隨著鋼筋混凝土結構建筑物的普遍應用及商品混凝土的推廣,建筑物樓面出現裂縫的機率不斷增加。樓板結構出現裂縫的原因復雜,有材料、溫度變化等原因,也有設計、施工、使用等方面的問題;特別是樓面沿板內預埋管線出現的裂縫尚未引起工程人員足夠重視,因此,尋找其成因將有利于裂縫的控制。
1工程概況
南京市建鄴區某高層公寓樓,地上18層,地下1層,總建筑面積3.2萬m²,共4個單元,每單元2戶,層高2.9m,工程采用剪力墻結構,房屋總長85m,在房屋中部設1條后澆帶,工程采用的混凝土強度等級為:C40(8層以下)、C35(8~15層)、C30(15層以上),級配見表1。
表1商品混凝土級配
強度等級 |
相應級配 |
C40 |
水泥:水:砂:碎石:ZWL-A:UEA-Y:粉煤灰
=456:200:618:1052:8.8:48:50 |
C35 |
水泥:水:砂:碎石:ZWL-A:UEA-Y:粉煤灰
=375:205:665:1040:7.0:44:60 |
C30 |
水泥:水:砂:碎石:ZWL-A:UEA-Y:粉煤灰
=394:205:658:1051:6.3:-:50 |
公寓標準層樓板厚以110mm為主,局部為120mm,部分樓層(4、8、14、16)為150mm(φ′12@150雙層雙向配筋)。典型樓板配筋:4.2m×5.1m房間板厚120mm,板底采用φ′8@150×200,板面負筋為φ′8@130長1150,分布筋為φ′8@200;3.7m×4.5m房間板厚110mm,板底采用φ′8@150×200,板面負筋為φ′8@150長1050,分布筋為φ′8@200。
2樓板裂縫形式及分布
該工程±0.00以上主體結構樓地面采用C20細石混凝土(厚30mm),在主體施工時檢查發現,樓板結構施工后約2個月出現0.1~0.2mm的裂縫,經建設、監理、施工方綜合分析后認為樓板的裂縫為非結構裂縫,對結構安全不會造成影響。于是按各方認同的方案修補施工:在樓面面層施工前鑿“V”形槽用環氧樹脂修補裂縫,并做養水試驗,保證了裂縫被全部封閉。樓面面層施工后4個月,例行檢查發現少量原裂縫重新出現,樓板的裂縫數量激增并趨于穩定,總數達287條,縫寬多在0.1~0.2mm,0.2~0.3mm寬裂縫共57條,大部分裂縫出現在樓面,約35%的裂縫上下貫穿,68.3%裂縫是在原有裂縫處重新出現。
裂縫發生形式:裂縫多垂直于房屋長邊呈直線形狀,沿預埋管線表面發生;板面積越大,裂縫出現幾率越大;南面房間樓面裂縫比北面房間樓面裂縫多;9層以上裂縫較7層以下多,4、8、14、18層未發現裂縫。在住宅的客廳和餐廳出現裂縫部位幾乎相同(板長邊中部的管線表面)。個別裂縫出現在外墻轉角處,呈45°分布。
3現澆樓板裂縫成因分析
裂縫的形成有外荷載、結構計算模型差異、材料的收縮(主要為混凝土收縮、溫度變形)等原因造成,從技術角度來分析,有設計、施工、材料等方面原因。
3.1設計方面
⑴樓板剛度不足:廳4.2m×5.1m,板厚為120mm,餐廳3.7m×4.5m,板厚為110mm,設計按多跨連續板進行配筋計算,側重于滿足結構安全,較少考慮混凝土收縮特性和溫度變形等多種因素,樓板高跨比僅為L/33.6~L/35,其剛度較小對裂縫控制很不利。
⑵樓板構造配筋設計不周:設計在支座處按常規配設負筋,在中部板面不配鋼筋,當板面出現溫度變形和混凝土收縮,因無構造鋼筋約束,板面即出現裂縫。
⑶樓板內布線不合理:由于水電施工圖由各專業設計,實際施工中出現水電管交叉疊放,或由于設計考慮管內容線面積,部分預埋管徑≥D25;且設計管線位置在樓板跨中,即在單層雙向配筋處,樓板有效載面受到很大程度(15%~40%)削弱,成為樓板最易開裂的部位;當樓板收縮應力大于混凝土極限抗拉強度時,即出現沿管線表面呈直線狀的裂縫。
