高层住宅现浇钢筋混凝土楼板裂缝成因分析与处理
摘要:本文结合笔者多年建筑施工实践,介绍了高层住宅现浇钢筋混凝土楼板裂缝的类型,并结合实例,从多方面着重对常见的斜角裂缝形成原因进行了分析,并对裂缝防治措施及修复处理进行了详细阐述。
1引言
现浇楼板具有整体性好、抗震性能强、防渗漏性能好等特点,其应用也越来越广泛。但由于设计、施工及材料本身等方面引起的现浇板开裂问题时有发生,裂缝是不可避免的,但通过良好的设计与施工则可以减少裂缝的发生。其中斜角裂缝在住宅工程裂缝问题中占了较大比重,因此,合理对现浇板斜角裂缝进行分析与防治成为众多建筑技术人员不断研究探讨的重要课题,现结合笔者多年施工技术管理实践对此进行分析探讨。
2楼板斜角裂缝的主要特征
近年来,很多新建住宅不同程度出现现浇楼板斜角裂缝,这也引起了业主投诉等诸多问题。有很多建筑平面为矩形,完工后一年左右,装修时发现楼板出现了斜角裂缝,经过混凝土强度及楼板承载力检测,结果都符合要求。可以看出,裂缝并非贯穿性结构裂缝,一般来说,高层住宅最常见、最普遍和数量最多的是这类分布在房屋四周阳角处或平面形状突变的凹口房屋阳角处的裂缝。
具体位置大多在离开阳角左右,即在楼板的分离式配筋的负弯矩筋以及角部放射筋末端或外侧发生45度左右的楼地面斜面裂缝,且上下贯穿,裂缝宽度一般均小于1mm,分布在各层楼盖的两端处(边单元)、卧室墙角部地面,裂缝一般中间较宽,两端较细。从工程现浇楼板裂缝发生的部位分析,钢筋混凝土楼板斜角裂缝的主要特征如下:
1)这种裂缝具有相当大的普遍性,并不局限于某个特定的地区,在南方城市如南宁、广州,北方城市如大连等也均有发生。
2)裂缝主要出现在新建住宅完工后的几个月到一年的时间内;
3)出现此种裂缝的楼板大多为商品混凝土现浇楼板,且裂缝中部宽,两头窄;
4)裂缝均发生在房屋四周阳角处或平面形状突变的凹口房屋阳角处,离开阳角1m左右,均为斜向切角裂缝,与纵横墙夹角约45度;
5)裂缝多为一条,少数为两条平行斜向裂缝,且裂缝宽度均较小,一般小于1mm。
3现浇楼板裂缝形成原因分析：
引起建筑物楼板裂缝的原因很多,大致可以分为两类:一是由荷载引起的裂缝;二是由其它原因引起的裂缝,如设计不够合理、施工养护不善、温度变化、混凝土收缩徐变、基础不均匀沉降等。
相关资料表明:荷载引起的裂缝仅占20﹪左右,而其它原因引起的裂缝约占80﹪左右;荷载引起的裂缝可以通过设计验算裂缝宽度,使之符合《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)所规定的限值,许可裂缝宽度最大为0.3mm。而实际楼板斜角裂缝宽度往往在0.5~1.0mm之间,在满足设计要求的前提下,很明显并非荷载裂缝,而属于其它原因造成,主要原因分析如下:
3.1材料方面的原因
钢筋混凝土楼板一般受到其收缩和温差双重作用,这种作用极易引起开裂,并且愈靠近屋面处的楼层裂缝往往愈大。房屋的四周阳角由于受到纵、横两个方向剪力墙或刚度相对较大的楼面梁约束,限制了楼板钢筋混凝土的自由变形,因此,在温差和砼收缩变化时,板面在配筋薄弱处(即在分离式配筋的负弯矩筋和放射筋的末端结束处)首先开裂,产生45度左右的斜角裂缝,这也是形成这种裂缝的主要原因。
1)根据砌体和钢筋混凝土结构设计规范知,普通烧结粘土砖砌体的干缩率为0.1mm/m,而钢筋混凝土的干缩率为0.2mm/m,比砖 砌体大1倍。砖砌体温度线膨胀系数为0.5×10-5/℃,钢筋混凝土的温度线膨胀系数为1.0×10-5/℃,又比砖砌体大1倍。这表明如果砖外墙的收缩量为1mm,则现浇楼板同期的收缩为2mm,此差值即为现浇楼板开裂的根源。
2)收缩的叠加效应:在房屋竣工后空置期间,可认为内温度与大气温度相等,如果比施工期间温度升高,则热胀具有抵偿干缩的作用,表现为不缩也不胀。到冬季,气温较施工期间有所降低,此时产生的冷缩与干缩同时作用,收缩加剧,成为收缩的叠加效应,即为现浇板板角产生斜裂缝的内在原因.
