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现浇钢筋混凝土楼板出现裂缝是十分普遍的现象,是工程常见的质量通病,也是长期困扰建筑施工的一个难题。其特点是:第一、具有广泛的普遍性。无论是砖混结构、框架结构还是剪力墙结构,由于近年来住宅结构施工周期缩短,劳务作业人员的技术素质下降,楼板结构裂缝成为多发性的质量问题。第二、危害性较大。楼板裂缝不仅对结构安全构成威胁,也降低了建筑物的使用寿命。第三、处理难度大。一旦出现楼板裂缝,单纯从技术角度无法处理达到正常水平。因此,分析现浇钢筋混凝土楼板裂缝的原因具有极强的现实意义。
1.混凝土的收缩变形使楼板产生裂缝
1.1浇筑初期(终凝前)的凝缩变形
凝缩变形产生的裂缝发生在混凝土结硬前最初几小时内,通常浇后24h即可观察到。这种裂缝有两类:一类是由于塑性混凝土下沉产生的裂缝,在梁、板中都有可能产生;另一类是塑性收缩裂缝,常出现在板中,裂缝逞不规则的鸡爪状或地图状。凝缩变形产生的裂缝多与混凝土的泌水现象有关。
新浇筑的混凝土经压实后,由于重力作用,重的固体颗粒向下沉,迫使轻的水向上移,即所谓“泌水”。当固体颗粒彼此支撑不再下沉,或水泥结硬阻碍了它的下沉,泌水即停止。如混凝土中固体颗粒能不受阻碍地自由下沉,则仅使结硬后混凝土的体积减少,并不会产生裂缝。
塑性收缩裂缝并不受混凝土中钢筋的影响,影响塑性收缩裂缝的主要因素是混凝土表面的干燥速度,当水分蒸发速度超过了泌水速度时,就会产生这种裂缝。因此凡是能加速蒸发速度的因素(如气温高、相对湿度低、风速大以及混凝土中温度高于周围空气温度)都会促使塑性收缩裂缝的发生。塑性收缩裂缝的表面宽度有的可达1～2mm。这种裂缝在自由支承板的四角处则很少出现,因为角部的干缩不受约束;相反,如板的边缘受到约束(砖墙等),则将出现与板边呈45°的一系列平行裂缝。
1.2硬化过程中的干缩和水化作用引起的自身收缩
自身收缩与干缩一样,在浇筑后相当长的时间 约1～2 a才会出现,它是由于水的迁移而引起的。但它不是由于水向外蒸发散失,而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降,形成弯月面,产生所谓自干燥作用,使混凝土体的相对湿度降低和体积减少;水灰比的变化对干燥收缩和自身收缩的影响正相反,即当混凝土的水灰比降低时干燥收缩减少,而自身收缩增大。如当水灰比大于0.5时,其自身干燥作用和自身收缩与干缩相比可以忽略不计;但是当水灰比减少到0.35时,混凝土内相对湿度会很快降低到80%以下,自身收缩与干缩则相接近。在硬化混凝土收缩受约束的条件下,收缩应变将导致弹性拉应力,拉应力可被近似看作弹性模量与应变的乘积;当拉应力超过混凝土的抗拉强度时,材料出现开裂。但是由于混凝土的粘弹性(徐变),部分应力释放,徐变产生的应力松驰后的残余应力才是决定混凝土是否开裂的关键。
2.材料选用及质量问题使楼板产生裂缝
2.1当前水泥供应和使用上存在的问题
(1)水泥品种上的混乱:大量打着普硅水泥的水泥在混合材料的使用上存在诸多问题,前几年水泥行业在价格上的恶性竞争,使得掺杂使假、违规生产盛行;用户方面包括建设、设计、施工单位对于水泥产品不熟悉,致使水泥品种单一,促成水泥厂造假。
(2)近年水泥供不应求,暴利使得不少资金流入,对水泥生产的不熟悉造成已投产的新型干法生产线质量管理问题成堆,出厂水泥质量难以保证。
(3)政策配套上的不足,如废渣综合利用政策,有不少企业为受这一政策盲目提高混合材的掺量。