⑷從房屋的空間結構來看,剪力墻剛度大,約束了剪力墻梁板的水平向自由變形,而梁剛度又較板剛度大,因各類因素引起的水平收縮變形均集中到剪力墻間剛度最小的板上,造成這塊板開裂。
⑸膨脹劑的選用與摻量:設計未明確混凝土的限制膨脹率,只提出膨脹劑的品種和摻量范圍,施工時按設計提供摻量進行配比施工,使混凝土的實際限制膨脹率不能達到最佳限制膨脹率。
3.2施工方面
⑴施工時水電預埋管在板內位置欠合理:管位置過高或過低,位置過高時,極易在板面出現因混凝土硬化收縮產生的裂縫,也易在維修裂縫或室內裝修時損壞管線;兩根管線并行布置時,管線間距過小甚至并攏,更易因管線集中而產生裂縫。
⑵空載養護期不足:從樓面混凝土澆注完成、收光至施工材料堆放,平均空載養護期僅為1.5d,人為因素過早地震動、荷載造成樓板幼齡混凝土內部受損開裂。且施工中用塔吊吊運的鋼管、鋼筋等周轉材料因受剪力墻鋼筋影響多堆放在預埋管線部位。
3.3材料方面
⑴樓板商品混凝土收縮變形值為同標號普通混凝土的1.2~1.3倍,且商品混凝土單方用水量過大(200kg),部分水在振搗時被游離出來,部分水與水泥結合成凝膠,相當大一部分為自由水仍留在混凝土孔隙中,成為混凝土干縮的隱患。樓板拆模后,板面和板底長期裸露在大氣中,后期施工的細石混凝土面層養護期過后也長期處于干燥環境中。正是這種環境效應(受溫度、濕度、風力影響使水泥石毛細孔、凝膠孔內的自由水由表及里逐漸蒸發),加之尺寸效應(樓板裸露面積大,厚度薄)的共同影響,使樓板較其它構件更易出現干縮裂縫。
⑵本工程商品混凝土所使用的膨脹劑為UEA,需其鈣釩石水化反應充分完全才能有效發揮其膨脹性能;項目部較重視混凝土澆筑后1~2d的養護工作,當上部主體施工開始,無法覆蓋養護,只能讓板面上部暴露在空氣中,間斷澆水養護,無法達到良好的養護要求,造成商品混凝土有效補償混凝土收縮的性能降低。
綜上所述,本工程樓板沿預埋管線表面出現的裂縫只是表象,混凝土的干縮、溫度收縮是要因,而由于施工管線預埋欠合理、樓板剛度不足、材料等多重原因綜合,致使本工程樓板沿預埋管線處理出現大量裂縫。
4鋼筋混凝土裂縫的處理方法
4.1一般裂縫的處理。由于以上所述樓板裂縫是較淺的裂縫,相對而言,不存在荷載不足而產生的結構裂縫而需要進行大面積的結構補強,僅需根據實際情況進行按一般裂縫處理即可,本工程樓板裂縫處理措施如下:
⑴沿裂縫走向割除樓面面層,槽寬150~200mm,沿裂縫鑿成15mm~15m“mV”型槽,沖洗干凈并使其干燥。
⑵用“大力寶”牌云石膠注滿“V”型槽,其上加注30mm×3mm云石膠封閉,在槽中蓄水檢查樓板有無滲漏。
⑶板面濕潤陰干至混凝土面剛開始發白用801膠加水泥套漿,用C25半干硬性細石混凝土分2次修補(面層中部釘同寬的鋼絲),并進行良好養護2周。
4.2現澆板面層及底板開裂處脫殼部位的處理措施而較常見的現澆板面層及底板開裂處脫殼部位最容易產生裂縫,其處理方法措施如下:
⑴基層處理:板縫中結構膠固結后,將裂縫兩側各25cm處原抹面層鏟除磨平,用打磨機對混凝土表面進行清洗、研磨處理,并修補階差和缺損部位;
⑵涂抹修平膠:在干燥的混凝土表面涂抹底層樹脂并用滾筒碾平;
⑶不平整修:用找平材料把表面修平;
⑷在碳纖維上涂刷粘結樹脂;
⑸粘貼《UT70-30(H72103-13-1)》型號碳素纖維布并用橡皮鏟刀、滾筒等工具充分擠壓、堵孔、脫泡;再在碳纖維的表面均勻涂抹浸漬樹脂;
⑹涂裝:1:2.5水泥砂漿面層(摻6%微膨脹劑)壓光固結后貼面層,進行保護涂裝.
