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建筑学论文 浅谈建筑现浇混凝土楼板裂缝的原因及其防治

2019-04-12 14:32:16来源:组稿人论文网作者:婷婷

  [摘要]在建筑施工中,现场浇筑的混凝土楼板裂缝是一种普遍存在的现象,这些裂缝不仅影响建筑物的美观,而且严重影响建筑物的使用功能,大大降低了房屋结构的耐久性;破坏结构的整体性、降低其刚度;引起钢筋腐蚀;是目前较难克服的质量通病之一,这些质量问题直观反映到我们日常生活中,例如:建筑屋面、浴室、阳台等渗漏水造成我们生活困扰,现就以施工为主、兼顾设计和材料原因分析楼面裂缝的成因,分析具体的预防以及措施。

  [关键字] 现浇混凝土,楼板裂缝,渗漏水,防治措施

  引  言

  在建筑施工中,现场浇注的混凝土楼板常常会出现大小不等,深浅不一的裂缝现象, 这些裂缝不仅影响建筑物的美观,而且影响建筑物的使用功能,大大降低了房屋结构的耐久性;破坏结构的整体性、降低其刚度;引起钢筋腐蚀;是目前较难克服的质量通病之一,重点表现在:一是综合体商用楼的使用功能受制即:渗漏水问题;二是住宅工程楼板的裂缝发生后,往往会引起的投诉、纠纷、以及索赔要求等。因此如何解决这种常见的混凝土裂缝,是设计者和施工者都不可忽视的问题。本文通过分析现浇混凝土楼板常见裂缝的表现状况,揭示了裂缝产生的原因,并且提出了如何控制预防和处理的措施,供大家参考。

   

  一、裂缝产生的原因及分类

  对混凝土裂缝的研究,首先我们要知道裂缝的定义。裂缝是固体材料中的某种不连续现象,我们所接触到的是肉眼可以看到的裂缝,又称宏观裂缝,是微观裂缝发展的结果。根据混凝土结构(非预应力混凝土结构)所处的环境分为五个类别,一般情况下我们所接触的为一、二a、二b类三个类别,最大裂缝宽度限值一类0.3mm和二类0.2mm 。通过对某些楼板裂缝的调查,发现缝宽一般在0.1~1mm之间,个别裂缝达1.4mm。而裂缝的形式比较多,有贯穿的、表面的、有横向的,也有纵向的、宽度大小也不一,但主要有以下几种:1、纵向裂缝:即沿建筑物纵向方向的裂缝,出现在板下皮居多,个别上下贯通;2、横向裂缝:即在跨中1/3范围内,沿建筑物横向方向的裂缝,出现在板下皮居多,个别上下贯通;3、角部裂缝:在房间的四角出现的斜裂缝,板上皮;4、楼板根部的横向裂缝:距支座在30cm内产生的裂缝,位于板上皮;5、顺着预埋电线管方向产生的裂缝。

  根据裂缝的形式,我们分析裂缝的分类:第一种为结构性裂缝,在外荷载作用下由应力引起的裂缝,主要是地震,台风等自然灾害产生的。第二种为非结构性裂缝,主要由温度、收缩、膨胀和不均匀因素等引起的裂缝。第三种为人为因素造成的裂缝,如设计不当、施工不规范、材料不合格等引起的。本文主要对第三种裂缝原因进行论述。

  (一)设计方面原因

  华南沿海地处亚热带,年均温度24℃左右,夏季温度比较高,极端最高温度可达38℃,而构筑物外表面温度可达50℃左右。夏天时,构筑物外墙面表面温度高于室内温度,外墙面在高温下发生受热膨胀作用,在纵横两个方向墙面的膨胀变形对楼板产生的牵拉力作用下,使得纵横两垛外墙夹角处的楼板呈现向外墙方向拉伸。当主拉应力大于混凝土极限抗拉强时,造成楼板的转角处出现接近45°条形裂缝,因楼板与外墙体接触,板的上下面又均存在墙支承的约束,造成此类45°裂缝是上下贯穿的。此外,如果施工时气温较低,到夏天,这种楼板裂缝更容易产生。

  上述因素在设计上往往考虑不周全,特别是外墙面采用暗色饰面层易吸热量,此类裂缝更为常见。

  1.混凝土收缩引起的收缩裂缝收缩是混凝土固有的特性之一。混凝土浇捣后,在硬化过程中和硬化后的一段时间内,混凝土的体积变形干缩湿胀性质随时间而发展,经过相当长的时间才趋于稳定。混凝土较长期的在空气中或水中于1周、4周、8周、30周、1年、2年、4年的龄期内,其收缩值分别可约达0.75×10-4、1.0×10-4、1.25×10-4、3.0×10-4、4.0×10-4、4.5×10-4、4.75×10-4,其膨胀值分别可约达0.60×10-4、0.65×10-4、0.75×10-4、0.90×10-4、1.15×10-4、1.50×10-4、1.75×1-4,约8年后才趋于稳定,可见混凝土浇筑后不加强养护、且较长时间在干燥空气中暴露,混疑土的收缩值是相当大的。

