现浇混凝土楼板裂缝的控制措施研究

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  摘要:现浇混凝土楼板裂缝是施工中比较常见的质量通病,也是长期困扰建筑施工的一个难题,非常容易造成用户不滿意和质量投诉,给施工单位造成不必要的经济损失和不良的社会影响。本文重点从控制混凝土配合比中各种材料的使用,尤其是混凝土中砂的使用、水灰比的大小、混凝土掺合料的使用、水泥用量等几方面探讨了对现浇混凝土楼板产生裂缝的影响,以及如何加强这方面的管理;还从控制施工中人为的操作因素、加强混凝土浇注后的早期养护工作等探讨了对产生裂缝的影响,并制定了相应的应对措施,这些措施都能非常有效的控制和减少现浇楼板裂缝的产生。从最基础的工作中加以重视和施加影响,通过裂缝产生原因的具体分析,从源头抓起,加强技术管理和质量控制,本着积极的态度进行预防和治理。
  关键词:现浇混凝土;楼板;裂缝;控制
  中图分类号:TV331文献标识码: A
  
  1 引言
  在建筑工程中,现浇混凝土出现裂缝的情况比较常见,如大体积混凝土表面的裂缝、现浇混凝土楼板的表面裂缝、现浇剪力墙的表面裂缝等等。这些裂缝由于产生的机理不同,其开裂程度也不同,对工程的安全性及外观产生的影响也不尽相同。在现实的工程实践中,楼板裂缝最常见也最难控制,危害程度也相对较大,因此有必要对建筑工程中现浇混凝土裂缝(尤其是现浇楼板)的产生进行研究和控制,研究结果应用于工程实践,以减少或减轻这种事件的危害,为社会提供更加优质的工程。
  现浇混凝土楼板裂缝是一种常见的质量通病,危害也是很大的,但是由于很多人对其认识不够,往往治理起来很难。其主要危害如下:
  (1)虽然楼板表面的微小的裂缝不足以影响到工程的安全性,但是随着时间的推移,在工程的使用过程中难免会受到各种外界因素的影响,如温度,荷载,化学侵蚀等。在这些外因的影响下,裂缝会逐步的发展扩大,甚至引起保护层的脱落,使钢筋不能有效地发挥作用,或者锈蚀,最终降低结构构件的承载力,因此裂缝的存在会明显的降低结构的承载能力,持久强度,和耐久性,有可能使结构在未达到设计要求的荷载前就造成破坏。
  (2)影响了用户的使用。工程交付使用后,有些工程由于裂缝的存在给用户带来了不小的麻烦,如:漏水;由于裂缝的存在给人们带来的不安全感;房间的隔音效果降低等。这些都是发生在我们身边的现象,也是近几年老百姓对工程质量投诉的主要方面。
  (3)对建筑施工单位来说这类工程质量通病的存在解决起来比较麻烦,没有很好的办法彻底对已经存在的裂缝进行弥补,虽然现在已经有很多的加固技术能在一定程度上进行弥补,但终究是费时费力,而且达不到理想的效果,因此产生的纠纷也比较难以解决,同时对企业的社会信誉也有一定的影响。
  因此最好的办法就是在施工过程中尽量避免裂缝的产生。
  2 现浇楼板裂缝产生的主要原因分析
  现浇楼板裂缝按裂缝深浅主要有表面裂缝和贯穿裂缝。其裂缝有大有小,所处部位也不同,有规则的也有不规则的。按产生的原因分主要有:外荷载引起的裂缝、化学因素引起的裂缝、物理因素引起的裂缝、施工操作引起的裂缝等等。但是不论什么样的裂缝及其产生原因,在施工实践中,我们都可以通过分析、比较、论证并采取措施,对施工过程施加影响,从而消除和减少裂缝的出现。
  2.1材料不当引起的混凝土裂缝
  材料不当引起的裂缝常有:水泥不正常膨胀(网状);水泥凝结时间不正常(不规则);骨料中含泥量过大(网状);碱集料反应(内部爆裂);混凝土配合比不当(不规则)等等。
