變形作用引起的樓板裂縫分析及其修復
關鍵詞：樓板裂縫;鋼筋模板;混凝土;溫度應力;養(yǎng)護
作為房地產(chǎn)開發(fā)商及施工單位來說，更希望從設計、施工的角度分析原因、采取控制措施，盡可能地減少因裂縫整治帶來的經(jīng)濟與社會聲譽的損失，而這都建立在對裂縫如何認識的基礎上。雖然結構設計是建立在強度的極限承載力基礎上的，但大多數(shù)工程的使用標準卻是由裂縫控制的，結構的破壞也都是從裂縫的擴展開始的，而對于混凝土強度的細觀研究以及大量工程實踐所提供的經(jīng)驗都說明，結構物的裂縫是不可避免的，裂縫是一種人們可以接受的材料特征，科學的要求應是將有害程度控制在允許范圍內(nèi)。目前將結構裂縫分為兩大類，即荷載引起的裂縫和變形變化引起的裂縫。工程實踐中結構物的裂縫原因屬于由變形變化為主（溫度、收縮、不均勻沉降等）引起的占80%，由荷載因素為主引起的占20%，筆者從變形作用引起的樓板裂縫現(xiàn)象展開分析，并總結了樓板裂縫修復的常規(guī)手段。
一、樓板裂縫現(xiàn)象的研究現(xiàn)狀
從多數(shù)資料反映的住宅樓板裂縫分布規(guī)律與出現(xiàn)的時間段來看，荷載和變形因素往往是混合作用的，而且呈現(xiàn)出一定的與施工工期、施工工藝、季節(jié)溫度、現(xiàn)場條件的關聯(lián)性。例如磚混結構樓板裂縫往往在施工過程中同步出現(xiàn)，而在冬季和夏季過后又會在不同部位大面積出現(xiàn)，同一個小區(qū)相同的房型結構、不同的施工班組在施工，最終產(chǎn)生的樓板裂縫數(shù)量、分布情況也差異很大，僅用單一的因素去分析很難得出滿意的結論?，F(xiàn)在上海及江浙一帶的建筑市場分析，建筑施工操作基本上都是以人工為主，機械設備為輔。而建筑企業(yè)的工人基本都由農(nóng)民工取代，他們的技術素質相對較差，從業(yè)經(jīng)驗少，施工行為往往無視施工規(guī)范及操作規(guī)程，因此施工因素離散性大、可控性差。我們在施工管理中觀察發(fā)現(xiàn)：同期的建筑在同樣地段、地基狀況基本一致、同一個設計單位、同一家混凝土供應商，但不同的施工隊伍施工出現(xiàn)裂縫的機率不同，鋼管支撐比木支撐少，結構層施工周期長的比短的少，混凝土養(yǎng)護好的比養(yǎng)護差的少，施工文明程度高的比低的少等等。比較的結果給了我們很大的啟示，當把視線聚焦于現(xiàn)場施工管理方面后，發(fā)現(xiàn)多數(shù)情況下這些裂縫產(chǎn)生時的初始誘因能在施工中通過采取一定控制措施來減少、延緩甚至消除，涉及混凝土配合比的控制、混凝土養(yǎng)護、鋼筋施工、模板支撐體系的選用、施工荷載控制等多個環(huán)節(jié)，從施工過程中記錄的數(shù)據(jù)對比結果來看也確實起到了相當明顯的效果。許多混凝土結構、砌體結構等建筑物在建設過程和使用過程中出現(xiàn)了不同程度、不同形式的裂縫，這是一個相當普遍的現(xiàn)象，也是長期困擾著建筑工程技術人員的技術難題
二、混凝土裂縫產(chǎn)生機理
混凝土作為一種復合建筑材料，由于其組成材料的多樣化以及各組成材料間物理化學作用的多變化，致使混凝土的物理力學性能與很多因素有關，混凝土抗壓性能良好而抗拉性能很差，抗拉強度只有抗壓強度的1/8-1/20，并且不與抗壓強度成比例地增加，其極限拉伸變形很小，因而極易產(chǎn)生裂縫。通過近代儀器己經(jīng)發(fā)現(xiàn)混凝土在受荷載以前，在硬化后的混凝土內(nèi)部，尤其是在膠結料與骨料的界面上總是存在著大量的微觀裂縫，其分布有隨機性，而這些裂縫在外界荷載作用下或環(huán)境變化時會發(fā)展而形成可見宏觀裂縫，目前規(guī)范或規(guī)程按計算控制的主要是宏觀裂縫。對于荷載引起的裂縫，當構件中的主拉應力大于混凝土的抗拉強度或主拉應變大于混凝土的極限拉伸應變時混凝土就會產(chǎn)生裂縫，如受彎構件受拉區(qū)的彎曲裂縫、彎剪裂縫等。溫度引起的裂縫一種情況是大體積混凝土因水泥水化熱導致內(nèi)外溫差過大所引起的溫度應力超過混凝土早期抗拉強度時引起的裂縫，另一類是混凝土因環(huán)境溫度變化而產(chǎn)生膨脹或收縮變形，其中收縮變形又受到外界的約束或內(nèi)部鋼筋的阻礙而產(chǎn)生裂縫。
