浅谈现浇混凝土楼板施工裂缝控制

浅谈现浇砼楼板施工裂缝控制作者：×××（＃＃现代建筑安装工程有限公司）近年来，我市在住宅建设中广泛推广应用现浇砼楼板，加强了建筑物的整体性的抗震性能，取得了很好的效果。但在取得成绩的同时，也出现一个非常普遍的质量问题，即楼板裂缝，已影响到房屋的销售和企业信誉，成为用户质量投诉的热点。因此，裂缝问题是一个迫切需要解决的技术难题。以往，预制空心板沿板缝开裂，曾经困扰着大批技术人员和广大用户，如今，推广现浇楼板的目的在于消除以往的质量通病，加强楼板的整体性，防止裂缝。现浇楼板在许多普通用户心中一直认为应当是“一块玉”“不能裂”，为什么也出现裂缝呢？它会不会危及结构安全、对结构的耐久性和使用功能有没有影响？本人回顾了近年来的工程实践，试想从裂缝的现状、成因、裂缝控制措施等方面，谈谈自己粗浅的看法。裂缝的状况仅就我公司所施工及参加鉴定的近40栋有裂缝的住宅楼统计，裂缝一般都发生在施工后期及使用后；裂缝主要发生在以下部位：现浇楼板跨中，沿进深通长方向；沿负弯矩筋边缘，进深方向；模板四角45º折角处；沿电线管预埋方向；施工缝处。裂缝深度多为贯通裂缝和纵深裂缝，少部分为表面裂缝和浅层裂缝（h<0.1H为表面裂缝；0.1H<h<0.5H为浅层裂缝；0.5H<h<1.0H纵深裂缝；h=H贯通裂缝。H：板厚，h：缝深。）按裂缝出现时间统计多为中期裂缝。（早期裂缝一般出现在3个月之内，中期裂缝均在6个月之内，其后1—2年或更长，属后期裂缝）。裂缝宽度在0.1mm—0.5mm居多。个别的大于0.5mm，或只有0.05mm。裂缝形态呈上宽下窄形式，或肉眼只观察到上部裂缝，下部没有缝，但浇水试验，渗水轨迹清晰。裂缝呈现一定的规律性，即大开间多、小开间少；南向房间多、北向房间少；底层多、上层逐渐减少；进深方向多、开间方向少；条形楼中间单元多，边单元少。裂缝原因分析由于裂缝具有较明显的规律性和普遍性，排除了偶然因素的影响（如设计失误施工事故等），它反映了目前在国内外工程结构领域中一个相当普遍的问题，就是建筑物裂缝问题。大量的调查与实测研究证明，砼裂缝原因有两类：第一类，由外荷载直接应力引起的裂缝和次应力引起的裂缝；第二类，由变形作用引起的裂缝，变形作用包括温度变形、收缩变形和地基不均匀沉降变形。我市现浇楼板大量裂缝的出现并非与荷载有直接关系，通过对现浇楼板裂缝现状的调研、分析可以认定，90%以上的裂缝是由变形作用引起的；在变形作用中，由地基不均匀沉降变形引起的裂缝发生的很少，主要是温度变形和收缩变形引起的。由于这两种变形受到约束超过砼的抗拉强度，导致裂缝产生。砼的收缩变形和温度应力是其本身固有的物理化学性质。砼的收缩包括塑性收缩、干燥收缩、碳化收缩。塑性收缩在砼硬化前，时间较短，而碳化收缩在后期。对砼影响最大、时间最长的就是干燥收缩，即干缩裂缝。干燥收缩主要是砼在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。砼中由于集料的干燥收缩很小,主要是水泥石干燥收缩造成的。水泥石干燥收缩理论，目前尚未统一（有毛细管张力学说，表面吸附学说，夹层水学说等），但大多数研究成果认为，砼是具有大量孔隙的材料，孔隙的半径颇不一致，半径小的毛细孔，半径约小于300A（A=10-10m）。其中水分蒸发引起孔壁压力变化，导致砼体积的缩小。砼内除少部分水提供水泥水化的需要，其余大部分水分都要蒸发掉，收缩变形同时发生，砼的水分蒸发，干燥过程是由表及里逐渐发展的。由于砼蒸发干燥非常缓慢，产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上，据有关资料介绍，砼最终收缩完成的时间约20年，一年内收缩值为20年总值的60%-85%。