  图1为北京某实际工程中现浇楼板出现的裂缝。该楼板混凝土强度等级C25,施工时间2005年3月20日~25日,当时的大气温度在8℃~16℃之间,施工操作顺序和工艺符合规程要求,养护按工艺要求在浇注后12小时内进行了塑料布覆盖并且及时地进行浇水养护,在混凝土浇筑完24小时后发现表面有不规则的裂纹,14天后拆模发现下表面也有不规则的裂纹,出现这种情况的楼板分布在该楼的首层顶板大部分房间,不是个别现象。当时同条件混凝土试块强度达到设计强度的124%,施工过程中除上层楼板的模板体系外,没有其他荷载。鉴于裂缝较多恐怕影响到结构安全,施工单位于4月下旬委托检测机构对该楼板进行了检测鉴定,主要针对其中裂缝较严重的12间楼板进行鉴定,发现裂缝多为不规则的,最大宽度0.2mm,混凝土强度完全满足设计强度要求,能够满足安全性要求,建议对缝隙进行封闭处理。
  经过多方研究和分析混凝土楼板产生裂缝的原因,排除了外荷载和养护不及时的因素,重点放在了混凝土配合比和操作因素上,其中配合比是主要因素。现浇楼板混凝土的配合比见表1:
  表1: 现浇楼板的混凝土配合比
  材料名称 水泥 水 砂 石 外加剂 掺合料 其它
  每m3用量
  kg/m3 255 190 840 1027 7.2 85
  备注 混凝土强度等级:C25;水胶比:0.50;水灰比:0.56;砂率:45%
  其中石子为5mm~20mm级卵石,砂为细砂,外加剂为JK—1泵送剂,水为饮用水,并使用了大量粉煤灰(占水泥用量的33.3%)。混凝土的坍落度要求是140mm~160mm,实际测量坍落度在140mm~165mm之间,混凝土输送泵运输到作业面。
   从表1及上述材料可以看出,具有如下特点:一是水灰比较大,达到0.56;二是砂率比较大达到45%;三是砂子使用了细砂;四是粉煤灰的掺量比较大。笔者认为上述因素是造成楼板产生裂缝的主要原因。
  在该工程中,由于楼板的混凝土强度等级是非常普通的低强度混凝土,相对来说人们对配比不会太重视,在施工过程中,人们往往更关心能否达到强度要求,从而忽视了配比中水灰比、砂率、砂子的细度、粉煤灰掺量几项指标已经影响到了混凝土的性能,为现浇混凝土楼板的裂缝产生埋下了隐患。
  该配合比中虽然0.56的水灰比并没有超出《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—2000规定的最大水灰比为0.65,但是由于粉煤灰取代了一部分水泥用量,在计算水灰比时是用水泥和粉煤灰的和来计算的,所以相对来说与水泥进行结合参与化学反应的水就会少了,相应的游离态的水就比正常情况的要多,在水泥硬化过程中,过多的游离态的水分在挥发过程中就会产生细小的通道,从而也就产生了大于常规的干燥收缩,为混凝土产生裂缝创造了机会,所以我们认为水灰比大了。
  过大的砂率和细砂也是影响混凝土收缩的重要因素。该配比当初可能考虑到需要泵送,所以使用了较大的砂率,达到了45%,并且使用了细砂,也为混凝土产生裂缝打下了基础。
  粉煤灰掺量过大,代替了较多的水泥,使混凝土的早期强度受到影响,在混凝土产生干燥收缩裂缝之前不具备抵抗收缩的强度,另一方面过多的粉煤灰使施工操作受到了影响,由于粉煤灰的比重小,在振捣过程中大量的含有粉煤灰的水泥浆浮到上表面,形成少骨料浮浆,也为表面开裂创造了条件。
  当然,此种裂缝的产生也不排除操作过程中的不当因素和养护过程中的不当因素等其他因素干扰,在本文后面还要阐述。
  基于以上的分析,笔者认为有必要对配合比进行调整。经过与商品混凝土搅拌站协商,在该工程的二层施工时对混凝土配合比进行了多方面的调整,调整时施工的项目技术负责人提出了几个原则,一是水灰比不能大于0.55;二是不能使用细砂,且砂率不能大于40%;三是粉煤灰掺量不能大于30%。在此基础上,搅拌站根据实际情况对配比的调整见表2:
  