其它還包括混凝土硬化前產(chǎn)生的表面裂縫、混凝土收縮變形時受到約束產(chǎn)生的裂縫、材料不良引起的裂縫等。
對于目前住宅現(xiàn)澆樓板存在的裂縫問題同樣沒有形成比較一致的處理意見，而更多的是從設計上采取一定構造措施、施工中加強混凝土配合比控制和養(yǎng)護等幾方面提出相關建議，從實際效果來看確實收到了一定成效，但樓板裂縫的形成原因確實有其特殊性和復雜性，無法以一般大體積混凝土裂縫控制、非荷載原因來解釋分析，對于磚混結構、剪力墻結構等也有其截然不同的分布規(guī)律和形態(tài)特征。
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三、變形作用引起的樓板裂縫分析
3.1 溫度應力引起的裂縫分析
3.1.1 溫度應力的分析
根據(jù)溫度應力的形成過程可分為以下三個階段：
（1）早期：自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束，一般約30天。這個階段的兩個特征，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化，這一時期在混凝土內(nèi)形成殘余應力。（2）中期：自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度時止，這個時期中，溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起，這些應力與早期形成的殘余應力相疊加，在此期間混凝上的彈性模量變化不大。（3）晚期：混凝土完全冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起，這些應力與前兩種的殘余應力相迭加。根據(jù)溫度應力引起的原因可分為兩類：（a）自生應力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結構，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結構本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應力。（b）約束應力：結構的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應力。這兩種溫度應力往往和混凝土的干縮所引起的應力共同作用。要想根據(jù)已知的溫度準確分析出溫度應力的分布、大小是一項比較復雜的工作。在大多數(shù)情況下，需要依靠模型試驗或數(shù)值計算?；炷恋男熳兪箿囟葢τ邢喈敶蟮乃神Y，計算溫度應力時，必須考慮徐變的影響，具體計算這里就不再細述。
3.1.2. 溫度的控制和防止裂縫的措施
為了防止裂縫，減輕溫度應力可從控制溫度和改善約束條件兩個方面著手。
1. 控制溫度的措施：
?。?）采用改善骨料級配，用干硬性混凝土，摻混合料，加引氣劑或塑化劑等措施以減少混凝土中的水泥用量；（2）拌合混凝土時加水或用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度即入模溫度；（3）熱天澆筑混凝土時減少澆筑厚度，利用澆筑層面散熱；（4）規(guī)定合理的拆模時間，氣溫驟降時進行表面保溫，以免混凝土表面發(fā)生急劇的溫度梯度；（5）在寒冷季節(jié)采取保溫措施。
2. 改善約束條件的措施：
比較常用的措施就是合理地分縫分塊，設立后澆帶。
3.2 混凝土收縮引起的裂縫