  现浇混凝土楼板内预埋的塑料管,在顺塑料管位置的混凝土楼板面上的裂缝和现浇楼板后浇带交接面上裂缝亦是以混凝土收缩为主引起的裂缝。由于预埋塑料管与混凝土之间无粘力,使楼板的计算厚度减少,当混凝土收缩时,在混凝土中产生拉应力,在这种拉应力作用下就会在楼板内预埋塑料管的断面的薄弱部位产生裂缝,这种裂缝一般在没有配筋的楼板面层开裂,而楼板下部因有受力钢筋或构造筋发挥作用就不那么容易开裂。在楼板后浇带的新老凝土界面上,由于先浇捣的混凝土和后浇带上新浇的混凝土都产生收缩,如果缺乏必要的技术措施,必然会在新老混凝土界面上产生裂缝。

  (二)建筑、结构设计方面原因

  (1)建筑设计方面

  在住宅卧室、起居室、电梯旁的平面形状不规则的凹角部位和开洞等位置,楼板的受力情况复杂,来自两方面的应力叠加而产生应力集中,就会产生大于混凝土抗拉强度的主拉应力,形成上下贯穿的裂缝。

  住宅平面长度与产生裂缝的关系。建筑物结构平面越长,由于建筑材料的收缩和温差引起变形影响,会出现墙体连同楼板的横向裂缝。

  (2)结构设计方面原因

  现行规范侧重按强度考虑,而针对控制温度应力与混凝土收缩应力进行的配筋往往考虑不够。由于墙体变形会牵连楼板,使楼板在板角部位产生拉伸变形,按传统的概念在板角部位增加抵抗负弯矩钢筋的目的,只是考虑楼板在承重竖向荷载作用下弯曲变形,没考虑墙体或边梁对楼板的影响。所以,就算在端跨的板角增加了负弯矩钢筋或增加放射形配筋,但还是避免不了端部单元楼板板角的45°向裂缝。

  对具有预埋管的楼板在防止板裂缝的构造措施考虑不够。例如PVC管用多了,由于它与混凝土握固力非常小,PVC管密集部位的楼板出现“真空”,大大降低了板在抗弯时的计算高度。

  对开孔的楼板,特别是孔开得比较大的双向板的设计问题,我们更多只是考虑楼板在竖向荷载作用下的洞口四周加强钢筋,往往忽略了如果周围的支承点是剪力墙或深梁时的板与墙体或板与梁的变形协调问题。如果墙或梁刚度较大,板的孔边凹角处必然出现应力集中,开洞板出现翘曲现象。

  对板、柱、梁采用不同混凝土强度等级及后浇带问题,我们在一般建筑物的结构设计中,为了充分发挥混凝土的强度特性及抗震设防原则,楼板及梁的混凝土强度等级往往比柱低。特别高层建筑的底下几层这现象比较普遍。但如果梁板与柱交接处处理不好,不同强度等级的混凝土的收缩变形不协调,就会造成交接处的开裂。设计较长的条形建筑时,为了减少混凝土的收缩变形,往往会预留后浇带,对防止楼板开裂是有好处的,故一般情况下后浇带不能代替伸缩缝。

  结合自己多年住宅项目现场施工管理的经验和教训,以及裂缝的防治处理,从设计角度提出防止楼面裂缝发生的具体措施。

  (三)材料方面原因

  混凝土水灰比、塌落度过大,或使用过量粉砂。混凝土强度值对水灰比的变化十分敏感,基本上是水和水泥计量变动对强度影响的叠加。因此,水、水泥、外掺混合材料、外加剂溶液的计量偏差,将直接影响混凝土的强度。而采用含泥量大的粉砂配制的混凝土收缩大,抗拉强度低,容易因塑性收缩而产生裂缝。商品混凝土为了满足泵送条件:坍落度大,流动性好,易产生局部粗骨料少、沙浆多的现象,此时,混凝土脱水干缩时,就会产生表面裂缝。

