐體系的選用、施工荷載控制等多個環(huán)節(jié)，從施工過程中記錄的數(shù)據(jù)對比結(jié)果來看也確實(shí)起到了相當(dāng)明顯的效果。許多混凝土結(jié)構(gòu)、砌體結(jié)構(gòu)等建筑物在建設(shè)過程和使用過程中出現(xiàn)了不同程度、不同形式的裂縫，這是一個相當(dāng)普遍的現(xiàn)象，也是長期困擾著建筑工程技術(shù)人員的技術(shù)難題

　　二、混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理

　　混凝土作為一種復(fù)合建筑材料，由于其組成材料的多樣化以及各組成材料間物理化學(xué)作用的多變化，致使混凝土的物理力學(xué)性能與很多因素有關(guān)，混凝土抗壓性能良好而抗拉性能很差，抗拉強(qiáng)度只有抗壓強(qiáng)度的1/8-1/20，并且不與抗壓強(qiáng)度成比例地增加，其極限拉伸變形很小，因而極易產(chǎn)生裂縫。通過近代儀器己經(jīng)發(fā)現(xiàn)混凝土在受荷載以前，在硬化后的混凝土內(nèi)部，尤其是在膠結(jié)料與骨料的界面上總是存在著大量的微觀裂縫，其分布有隨機(jī)性，而這些裂縫在外界荷載作用下或環(huán)境變化時會發(fā)展而形成可見宏觀裂縫，目前規(guī)范或規(guī)程按計算控制的主要是宏觀裂縫。對于荷載引起的裂縫，當(dāng)構(gòu)件中的主拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度或主拉應(yīng)變大于混凝土的極限拉伸應(yīng)變時混凝土就會產(chǎn)生裂縫，如受彎構(gòu)件受拉區(qū)的彎曲裂縫、彎剪裂縫等。溫度引起的裂縫一種情況是大體積混凝土因水泥水化熱導(dǎo)致內(nèi)外溫差過大所引起的溫度應(yīng)力超過混凝土早期抗拉強(qiáng)度時引起的裂縫，另一類是混凝土因環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生膨脹或收縮變形，其中收縮變形又受到外界的約束或內(nèi)部鋼筋的阻礙而產(chǎn)生裂縫。

　　其它還包括混凝土硬化前產(chǎn)生的表面裂縫、混凝土收縮變形時受到約束產(chǎn)生的裂縫、材料不良引起的裂縫等。

　　對于目前住宅現(xiàn)澆樓板存在的裂縫問題同樣沒有形成比較一致的處理意見，而更多的是從設(shè)計上采取一定構(gòu)造措施、施工中加強(qiáng)混凝土配合比控制和養(yǎng)護(hù)等幾方面提出相關(guān)建議，從實(shí)際效果來看確實(shí)收到了一定成效，但樓板裂縫的形成原因確實(shí)有其特殊性和復(fù)雜性，無法以一般大體積混凝土裂縫控制、非荷載原因來解釋分析，對于磚混結(jié)構(gòu)、剪力墻結(jié)構(gòu)等也有其截然不同的分布規(guī)律和形態(tài)特征。

　　三、變形作用引起的樓板裂縫分析

　　3.1 溫度應(yīng)力引起的裂縫分析

　　3.1.1 溫度應(yīng)力的分析

　　根據(jù)溫度應(yīng)力的形成過程可分為以下三個階段：

　　（1）早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結(jié)束，一般約30天。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應(yīng)力。（2）中期：自水泥放熱作用基本結(jié)束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，溫度應(yīng)力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與早期形成的殘余應(yīng)力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。（3）晚期：混凝土完全冷卻以后的運(yùn)轉(zhuǎn)時期。溫度應(yīng)力主要是外界氣溫變化所引起，這些應(yīng)力與前兩種的殘余應(yīng)力相迭加。根據(jù)溫度應(yīng)力引起的原因可分為兩類：（a）自生應(yīng)力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。（b）約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。這兩種溫度應(yīng)力往往和混凝土的干縮所引起的應(yīng)力共同作用。要想根據(jù)已知的溫度準(zhǔn)確分析出溫度應(yīng)力的分布、大小是一項比較復(fù)雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)值計算?；炷恋男熳兪箿囟葢?yīng)力有相當(dāng)大的松馳，計算溫度應(yīng)力時，必須考慮徐變的影響，具體計算這里就不再細(xì)述。

　　3.1.2. 溫度的控制和防止裂縫的措施

　　為了防止裂縫，減輕溫度應(yīng)力可從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。

　　1. 控制溫度的措施：

　?。?）采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；（2）拌合混凝土?xí)r加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度即入模溫度；（3）熱天澆筑混凝土?xí)r減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；（4）規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進(jìn)行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；（5）在寒冷季節(jié)采取保溫措施。