  表2: 调整后的现浇楼板混凝土配合比
  材料名称 水泥 水 砂 石 外加剂 摻合料 其它
  每m3用量
  kg/m3 283 180 702 1053 9.8 70
  备注 混凝土强度等级:C25;水胶比:0.51;水灰比:0.54;砂率:40%
  
  以上配比除了将原来的细砂换为中粗砂外其他材料没有变化。只是用量进行了调整,其中水泥由255变为283;水由190变为180;砂由840变为702;石由1027变为1053;泵送剂由7.2变为9.8;粉煤灰由85变为70。坍落度仍然为140mm~160mm,混凝土的工作性能好于前一个配合比。各项指标均符合项目部提出的要求。
  通过调整后的配比,从二层顶板施工以后,楼板的裂缝明显减少,只是极个别的楼板上有表面微细裂纹,并且没有发现上下贯通的通透性裂缝。新配比混凝土强度比原来的配比混凝土强度略有提高。现在该工程已经结构封顶并且进入装修阶段。首层顶板的裂缝由加固公司用结构胶进行封闭处理,工程进展顺利。
  通过该实例可以看到,混凝土的配合比对裂缝的产生至关重要。对于商品混凝土,施工单位在签订供货合同时,必须提出对混凝土的技术要求,不是达到强度要求就可以了,而是要综合考虑混凝土的各项技术指标,其中很主要的一项内容就是要考虑混凝土的抗裂性,从材料上满足不产生裂缝的要求。
  对于现场搅拌的混凝土,我们既要审核混凝土的配比,还要注意控制现场搅拌的不利因素,加强对材料投放的管理,使实际投放量准确无误。同时也要加强对材料的检验试验工作,保证使用的所有材料都和配比的一致,并且合格。
  由于混凝土配合比不当造成的楼板裂缝不是个别现象,在很多工程中都曾经出现过,应引起施工单位的高度重视.
  2.2施工中人为因素引起的楼板裂缝
  施工过程中人为因素也是使楼板产生裂缝的重要因素,主要可以表现在以下几个方面:
  (1)模板体系安装不牢固,或者安装刚度不能满足要求,在荷载的作用下产生微小的变形,当混凝土有了一定的强度后,这种变形一旦发生就非常容易引起楼板产生裂缝[2]。
  (2)楼板混凝土浇筑过程中,不注意对混凝土均匀摊铺,大量混凝土集中堆放,然后用振捣棒赶浆找平,人为造成混凝土的不均匀,大量水泥砂浆跑至距堆放点的远端形成少石子混凝土,该部位的混凝土就是容易产生裂缝的薄弱环节。
  (3)在浇筑混凝土施工时,振捣工过分的振捣,使混凝土分层离析,大量的水泥砂浆,尤其是含有粉煤灰的水泥砂浆浮于混凝土表面,那么在混凝土的硬化过程中,随着水分的蒸发,板表面就会发生大于常规的收缩量,导致楼板出现裂缝。
  (4)施工过程中,往往为了赶进度,施工人员就会在新浇筑的混凝土还没有达到1.2MPa以前上人踩踏,甚至堆放材料、支设模板等过早的施加荷载或受震动。过早的施加荷载就会破坏刚刚结晶、尚未达到强度的混凝土内部结构,而且这种破坏是不可逆转的,最终导致混凝土楼板的裂缝出现。
  (5)楼板负弯矩区钢筋下沉也容易引起裂缝的产生。在施工过程中,由于施工人员操作不当,踩踏钢筋,致使负弯矩筋下沉,保护层过大,减小了板截面的有效高度,使板的承载力下降,甚至达不到设计的承载力要求,从而导致板裂缝的产生。
  (6)除此以外还有很多人为因素,如泵送任意加水;浇注速度过快;钢筋保护层过小;板面积过大(未采取有效措施);新旧混凝土接合面(接茬)处理不好;冬施保温不当;拆模不注意内外温差等也是引起裂缝的重要因素。
  2.3养护不当也是造成混凝土裂缝产生的重要原因