(4)用户对不同水泥的特性不了解,主要表现在任何工程、任何部位、任何施工气候条件千篇一律的使用普硅水泥,无论对于确保工程质量还是降低造价都没有好处;水泥采购上只求价格便宜没有重视产品质量和厂家的信誉;对于目前水泥产品的标准混乱现象从采购、管理、使用等方面没有有效的应对措施。
2.2商品砼自身特点
目前已普遍采用泵送商品砼进行浇筑,但受剧烈的市场竞争,导致各商品砼厂商以采用大粉煤灰掺量,低价位、低性能的砼处掺剂,以及细度模数低、含泥量较高的中细砂作为降低价格和成本的主要竞争手段。混凝土强度值对水灰比的变化十分敏感,水、水泥、外掺混合材料等计量偏差,将直接影响混凝土的强度。而采用含泥量大的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。泵送砼坍落度大,易产生局部粗骨料少、砂浆多的现象,此时,砼脱水干缩时,就会产生表面裂缝。
3.施工方法不当使楼板产生裂缝
3.1施工荷载过于集中
在楼板混凝土刚刚失去塑性但强度还没有达到一定程度时,最容易受到损害,造成无法修复的缺陷,需要很好的保护。现代施工节奏较快,往往在混凝土刚刚终凝时即开始上层施工,大量的施工材料、机具、人员等施工荷载,特别是高层结构使用的钢制大模板,经常在楼板中间位置集中堆放,造成楼板中间部位出现大量不规则的微小裂缝。
3.2上人操作时间过早
有时为了抢工期,施工人员往往在楼板混凝土强度尚未达到规范要求的1.2MPa时,即开始在上面施工作业,这时楼板受到动荷载的作用,必然在混凝土内部产生微裂缝。
3.3模板与支撑有间隙
近年来建筑楼板施工多采用竹胶板做模板,竹胶板铺设后应使用钉子与下面的木方支撑肋钉牢固,否则竹胶板与木方之间会产生空隙,当受到上部压力时,竹胶板会下陷变形(俗称“喘气”)。混凝土浇注过程中因荷载较小,有时模板不变形,当楼板再承受施工活荷载时,就会产生变形,从而导致楼板混凝土裂缝。
3.4拆除墙角模板方法不当
当上层墙体拆除角部钢模板时,施工人员往往图方便,将拆下的角模板直接推倒砸在楼板上,巨大的冲击力经常导致楼板角部出现环状的密集微裂缝。
3.5板内埋管集中
现代楼房设计中多采用将各类强电、弱电管线在楼板内暗敷的方式,经常出现楼板内电气埋管集中的现象,集中的塑料埋管占据了较大的楼板截面,形成局部薄弱带,在混凝土终凝前往往在塑料管弹性力作用下产生与管线走向一致的楼板裂缝。
3.6重物冲击
在使用塔吊向新浇注的楼板上吊运钢筋、电焊机、料箱(斗)等重量较大的物体时,经常由于指挥控制不当以及下部未垫方木等原因,物体下落速度较快,导致重物直接冲击楼板,产生楼板裂缝。
4.结构设计方面使楼板产生裂缝
4.1设计中对多跨连续板边跨的板边往往简化处理为简支,由此而产生的误差在构造上予以配置构造钢筋补强,但所配置的构造钢筋有往往存在直径过细,间距过大。
4.2楼板配筋设计中,仅在楼板轴线承重梁处配置了负弯筋,这些钢筋在楼板挠度应变产生负弯矩时起抗力作用,刚性较大;而在楼板中间的配筋设计仅计算支撑平板的正压力负荷,数量较少,所以就显得相对薄弱,容易出现裂缝。
4.3对楼板来说,约束最大的位置在四个转角处,因为转角处梁或墙的刚度最大,它对楼板形成的约束也最大,同时沿外墙转角处因受外界气温影响,也是楼板收缩变形最大的部位;一般来说,板内配筋都按平行于板的两条相邻边设置,使得转角处夹角平分线方向的抗拉能力最薄弱,沿外墙转角处的楼板容易出现45°斜向放射状裂缝。