  (四)施工方面原因

  (1)混凝土施工中过分振捣,模板、垫层过于干燥。混凝土浇筑振捣后,粗骨料沉落挤出水分、空气,表面呈现泌水而形成竖向体积缩小沉落,造成表面沙浆层,它比下层混凝土有较大的干缩性能,待水分蒸发后,易形成凝缩裂缝。而模板、垫层在浇筑混凝土之间洒水不够,过于干燥,则模板吸水量大,引起混凝土的塑性收缩,产生裂缝。

  (2)混凝土浇捣后过分抹干压光和养护不当。过度的抹平压光会使混凝土的细骨料过多地浮到表面,形成含水量很大的水泥浆层,水泥浆中的氢氧化钙与空气中二氧化碳作用生成碳酸钙,引起表面体积碳水化收缩,导致混凝土板表面龟裂。而养护不当也是造成现浇混凝土板裂缝的主要原因。过早养护会影响混凝土的胶结能力。过迟养护,由于受风吹日晒,混凝土板表面游离水分蒸发过快,水泥缺乏必要的水分,而产生急剧的体积收缩,此时,混凝土早期强度低,不能抵抗这种应力而产生开裂。特别是夏、冬两季,因昼夜温差较大,养护不当最易产生裂缝。

  (3)楼板的弹性变形及支座处的负弯矩。施工中在混凝土未达到规定强度,过早拆模,或在混凝土未达到终凝时间就上荷载等。这些因素都可直接造成混凝土楼板的弹性变形,致使混凝土早期强度低或无强度时,承受弯、压、拉应力,导致楼板产生内伤或断裂。施工中不注意上层钢筋网的有效保护:上层钢筋网的钢筋小撑马设置间距过大,甚至不设;各工种交叉作业,造成施工人员众多、行走十分频繁,无处落脚后难免大量踩踏板面负筋等,将会造成支座的负弯矩,导致板面出现裂缝。

  (4)后浇带施工不慎而造成的板面裂缝。为了解决钢筋混凝土收缩变形和温度应力,规范要求采用施工后浇带法,有些施工后浇带不完全按设计要求施工,如施工未留企口缝;板的后浇带不支撑模板,造成斜坡搓;疏松混凝土未彻底凿除等都可能造成板面的裂缝。

  (5)楼板内线管预埋不当造成的板面裂缝。预埋线管,特别是多根线管的集散处是截面混凝土受到较多削弱,从而引起应力集中,容易导致裂缝发生的薄弱部位。当预理线管的直径较小,并且房屋的开间宽度也较小,同时线管的敷设走向又不重于(即垂直于)混凝土的收缩和受拉方向时,一般不会发生楼面裂缝。反之,当预埋线管的直径较大,开间宽度也较大,并且线管的敷设走向又重合于(即垂直于)混凝土的收缩和受拉力向时,就很容易发生楼面裂缝。

   

  二、裂缝一般性防治措施

  (一)设计方面的预防措施

  (1)1、建筑物的长度应适当控制:多层住宅长度不宜过长,应控制在不大于55m内,高层控制在不大于45m为宜。超过此长度时,应采取构造措施,设置伸缩缝,超长量不大时,可以预留后浇带但同时对板应采用双层配筋及在混凝土中掺微膨胀剂、特别加强养护等措施,避免混凝土的收缩裂缝。2、屋面与外墙采取隔热措施:屋面上应设架空隔热层,通过空气流通,达到隔热降温作用,减少阳光辐射而导致屋面结构升温,减少温度应力对楼板的影响。外墙面应采用浅色材料装修,增强热反射,减少热量吸收,同样可使内部结构层的温度应力减少。

  (2)结构设计方面的措施

  1、建筑物体形平面不规则而产生的裂缝,可在L形呈Z形的凹角处的楼板(整个板块)采用双层双向配筋,钢筋宜采用小直径小间距;或设置暗梁使之形成较规则的平面。

  2、为了防止预埋于楼板内的塑料电线管对楼板的影响,预埋时要有支架固定,管线与管线交叉通过时,应采用专门设计的塑料接线盒,避免管线交叉对混凝土板厚度的过度削弱。且应在预埋的管线上部预埋钢筋网片,可采用钢板网或冷轧带肋钢筋网片4@100mm宽度600mm。

  3、板厚宜控制在跨度的1/30,最小板厚不宜小于12cm。严格控制找平层及贴面砖时粘结层厚度超厚,最适宜的做法是浇捣楼板混凝土时,随浇随抹平整。

  4、对需严格控制裂缝的部位,建议不宜用光圆钢筋,全部采用热轧带肋钢筋以增强其握固力,楼板的分布筋与构造筋宜采用变形钢筋来增强与混凝土的握固力,特别对于小直径的分布筋与构造筋来说,用冷轧钢筋,比用光圆钢筋对减少裂缝的效果更好。