  混凝土的养护对混凝土的强度增长至关重要,按常规要求,混凝土在浇注后12小时内要进行洒水养护,养护时间对普通混凝土来说不少于7天,对防水混凝土和掺加减水剂的混凝土养护时间不少于14天。这个规定对于一般情况下是适用的,但是具体情况要特别对待例如在2001年3月中旬施工的北京某大厦工程,在二层顶板施工时,混凝土浇筑4~5小时后,表面就会出现大大小小不规则裂纹,按规程[]规定不到洒水养护时间不能洒水,如果洒水恐怕会冲刷掉尚未完全凝结的水泥浆,对混凝土的质量产生不利的影响,但是从现场情况看,产生裂纹的原因是天气干燥,空气中的含水量非常低,而且风比较大,新浇筑的混凝土表面的水分在很短时间内就流失掉了,表面混凝土急剧收缩造成裂缝的产生,如果不及时补水,混凝土的裂缝还会继续向下发展。为了避免进一步产生裂缝,经过研究,采取了在最后一遍抹压混凝土时,同时覆盖塑料布进行保水的措施,保证混凝土内部的水分在短时间内不会流失。通过该项措施,避免了混凝土裂缝产生,取得了良好的效果。因此,对天气炎热、空气干燥并且风力较大的环境下,如果还是按正常环境对待,容易造成现浇混凝土产生裂缝,应该提前进入养护阶段。
  3控制楼板裂缝产生的主要措施
  上面已经从几个方面分析了裂缝产生的原因,当然原因可能还远远不止这几方面,这里就不赘述了。
  本文中着重分析了混凝土配比对楼板裂缝产生的影响,是因为施工技术人员往往容易忽视对这块工作的管理,如果在施工前技术人员对此给以足够的重视,事先审查混凝土的配合比,同时对混凝土原材料、性能和技术指标提出要求,并且在现场验收和检测方面加强管理,那么这项因素就很好解决了,当然提出技术指标还要求技术人员有足够的经验和水平。
  对于施工中人为因素对楼板裂缝产生的影响,采取的主要措施就是加强管理,正确的按工艺规程操作,施工中严禁集中堆料再用振捣棒进行赶浆摊铺找平,必须按要求用布料杆或铁锹将混凝土运输到位,然后在原地振捣;混凝土的振捣要严格按规程操作,振捣时间,振捣间距要严格控制,杜绝过振现象的发生;施工中搭设临时马道,操作人员要在马道上进行操作,防止踩踏钢筋,造成钢筋下沉,影响结构质量;同时要严格控制新浇混凝土的上人时间,避免早期上人对混凝土的破坏。
  混凝土的养护要根据实际情况尽量提前进行,在炎热季节、干燥季节、风大的情况下为了避免早期失水,要在收活后及时覆盖塑料布,以保证新浇混凝土的水分不过早流失。
  4 结束语
  混凝土裂缝的发生是混凝土工程施工中普遍存在的现象,近代科学关于混凝土强度的研究以及大量工程实践所提供的经验都说明,结构物的裂缝是不可避免的,裂缝是一种人们可以接受的的材料特征[1]。科学的要求应是将其有害程度控制在允许范围内[1]。因此,在施工中,我们要根据不同的情况加以区别对待,如大体积混凝土中我们可以通过减少水泥用量,采用低水化热的水泥,并用掺合料代替尽可能多的水泥,从而减少水化热的产生,以达到减小内外温差,减少裂缝出现的可能;但是对于对工程中出现较多,影响较大的楼板裂缝,由于构件较薄,内外温差不会很大,在制定配合比时我们就要适当的减少掺合料的用量,降低掺合料的负面影响,综合考虑对结构的安全影响因素。所以笔者认为在施工中采取一系列的措施,施加影响,通过控制合理的配合比,并且注意控制施工中的人为操作因素、加强混凝土的早期养护控制,就能使裂缝的产生数量和宽度、深度有效的降低。
  
  参考文献:
  [1]王铁梦,工程结构裂缝控制[M],北京:中国建筑工业出版社;
  [2]《建筑施工手册》(第四版)编写组,建筑施工手册[M],北京:中国建筑工业出版社;
  [3]侯君伟,胡世德等,高层建筑施工(第二版)[M],北京:中国建筑工业出版社;
   [4]中国建筑科学研究院,普通混凝土配合比设计规程,北京:中国建筑工业出版社2011.
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