　　2. 改善約束條件的措施：

　　比較常用的措施就是合理地分縫分塊，設(shè)立后澆帶。

　　3.2 混凝土收縮引起的裂縫

　　收縮裂縫顧名思義其產(chǎn)生原因就是混凝土硬化后水份蒸發(fā)體積收縮。從理論上講當(dāng)混凝土在無任何約束而處于自由收縮時，不會產(chǎn)生裂縫的，而實(shí)際工程中，混凝土總是受到各種約束的，如兩端的約束、內(nèi)部配制鋼筋的約束等。由于混凝土收縮過程中受到約束，因而內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就會產(chǎn)生收縮裂縫。一般來講，混凝土受到的約束越大，其產(chǎn)生的收縮裂縫越多或越寬。由于混凝土體積收縮是因為水份蒸發(fā)、干燥導(dǎo)致的，因而收縮裂縫也通常稱為干縮裂縫。

　　一般情況下，幾個月以后，混凝土體內(nèi)多余水份蒸發(fā)已基本完成，混凝土內(nèi)濕度與環(huán)境濕度基本趨于一致，因而收縮裂縫的寬度發(fā)展也趨于停止，處于相對穩(wěn)定狀況。當(dāng)然，之后還將隨著環(huán)境濕度和溫度的變化而略有變化，當(dāng)環(huán)境濕度變大時，混凝土將吸取空氣中的水份，而收縮裂縫變窄些，反之當(dāng)環(huán)境濕度變小時，混凝土收縮裂縫將變寬些。另外，還隨著環(huán)境溫度變化，混凝土也將產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，因而收縮裂縫也會隨著環(huán)境溫度的升高而變窄些，反之，隨著環(huán)境溫度的降低而變寬些。

　　四、樓板裂縫的常規(guī)修復(fù)

　　4.1 混凝土裂縫的修復(fù)時機(jī)

　　無論混凝土是何種因素引起開裂，包括內(nèi)應(yīng)力和外應(yīng)力，從技術(shù)角度考慮其修復(fù)時機(jī)都應(yīng)選擇在裂縫基本穩(wěn)定后才實(shí)施。如收縮裂縫的修復(fù)應(yīng)等其收縮基本完成后再實(shí)施。

　　4.2 混凝土裂縫的修復(fù)方法

　　4.2.1 寬度≤0.3mm，混凝土裂縫的修復(fù)

　　A. 修復(fù)性質(zhì)：封閉性修復(fù)

　　B. 修復(fù)目的：恢復(fù)使用功能和耐久性

　　C. 修復(fù)方法：a）表面封閉法：沿裂縫表面涂刷聚合物或環(huán)氧類封閉材料。b）淺層封閉法：沿裂縫將混凝土鑿成三角槽，三角槽內(nèi)混凝土界面處理，在槽內(nèi)嵌入修復(fù)材料。修復(fù)材料可視裂縫變形情況分別采取無機(jī)剛性修復(fù)材料和聚合物微變形或有機(jī)柔性修復(fù)材料。c）化學(xué)（環(huán)氧類）灌漿法：采用的灌漿修復(fù)材料為低粘度親水性環(huán)氧樹脂，此方法最大的優(yōu)點(diǎn)是修復(fù)材料能在空氣壓力作用下灌入混凝土裂縫深處，并填充于混凝土裂縫中，從而從根本上達(dá)到封閉裂縫的修復(fù)目的。

　　因此，采用這些材料對混凝土裂縫灌漿后，不僅能有效地對裂縫進(jìn)行封閉，同時，也兼有補(bǔ)強(qiáng)加固的作用。另外，在配制化學(xué)灌漿材料的過程中使其增加一定的柔韌性，這對提高混凝土裂縫修復(fù)質(zhì)量從而提高工程的整體質(zhì)量是相當(dāng)有益的。

　　4.2.2 寬度＞0.3mm，混凝土裂縫的修復(fù)

　　A. 修復(fù)性質(zhì)：封閉與加固性修復(fù)

　　B. 修復(fù)目的：恢復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的承載力、使用性能、耐久性能。

　　C. 修復(fù)方法：粘鋼板加固-防腐、防火處理

　　化學(xué)（環(huán)氧類）灌漿封閉裂縫-粘貼碳纖維布加固或粘貼碳纖維板加固-防火處理

　　無論是屋面防水層局部鏟除或全部鏟除重做，在考慮選擇單體防水材料的性能同時，更應(yīng)合理確定防水材料和保溫材料、混凝土頂板之間的組合結(jié)構(gòu)，著重注意施工后防水材料和保溫材料、混凝土頂板復(fù)合在一起的實(shí)際性能，特別是復(fù)合在一起的抗變形性能。這樣才能取得理想的修復(fù)效果。上述各種滲漏的修復(fù)方法，在實(shí)際工程中應(yīng)視具體情況，可單獨(dú)選用，也可幾種復(fù)合選用。