  5、当楼板与边梁珠整体现浇时,该端跨支座的负弯矩钢筋宜在端跨内整跨拉通并延伸过第二支座,这样好让墙体变形与楼板变形能通过拉通的负筋逐渐传递到中跨去,协调三个构件在温度应力作用的变形。

  6、楼板的混凝土强度不宜大于C30,采用高强度等级混凝土或高强度等级水泥时最好考虑采用低水化热的水泥和加强浇水养护,便于混凝土凝固时水化热的释放。

  7、住宅端部及转角单元在山墙与纵墙交角处,应考虑山墙与纵墙受热变形后楼板能够承受汇集在板角的剪力。比较好的措施是在该整块角板中配置双向、双面钢筋并延伸过邻板支座以外1/3跨处;钢筋间距不宜大于100mm,配筋方向可平行于墙面方向;楼板上部钢筋与墙体连接均应满足锚固长度的要求。这些钢筋对两片交角墙体与板在受温度变化时共同作用产生的变形能起很好的协调作用。

  8、后浇带设置应注意的问题:

  (1)后浇带间距,多层建筑不应大于55m,高层不应大于45m,以保证在后浇带划分的区段中混凝土可以较自由地收缩。

  (2)后浇带应设在对结构受力影响较小的部位,一般设置在梁板的1/3跨外。后浇带还应贯通整个结构的横截面,以将结构划分为几个独立的区段。但不宜直线通过一个开间,以防止受力钢筋在同一个长度的截面内产生100%的搭接接头。

  (3)后浇带宽度为700~1000mm,板和墙的钢筋搭接长度为45d,梁的主筋可以不断开,使其保持一定的联系。

  (4)后浇带的混凝土浇灌宜在主体结构浇灌后两个月后进行,最早也不得早于40天,使主体混凝土早期收缩完成60%~70%时为宜;另外浇筑时的温度,尽量接近主体结构混凝土浇筑时的温度。

  (5)浇筑后浇带的混凝土最好用微膨胀的水泥配制,以防止新老混凝土之间出现裂缝新老混凝土表面应清理干净并润湿后(并刷界面剂)才能浇注,并加强持固与养护。

  9、结构设计时还应特别关注外挑梁上的荷载。设计者往往只考虑每根外挑梁所能承受本层的楼板与隔墙的荷载,没考虑上下相邻层的牵连作用。因下层挑梁上的隔墙砌满至本层梁底时,如本层挑梁产生挠度后,自然会将自己承受的墙体与楼板荷载全部传给下层挑梁,加重下层挑梁负担并使之开裂,因此在设计外挑梁时应考虑此因素。或施工时在挑梁与下面隔墙交界处作一些适当的临时脱离措。

  (二)材料方面的预防措施

  近年来我国已经要求建筑采用商品混凝土,因此严格把握商品混凝土原材料质量、拌制计量和运输时间。一般可以从商品混凝土拌制现场和施工现场控制两大方面人手,严格控制、严格把关、全过程监督。

  1、商品混凝土拌制现场控制措施 ①施工单位在使用商品混凝土之前,一般均要考察供应单位并与供应商签订供应合同。合同中不仅应注明混凝土强度等级与供应时机,更应明确施工实际需要的混凝土的水灰比及坍落度、初凝和终凝的时间等技术指标要求②施工单位根据供应合同并结合施工方案等技术文件,更应注重对商品混凝土单位的现场质量监控。即要控制商品混凝土原材料(水泥、粗细骨料、掺合料与外加剂等)的质量,更要控制商品混凝土配合比下料计量的准确性,确保拌制后并经过运输的混凝土的水灰比及坍落度、初凝和终凝的时间等技术指标满足施工现场的实际需要。

  2、 商品混凝土施工现场控制措施 ①当使用商品混凝土运输至施工现场时,首先应在浇筑前做坍落度测试,并掌握混凝土的初凝和终凝的具体时间,按实际测试的坍落度要求控制施工进度和划分浇筑区段和分层厚度。②在浇筑混凝土前按施工方案认真模板及支架的刚度、强度及稳定性,并浇捣过程中监控模板的变形情况,控制不致因为模板及支架挠度过大而影响混凝土挠动,并尽量避免由于提前拆模而产生板缝。③商品混凝土坍落度一般都较大(均在180mm左右),混凝土振捣后清除其中的游离水也是施工过程中的重要因素。主要是采取让混凝土在模内静置一段时间(时间长度根据实际情况而定),让游离水自由挥发或从模板缝隙中渗出。