4.3樓板裂縫加固處理注意事項
⑴上述水泥面層施工后要注意灑水養護,避免龜裂。
⑵壓力灌膠與粘貼碳素纖維,需要經專用人員培訓與指導。
⑶附加錨固措施采用鋼板粘結在碳纖維片材外,鋼板壓條厚度4mm,錨固在混凝土中,錨栓的間距200mm錨栓直徑6mm。由于碳纖維加固質量輕、強度高、施工方便、施工周期短,采用該處理措施比較經濟安全。
4.4結構裂縫的預防措施。鋼筋混凝土樓板結構裂縫是不可避免的,但通過一定的技術控制措施則可以減少裂縫現象的發生,具體措施如下:
⑴加強設計控制:梁板混凝土強度等級不宜大于C30;樓板應雙層雙向配筋,屋面、轉換層樓面配筋宜加強;樓板內管線應避免出現交叉(將交叉部位設置在梁或墻上);控制管線直徑,使其不超過板厚的20%且≤D25;重視房屋外圍護構件(外墻、屋面、門窗等)的保溫設計,若使房屋具有良好的保溫性能,不僅可大幅度降低房屋長期能耗,更是減少因溫差變形而引起裂縫的有效手段。
⑵加強施工控制:采取有效固定措施(經計算高度的鋼筋撐腳,預埋管線時管扎在撐腳上或采用砂漿墊塊固定)使預埋管布置在板中部;延長空載養護時間以減少早期荷載裂縫;并行走向管線間距應大于0.25m,在管線集中或交叉處設加強筋,并在上下部鋪放鋼絲網寬度應大于管區100mm;控制施工期間及竣工后的門窗洞口風速,減少環境溫差和風速對結構的影響。
⑶通過商品混凝土生產級配中材料的替換和外加劑的合理使用,降低商品混凝土的水泥和水用量;配比中添加聚丙烯纖維,可有效減少早期收縮裂縫(本工程在14層、18層樓板及屋面使用,摻量為1.2kg/m3);合理選用混凝土膨脹劑(宜選用一等品),其摻量應經試配確定以滿足設計的限制膨脹率;加強養護,延長養護時間,也可在板面和板底拆模后涂刷養護劑,避免混凝土的早期干縮,確保膨脹劑產物的充分水化,使混凝土達到有效的補償收縮作用。
⑷施工單位在施工前應與設計單位溝通,精心編制施工組織設計,通過材料調換,使樓面面層與樓板混凝土一起澆搗(采取有效保護措施),同時提升上層鋼筋位置,在不增加荷載前提下增大了樓板的剛度,可有效減少裂縫的出現。
5結語
綜上所述,在混凝土建筑中,結構性裂縫是比較常見且難以避免的,只要認真分析裂縫產生的原因,并采取正確的加固處理措施,其裂縫是完全可以通過科學補強加固而取得良好修補效果的。本工程的樓板裂縫經上述方案處理后,效果較好,相關各方較為滿意,事后一年內多次檢查,原有裂縫未重復出現。
【參考文獻】
[1]韓素芳,耿維恕.鋼筋混凝土結構裂縫控制指南.化學工業出版社,2005.
[2]富文權.混凝土工程裂縫分析與控制.中國鐵道出版社,2002.