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收縮裂縫顧名思義其產(chǎn)生原因就是混凝土硬化后水份蒸發(fā)體積收縮。從理論上講當混凝土在無任何約束而處于自由收縮時，不會產(chǎn)生裂縫的，而實際工程中，混凝土總是受到各種約束的，如兩端的約束、內(nèi)部配制鋼筋的約束等。由于混凝土收縮過程中受到約束，因而內(nèi)部產(chǎn)生拉應力，當拉應力大于混凝土的抗拉強度時，就會產(chǎn)生收縮裂縫。一般來講，混凝土受到的約束越大，其產(chǎn)生的收縮裂縫越多或越寬。由于混凝土體積收縮是因為水份蒸發(fā)、干燥導致的，因而收縮裂縫也通常稱為干縮裂縫。
一般情況下，幾個月以后，混凝土體內(nèi)多余水份蒸發(fā)已基本完成，混凝土內(nèi)濕度與環(huán)境濕度基本趨于一致，因而收縮裂縫的寬度發(fā)展也趨于停止，處于相對穩(wěn)定狀況。當然，之后還將隨著環(huán)境濕度和溫度的變化而略有變化，當環(huán)境濕度變大時，混凝土將吸取空氣中的水份，而收縮裂縫變窄些，反之當環(huán)境濕度變小時，混凝土收縮裂縫將變寬些。另外，還隨著環(huán)境溫度變化，混凝土也將產(chǎn)生熱脹冷縮現(xiàn)象，因而收縮裂縫也會隨著環(huán)境溫度的升高而變窄些，反之，隨著環(huán)境溫度的降低而變寬些。
四、樓板裂縫的常規(guī)修復
4.1 混凝土裂縫的修復時機
無論混凝土是何種因素引起開裂，包括內(nèi)應力和外應力，從技術角度考慮其修復時機都應選擇在裂縫基本穩(wěn)定后才實施。如收縮裂縫的修復應等其收縮基本完成后再實施。
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4.2 混凝土裂縫的修復方法
4.2.1 寬度≤0.3mm，混凝土裂縫的修復
A. 修復性質：封閉性修復
B. 修復目的：恢復使用功能和耐久性
C. 修復方法：a）表面封閉法：沿裂縫表面涂刷聚合物或環(huán)氧類封閉材料。b）淺層封閉法：沿裂縫將混凝土鑿成三角槽，三角槽內(nèi)混凝土界面處理，在槽內(nèi)嵌入修復材料。修復材料可視裂縫變形情況分別采取無機剛性修復材料和聚合物微變形或有機柔性修復材料。c）化學（環(huán)氧類）灌漿法：采用的灌漿修復材料為低粘度親水性環(huán)氧樹脂，此方法最大的優(yōu)點是修復材料能在空氣壓力作用下灌入混凝土裂縫深處，并填充于混凝土裂縫中，從而從根本上達到封閉裂縫的修復目的。
因此，采用這些材料對混凝土裂縫灌漿后，不僅能有效地對裂縫進行封閉，同時，也兼有補強加固的作用。另外，在配制化學灌漿材料的過程中使其增加一定的柔韌性，這對提高混凝土裂縫修復質量從而提高工程的整體質量是相當有益的。
4.2.2 寬度＞0.3mm，混凝土裂縫的修復
A. 修復性質：封閉與加固性修復
B. 修復目的：恢復混凝土結構的承載力、使用性能、耐久性能。
C. 修復方法：粘鋼板加固-防腐、防火處理
化學（環(huán)氧類）灌漿封閉裂縫-粘貼碳纖維布加固或粘貼碳纖維板加固-防火處理
無論是屋面防水層局部鏟除或全部鏟除重做，在考慮選擇單體防水材料的性能同時，更應合理確定防水材料和保溫材料、混凝土頂板之間的組合結構，著重注意施工后防水材料和保溫材料、混凝土頂板復合在一起的實際性能，特別是復合在一起的抗變形性能。這樣才能取得理想的修復效果。上述各種滲漏的修復方法，在實際工程中應視具體情況，可單獨選用，也可幾種復合選用。
參考文獻：
[1] 潘立. 關于混凝土結構裂縫問題的思考．工業(yè)建筑．2000.
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[3] 劉文挺，黃承造．磚混房屋現(xiàn)澆樓板裂縫原因分析及對策．建筑結構．2002.
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