4.4楼板内设计的水电管线有不少采用PVC塑料管,PVC塑料管与混凝土的线膨胀系数不一致,在未采取任何措施的情况下,很容易沿水电管线方向出现裂缝。
综上,现浇钢筋混凝土楼板裂缝是工程常见的质量通病,在设计和施工过程中要充分考虑到上述原因,有针对性的加以注意和解决,采用合理的技术措施,裂缝是可以得到控制和预防的。
1.混凝土的收缩变形使楼板产生裂缝
1.1浇筑初期(终凝前)的凝缩变形
凝缩变形产生的裂缝发生在混凝土结硬前最初几小时内,通常浇后24h即可观察到。这种裂缝有两类:一类是由于塑性混凝土下沉产生的裂缝,在梁、板中都有可能产生;另一类是塑性收缩裂缝,常出现在板中,裂缝逞不规则的鸡爪状或地图状。凝缩变形产生的裂缝多与混凝土的泌水现象有关。
新浇筑的混凝土经压实后,由于重力作用,重的固体颗粒向下沉,迫使轻的水向上移,即所谓“泌水”。当固体颗粒彼此支撑不再下沉,或水泥结硬阻碍了它的下沉,泌水即停止。如混凝土中固体颗粒能不受阻碍地自由下沉,则仅使结硬后混凝土的体积减少,并不会产生裂缝。
塑性收缩裂缝并不受混凝土中钢筋的影响,影响塑性收缩裂缝的主要因素是混凝土表面的干燥速度,当水分蒸发速度超过了泌水速度时,就会产生这种裂缝。因此凡是能加速蒸发速度的因素(如气温高、相对湿度低、风速大以及混凝土中温度高于周围空气温度)都会促使塑性收缩裂缝的发生。塑性收缩裂缝的表面宽度有的可达1～2mm。这种裂缝在自由支承板的四角处则很少出现,因为角部的干缩不受约束;相反,如板的边缘受到约束(砖墙等),则将出现与板边呈45°的一系列平行裂缝。
1.2硬化过程中的干缩和水化作用引起的自身收缩
自身收缩与干缩一样,在浇筑后相当长的时间 约1～2 a才会出现,它是由于水的迁移而引起的。但它不是由于水向外蒸发散失,而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降,形成弯月面,产生所谓自干燥作用,使混凝土体的相对湿度降低和体积减少;水灰比的变化对干燥收缩和自身收缩的影响正相反,即当混凝土的水灰比降低时干燥收缩减少,而自身收缩增大。如当水灰比大于0.5时,其自身干燥作用和自身收缩与干缩相比可以忽略不计;但是当水灰比减少到0.35时,混凝土内相对湿度会很快降低到80%以下,自身收缩与干缩则相接近。在硬化混凝土收缩受约束的条件下,收缩应变将导致弹性拉应力,拉应力可被近似看作弹性模量与应变的乘积;当拉应力超过混凝土的抗拉强度时,材料出现开裂。但是由于混凝土的粘弹性(徐变),部分应力释放,徐变产生的应力松驰后的残余应力才是决定混凝土是否开裂的关键。
2.材料选用及质量问题使楼板产生裂缝
2.1当前水泥供应和使用上存在的问题
(1)水泥品种上的混乱:大量打着普硅水泥的水泥在混合材料的使用上存在诸多问题,前几年水泥行业在价格上的恶性竞争,使得掺杂使假、违规生产盛行;用户方面包括建设、设计、施工单位对于水泥产品不熟悉,致使水泥品种单一,促成水泥厂造假。
(2)近年水泥供不应求,暴利使得不少资金流入,对水泥生产的不熟悉造成已投产的新型干法生产线质量管理问题成堆,出厂水泥质量难以保证。
(3)政策配套上的不足,如废渣综合利用政策,有不少企业为受这一政策盲目提高混合材的掺量。
(4)用户对不同水泥的特性不了解,主要表现在任何工程、任何部位、任何施工气候条件千篇一律的使用普硅水泥,无论对于确保工程质量还是降低造价都没有好处;水泥采购上只求价格便宜没有重视产品质量和厂家的信誉;对于目前水泥产品的标准混乱现象从采购、管理、使用等方面没有有效的应对措施。