在调查中发现出现裂缝的时间大多在主体工程完工后3-10个月之间。而且条形楼砼板收缩裂缝的薄弱部位在中间，裂缝方向与条楼垂直，这一力学特征与前述裂缝的规律性是一致的。再如：温度应力。水泥水化过程中产生大量的热量，每克水泥约放出50.2卡的热量，从而使砼内部温度升高，在浇筑温度的基础上通长升高35℃，如果使施工规范规定的最高浇筑温度28℃，则可使砼内部温度达到六十多度，因为砼内部与表面的散热条件不同，所以中心温度高，形成温度梯度，造成温度变形和温度应力。现浇砼楼板是表面系数较大的构件，上述砼的温度应力和收缩变形，如果是完全自由的，变形达到最大值时，内应力为零，也就不会产生裂缝。如果变形受到约束，在完全约束状态下内应力达到最大值，而变形为零。在全约束与完全自由状态的中间过程，即为弹性约束状态，亦即自由变形分解为约束变形和显现变形（实际变形），也就是说，在约束状态下，结构首先要求有变形的余地，如结构能满足要求不再产生约束应力；如结构没有条件满足要求，则必然产生约束应力，超过砼的抗拉强度，导致开裂。目前砖混结构中的现浇板，由于抗震要求，不仅有墙体的约束，而且有圈梁、构造柱的约束，可以说约束非常“强大”，前述裂缝下层多、上层少，呈规律性，验证了下层约束的“强大”。所以说，只要砼的温差应力和收缩变形这一固有本性不变，只要有约束存在，现浇砼板的裂缝就是不可避免的。这就是砼楼板裂缝的内在原因，是事物发展的内因。那么既然砼现浇板裂缝是不可避免的，为什么有的栋号现浇板没有裂缝？出现裂缝的栋号，其裂缝的程度也不一样？除了内因条件外，还有外因条件的作用，外因通过内因起作用。本人认为，外因条件，首先是季节温差对楼板的影响。在我市住宅工程施工工期主要有两种情况：一是当年开工当年竣工；二是入冬前完成主体。越冬后，装修竣工。其主体工程不是在炎夏就是在严冬，砼现浇板一年内季节温差40-60℃，尤其是越冬的建筑物，主体完工后即停止养护。有的住宅入冬前交验，但多数用户并不入住，室内在封闭状态下采暖，处于完全干燥状态。现浇板在这种反复温差作用下，砼内部产生温差应力，必然引起变形，但其变形却受到圈梁构造柱和墙体的约束，造成现浇楼板在四角折角处和房间中部受拉产生裂缝。此外，除季节温差影响外，裂缝与施工质量控制水平有着密切的关系。裂缝的出现与养护条件的关系。干燥的环境对早期砼的抗裂能力有严重影响，国内有关试验表明，湿润养护的砼其极限拉伸值比干燥养护的要大20%-50%。日本学者神田等人曾对养护条件与砼耐久性的关系进行了研究，认为养护条件可改变砼结构、浸透性及吸水性等性能。特别是砼表面，因其早期水分散失，砼强度降低，不能抵消张拉应力，故易产生裂缝。特别是泵送砼多采用“双掺技术”，由于外加剂中的引气保塑组分的存在改变了砼孔结构，当表面水分蒸发散失时，由于保水性好毛细管不易形成，内部水分难以外移平衡，使现浇楼板表面层与内部的湿度梯度增大，表面失水干燥，而引发裂缝。裂缝一旦产生，开始的微裂缝和楔形裂缝的尖端起到毛细管的吸水作用和楔劈作用，收缩应力集中，裂缝向下延伸，此种裂缝一般发生较早，当砼再次经历温差变化及干缩变形时，应力集中于原有裂缝处，致使原有的部分裂缝裂透。裂缝的形成与砼早期扰动的关系。GB50204-92《砼结构工程施工及验收规范》第条规定“在已浇筑的砼强度未达到1.2N/mm2以前，不得在其上踩踏或安装模板及支架。”此时能否在其上进行砌筑活动，值得讨论。而目前的普遍状况是第一天浇筑砼，第二即开始砌筑，而且施工荷载严重超标，养护随即停止。