  (三)施工方面的预防措施

  1、在混凝土浇捣前,应先将基层和模板浇水湿透,避免过多吸收水分,浇捣过程中应尽量做到既振捣充分又避免过度。

  2、混凝土楼板浇筑完毕后,表面刮抹应限制到最小程度,防止在混凝土表面撒干水泥刮抹,并加强混凝土早期养护。楼板浇筑后,对板面应及时用材料覆盖、保温,认真养护,防止强风和烈日曝晒。

  3、严格施工操作程序,不盲目赶工。杜绝过早上传、上荷载和过早拆模。在楼板浇捣过程中更要派专人护筋,避免踩弯面负筋的现象发生。通过在大梁两侧的面层内配置通长的钢筋网片,承受支座负弯矩,避免因不均匀沉降而产生的裂缝。

  4、施工后浇带的施工应认真领会设计意图,制定施工方案,杜绝在后浇处出现混凝土不密实、不按图纸要求留企口缝,以及施工中钢筋被踩弯等现象。同时更要杜绝在未浇注混凝土前就将部分模板,支柱拆除而导致梁板形成悬臂,造成变形。

  5、线管在敷设时应布置在板上、下两层钢筋中的中和轴附近,应与钢筋成斜交布置。电线、电缆导管直径大于20mm时应采用金属导管。应尽量避免立体交叉穿越,同类管线交叉布线处可采用线盒,同时在多根线管的集散处宜采用放射形分布,尽量避免紧密平行排列,以确保线管底部的混凝土灌筑顺利和振捣密实。严禁三层及三层以上线管交错叠放,必要时应在管线处增设钢丝网等加强措施。对于较粗的管线或多根线管的集散处,应增设垂直于线管的短钢筋网加强。当线管数量众多,使集散口的混凝土截面大量削弱时,宜按予留孔洞构造要求在四周增设上下各2Φ12的井字形抗裂构造钢筋。

   

  三、现场施工中重点关注部位的处理措施

  楼面裂缝的发生除以阳角45度斜角裂缝为主外,其他还有较常见的两类:一类是预理线管及线管集散处,另一类为施工中周转材料临时较集中和较频繁的吊装卸料堆放区域。现从施工角度进行综合分析,重点关注以下部位并分类采取以下几项主要技术措施。

  (一)重点加强楼面上层钢筋网的有效保护措施。

  钢筋在楼面砼板中的抗拉受力,起着抵坑外荷载所产生的弯矩和防止砼收缩和温差裂缝发生的双重作用,而这一双重作用均需钢筋处在上下合理的保护层前提下才能确保有效。在实际施工中,楼面下层的钢筋网在受到砼垫块及模板的依托下保护层比较容易正确控制。但当垫块间距放大到1.5米时,钢筋网的合理保护层厚度就无法保障,所以纵横向的垫块间距限制在1米左右。与此相反,楼面上层钢筋网的有效保护,一直是施工中的一大较难问题。其原因为:板的上层钢筋一般较细较软,受到人员踩踏后就立即弯曲、变形、下坠;钢筋离楼层模板的高度较大,无法受到模板的依托保护;各工种交叉作业,造成施工人员众多、行走十分频繁,无处落脚后难免被大量踩踏;上层钢筋网的钢筋小撑马设置间距过大,甚至不设(仅依靠楼面梁上部钢筋搁置和分离式配筋的拐脚支撑)。

  在上述四个原因中,前二条是客观存在,不可能也难于提出措施加以改进(否则楼面负筋用钢量将大大增加,造成浪费)。但后二个原因却在施工中必须大大加以改进,对于最后一个原因,根据大量的施工实践,建议楼面双层双向钢筋(包括分离式配置的负弯矩短筋)必须设置钢筋小撑马,其纵横向间距不应大于700毫米(即每平方米不得少于2只),特别是对于Φ8一类细小钢筋,小撑马的间距应控制在600毫米以内(即每平方米不得少于3只),才能取得较良好的效果。

  对于第3条原因,可采取下列综合措施加以解决:

  A、尽可能合理和科学地安排好各工种交叉作业时间,在板底钢筋绑扎后,线管予埋和模板封镶收头应及时穿插并争取全面完成,做到不留或少留尾巴,以有效减少板面钢筋绑扎后的作业人员数量。

  B、在楼梯、通道等频繁和必须的通行处应搭设(或铺设)临时的简易通道,以供必要的施工人员通行。

  C、加强教育和管理,使全体操作人员充分重视保护板面上层负筋的正确位置,必须行走时,应自觉沿钢筋小马撑支撑点通行,不得随意踩踏中间