2.2商品砼自身特点
目前已普遍采用泵送商品砼进行浇筑,但受剧烈的市场竞争,导致各商品砼厂商以采用大粉煤灰掺量,低价位、低性能的砼处掺剂,以及细度模数低、含泥量较高的中细砂作为降低价格和成本的主要竞争手段。混凝土强度值对水灰比的变化十分敏感,水、水泥、外掺混合材料等计量偏差,将直接影响混凝土的强度。而采用含泥量大的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。泵送砼坍落度大,易产生局部粗骨料少、砂浆多的现象,此时,砼脱水干缩时,就会产生表面裂缝。
3.施工方法不当使楼板产生裂缝
3.1施工荷载过于集中
在楼板混凝土刚刚失去塑性但强度还没有达到一定程度时,最容易受到损害,造成无法修复的缺陷,需要很好的保护。现代施工节奏较快,往往在混凝土刚刚终凝时即开始上层施工,大量的施工材料、机具、人员等施工荷载,特别是高层结构使用的钢制大模板,经常在楼板中间位置集中堆放,造成楼板中间部位出现大量不规则的微小裂缝。
3.2上人操作时间过早
有时为了抢工期,施工人员往往在楼板混凝土强度尚未达到规范要求的1.2MPa时,即开始在上面施工作业,这时楼板受到动荷载的作用,必然在混凝土内部产生微裂缝。
3.3模板与支撑有间隙
近年来建筑楼板施工多采用竹胶板做模板,竹胶板铺设后应使用钉子与下面的木方支撑肋钉牢固,否则竹胶板与木方之间会产生空隙,当受到上部压力时,竹胶板会下陷变形(俗称“喘气”)。混凝土浇注过程中因荷载较小,有时模板不变形,当楼板再承受施工活荷载时,就会产生变形,从而导致楼板混凝土裂缝。
3.4拆除墙角模板方法不当
当上层墙体拆除角部钢模板时,施工人员往往图方便,将拆下的角模板直接推倒砸在楼板上,巨大的冲击力经常导致楼板角部出现环状的密集微裂缝。
3.5板内埋管集中
现代楼房设计中多采用将各类强电、弱电管线在楼板内暗敷的方式,经常出现楼板内电气埋管集中的现象,集中的塑料埋管占据了较大的楼板截面,形成局部薄弱带,在混凝土终凝前往往在塑料管弹性力作用下产生与管线走向一致的楼板裂缝。
3.6重物冲击
在使用塔吊向新浇注的楼板上吊运钢筋、电焊机、料箱(斗)等重量较大的物体时,经常由于指挥控制不当以及下部未垫方木等原因,物体下落速度较快,导致重物直接冲击楼板,产生楼板裂缝。
4.结构设计方面使楼板产生裂缝
4.1设计中对多跨连续板边跨的板边往往简化处理为简支,由此而产生的误差在构造上予以配置构造钢筋补强,但所配置的构造钢筋有往往存在直径过细,间距过大。
4.2楼板配筋设计中,仅在楼板轴线承重梁处配置了负弯筋,这些钢筋在楼板挠度应变产生负弯矩时起抗力作用,刚性较大;而在楼板中间的配筋设计仅计算支撑平板的正压力负荷,数量较少,所以就显得相对薄弱,容易出现裂缝。
4.3对楼板来说,约束最大的位置在四个转角处,因为转角处梁或墙的刚度最大,它对楼板形成的约束也最大,同时沿外墙转角处因受外界气温影响,也是楼板收缩变形最大的部位;一般来说,板内配筋都按平行于板的两条相邻边设置,使得转角处夹角平分线方向的抗拉能力最薄弱,沿外墙转角处的楼板容易出现45°斜向放射状裂缝。
4.4楼板内设计的水电管线有不少采用PVC塑料管,PVC塑料管与混凝土的线膨胀系数不一致,在未采取任何措施的情况下,很容易沿水电管线方向出现裂缝。
综上,现浇钢筋混凝土楼板裂缝是工程常见的质量通病,在设计和施工过程中要充分考虑到上述原因,有针对性的加以注意和解决,采用合理的技术措施,裂缝是可以得到控制和预防的。