砼楼板在停止养护的干燥环境下受到过载的扰动，影响了砼的致密性。板并非理想的连续匀质体，它的物质组成很不均匀，加之施工扰动，内部存在很多不均衡点，这些点的集中应力，当受到变形作用时，极易产生裂缝。裂缝出现的部位与薄弱环节的关系。施工缝处，多是接搓处理不细，致使新旧砼衔接不紧密，砼凝固过程中收缩变形引发裂缝。预埋线管部位。在线管预埋时不按规程严格操作，致使线管位置的保护层厚度失控，有的多管交叉，如不仔细处理会使局部截面削弱，抵抗砼变形能力减小，在砼产生温差应力或干缩时，在此位置引发裂缝。早期塑性裂缝，中后期产生的裂缝，有许多是早期裂缝的发展，这种裂缝一般发生较早，在砼浇筑完数小时内便出现，有的干缩裂缝是早期塑性裂缝的延伸。目前随着泵送砼施工工艺的发展，使砼裂缝控制的技术难度大大增加，过去干硬性及预制砼收缩变形约为2.5-3.5×10-4，而现在泵送砼约为6-8×10-4，泵送砼由于流动性与和易性的要求，坍落度增加，水灰比增大，水泥标号提高，水泥用量、用水量、砂率均增加，骨料粒径减小等诸因素变化，导致砼的收缩及水化热作用增加，收缩时间延长，已引起建筑业同行的共识。总之，现浇楼板裂缝就是在这种内因外因共同作用下产生的，由于内因外因条件不同，在各栋号之间，各施工单位之间，呈现了裂缝的不平衡状态，那么，为什么有的工程基本上没出现裂缝？出不出裂缝只是相对的。什么叫有裂缝，什么叫没裂缝？砼是粗集料、细集料、水泥石和气体组成的非均质堆聚结构，充满着微观裂缝，但肉眼是看不到的。在建筑工程实践中，是以肉眼可见与不可见裂缝作为裂缝存在与不存在的相对标准。肉眼可见裂缝的起始范围约为，从对工程有害影响方面和最小界限判断，以0.05mm较为合适，即认为建筑物存在小于0.05mm的裂缝为无裂缝建筑。控制最好的现浇板可能是这种情况，但以此为标准，显然不可能，因此，国内外规范都以最大允许裂缝宽度作为裂缝控制标准。因此不出裂缝只是相对的。裂缝控制措施综上所述，让其裂缝不产生是不可能的，但限制一定的裂缝宽度，防止有害裂缝，随着技术水平的提高，使裂缝逐渐减少，或推迟裂缝的发生是完全可以做到的。设计规范规定，根据不同使用功能要求，裂缝宽度最小0.1mm，最大0.3mm，与国际标准接近，但裂缝控制却是相当复杂的。它涉及到结构设计，地基基础，施工技术，材料质量，环境状态等诸多因素，所以国内许多专家认为，裂缝控制实质上是一综合性相当强的“交叉学科”，这类问题不仅是我国特有的技术问题，也是国际上钢筋砼的共性难题。著名学者王铁梦在《钢筋砼结构的裂缝控制》一文中还引用了大体积的新定义：“过去大体积砼的定义是根据几何尺寸，主要是根据厚度定义的，国际上一般采用作为界限。自80年代以后，大体积砼的定义有了改变，新的定义是：任意体量的砼，其尺寸大到足以必须采取措施减小由于体积变形引起的裂缝，统称为大体积砼，这是美国砼协会的定义。由此可见，在近代泵送商品砼获得广泛应用的条件下，即便是很薄的结构，虽然水化热很低，但是其收缩很大，控制收缩裂缝的要求比过去任何时候都显得非常重要。因此泵送砼的薄壁结构应当按照大体积砼的要求采取措施控制砼的收缩裂缝，特别是环境气温变化与收缩共同作用对于薄壁结构尤为不利，收缩换算为当量降温。”本人认为这是一种新的见解，它从另一个角度说明了裂缝控制的重要性和迫切性，我公司及其他施工单位对厚壁砼的裂缝控制，都非常重视，基本可以做到专门制定施工方案和作业指导书，所以很少出现问题。而对现浇楼板一般只看作圈梁、构造柱等同类构件组织施工。根据以上经验教训，本人认为，对现浇板裂缝的控制主要应采取以下几项措施：优化砼配合比，提高砼抗拉性能。无论是现场拌制的小坍落度砼还是泵送砼，都应当在现有配合比的基础上，进一步试验研究高性能砼，优选有利于抗裂性能的砼级配，尽力减小水灰比，减少坍落度，降低砂率，增加骨料粒径，降低含泥量及杂质含量。选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料，比如，目前我市开发研制的复合矿渣磨细粉，对提高砼的抗裂性能比较有利。对设计要求严格控制裂缝的结构，还应掺加补偿收缩的膨胀剂。改善砼养护工艺，减少砼自身收缩试验证明，养护条件对砼的收缩影响很大，养护14天的收缩比养护3天的收缩降低约20%。按施工规范进行养护，能有效地持续地使砼表面保持适当的温度和湿度条件。浇筑时间不长的砼，仍然处于凝结、硬化过程，水泥水化速度较快，养护形成的潮湿条件可防止砼表面脱水而产生收缩裂缝。同时由于散热时间延长，砼强度的松弛作用得到充分发挥，使砼的总温差产生的拉应力小于砼的抗拉强度，防止贯通裂缝的产生。此外，在潮湿条件下，可使水泥水化充分、完全，从而提高砼的抗拉强度，增强后期裂缝的抗力。本人体会，在砼裂缝控制措施中，养护工艺是很关键的环节。调研中发现，我市有的项目部始终坚持按规范规定的养护时间进行养护，而且设定专人，改善了养护方法，用喷雾器不间断地轮流喷洒砼表面，即不影响下道工序又保证了养护效果，该项目部基本上没出现过楼板裂缝，这种方法应当提倡和推广。规范施工操作规程，避免砼浇筑后的扰动尽量采用小流水段施工，砼现浇板浇筑后不要过早上人，合适的开砌时间应在楼板砼达到5N/mm2后；为使砼不早期受损，且不影响工期，宜采取早强措施；5N/mm2值应制作同条件试块，确定达到的天数。楼板浇筑完毕时，新浇砼、模板体系、施工人员、机具、脚手板和手推车等也可能使下一层楼板超载。除非下一层板的砼已达100%设计强度。一般情况下应在上层的砼浇筑完后再拆下层模板。为防止新浇砼受震动和发生局部的荷载重分布，在楼板砼浇筑后2d内不要拆除其下部的任何一层模板和支撑。重视薄弱环节管理，控制引发裂缝对施工缝，后浇带、预埋线管部位，塑性裂缝等，应严格按规范施工，制定具体措施，作好技术交底，必要时加膨胀剂，调节砼的收缩。裂缝处理目前现并行砼楼板施工中彻底杜绝裂缝，还不太现实，而且设计规范允许一定宽度的裂缝出现，一旦出现了裂缝，处理时应遵守以下原则：裂缝宽度在设计允许范围内时，可不作处理。裂缝宽度超过规范要求时，不要急于处理，先查清开裂原因，一般应待其发展基本稳定后再处理。若影响结构安全的裂缝，不要擅自决定处理意见，应提请设计或主管部门处理解决。不影响结构安全的裂缝应结合使用情况，按下述方法处理。化学灌浆：适用于贯通裂缝，采用专用压力设备，将化学浆液压入缝内，一般化学浆液为环氧树脂、氰凝、聚氨脂等。开槽嵌缝：在原有裂缝位置开槽，槽内清理干净，用密封材料填满嵌实，密封材料有环氧胶泥，密封油膏，聚合物砂浆等。表面涂抹：在裂缝表面涂刷密封涂料或防护砂浆，一般加玻纤布作加劲层，密封涂料采用聚氨脂或环氧树脂，防护砂浆采用聚合物砂浆或氯丁胶乳砂浆。结语由于结构在外荷载作用下的破坏和倒塌是从裂缝开始的，因此，人们对裂缝往往产生一种建筑破坏的恐惧感，是可以理解的，尤其是近年来，房屋产权体制的改变和生活水平的提高，对房屋的质量要求更加严格，虽然经鉴定认为没有影响安全的有害裂缝，但从美观和精神作用的要求仍有许多工作要作。我们的态度是遇到裂缝问题，首先，应根据反复调查裂缝资料进行荷载分析，其次再进行变形分析，断定引起开裂的主要原因，分析其危害性，既不能忽视隐患的存在，也不能产生“裂缝恐惧症”。这一点，应通过各种渠道向用户作科普宣传，使大家都能正确对待裂缝。许多人认为设计遵循了设计规范，施工执行了施工规范，有的工程还评上了省