3.2施工方面的原因
建筑工程施工及其养护是防治裂缝产生的重要环节,此环节稍有不慎也会造成楼板裂缝,从严重影响后期使用及商品住宅的销售。建筑工程施工质量必须满足《建筑工程施工质量验收统一标准》(GB50300-2001)及其相应专业工程施工质量验收规范的要求,施工引起钢筋混凝土斜角裂缝的原因主要可归结为以下几方面:
1)折模过早使楼板产生弹性变形,支座处产生负弯矩;
2)楼板上层钢筋位置未得到有效保护,移位、变形严重;
3)不合理的施工荷载;
4)在施工中随意增加水泥用量;
5)钢筋混凝土浇捣后过分抹干、压光及养护、保护不当;
6)后浇带和施工缝处理不慎。
3.3设计方面的原因
在板角上面双向配置长度为L/4的负弯矩钢筋(L为单向板跨度或双向板的短边跨度),它与下面正弯矩钢筋伸入外角框架柱或构造柱,有时该板通过圈梁与角柱钢筋混凝土浇筑成一个整体,目前现浇板的结构设计一般大多都是这样做的。这种增强节点构造措施的做法,与砖外墙一起形成一种特有的角柱约束机构,其刚度极大,使现浇板板边和板角均受到很强的嵌固、约束作用,所以板角斜裂缝被局限在一定范围。在角柱牵制下板角绝无自由伸缩的余地。而在砖砌体中,板边界为强度等级很低的砂浆层,其抗剪能力较差,因此板边的伸缩比较自由。从板角配筋加强区到一般配筋区的中间有一个斜向的过渡带,这是一个比较薄弱的环节,在此不可避免的要发生由于混凝土干缩加冷缩造成的双向合成裂缝,该裂缝的宽度可达单向收缩量的倍左右。正是由于在外角部位存在的一个强大的约束牵制机构和双向收缩的条件,此类现浇板板若不在四角处配置上部抗裂钢筋有可能在角上出现斜角裂缝,这是现浇板出现斜角裂缝的原因之一。
4住宅现浇楼板裂缝的控制措施
虽然楼板斜角裂缝对结构安全使用没有影响,但在有水源等特殊情况下会发生渗漏缺陷,是裂缝防治的重点。对于钢筋混凝土斜角裂缝的控制,施工时可考虑在钢筋混凝土中掺入UEA、HEA等微膨胀剂、抗裂剂来防止现浇钢筋砼楼、屋面板开裂。此外,在把握好每个施工环节严格按照相应的施工规程进行施工的前提下,主要是从设计的角度来加以防控。设计人员应充分认识采用商品钢筋混凝土及本地区的气候特点,适当采取加强措施,尽量减小现浇板开裂的可能性。
4.1建筑设计方面
1)适当控制建筑物的长度。多层住宅一般应控制在不大于40m,高层应控制在不大于45m较为合适。如果超过此长度,应采取构造措施,设置伸缩缝,超出量不大时,可用留设后浇带等措施,减少楼板混凝土的收缩影响。
(2减少伸缩缝的间距,增强外墙保温措施。
从调查结果可知,采用了外墙保温措施的工程中,出现板角斜裂缝的概率远远小于没有采用外墙保温措施的工程。
3)设法使该板与外角约束牵制机构脱离,即板不与下面圈梁和角柱整体连接,仅由圈梁和角柱构筑成约束框架,满足抗震的需要。在角柱与现浇板之间设一道虚缝,板四边支承在砂浆垫层上,板边界的外侧和上面均为2mm厚的砂浆层,可任板边较自由地伸缩。也可在角柱边与现浇板接触处预留一道20mm厚的空槽,用弹性密封胶填实,以消除温度能量的间隙。
4.2结构设计方面
4.2.1合理构造配筋
设计时注意构造配筋十分重要,目前国内设计对此都不够重视,对结构抗裂影响很大。合理的构造配筋,如采用小筋密布的配筋方式,可以提高混凝土的极限拉伸,可采用齐斯克列里经验公式估算混凝土的极限拉应变εp•a:
式中:ftk——混凝土轴心抗拉强度标准值;
p——配筋率;
d——纵向钢筋的直径。
1)采用双层双向钢筋加密加强。使纵、横两个方向钢筋网的合力能够很好地抵抗和防止45度斜角裂缝的发生和转移。
2)在外墙大角处设置放射形钢筋。按相关规范的要求,在建筑物的阳角设置抗裂构造钢筋,附加斜向应平行于该板的角平分线,间距不大于150mm,直径不小于5mm,长度为L/Z(L为板短向计算跨度),位置应在负筋或分布筋的下面。这种方法使建筑物的大角得到了有效保护,实践证明,按上述方法配置板角抗裂筋的工程中鲜有发现板角斜裂缝。
3)适当增大板厚,板厚应≥L0/(30~35)(L0为单向板跨度或双向反短向跨度),一般楼板厚度应≥100mm,屋面板厚度宜≥120mm,且当板厚≥130mm时,采用双层双向配筋。
4)屋面板应采用双层双向配筋。若楼面双向板负筋按分离式配筋,在板面无负筋区应配置双向钢筋网与负筋搭接200mm,其配筋率不宜小于0.15%。钢筋直径不宜小于~P6或~P6.5,钢筋间距不宜大于150mm。在有条件时,宜采用双层双向配筋,即负筋也拉通配筋,并可采用冷轧带肋钢筋等强度较高、与砼握裹较好的钢筋配筋,并采用细而密的配筋方案。
另外,对连续多跨现浇混凝土梁板结构不宜采用分离式配筋;孔洞处配加强筋,混凝土梁的腰部增配构造腰筋,间距200mm。构造钢筋的直径由8~14mm,间距100~200mm,视情况而定。
4.2.2充分考虑楼板结构正弯矩荷载受力
为减少楼板角部开裂的可能性,双向板周边支座为墙、梁、圈梁时,支座弯矩宜按四边嵌固板计算,并进行配筋;正弯矩筋应将弯矩增大1.2~1.5倍配筋,对于两端受到转动约束的简支梁,其约束力矩M可按下式计算:
式中:E——混凝土梁的弹性模量;
I——混凝土梁的截面惯性矩;
α——混凝土的线膨胀系数;
△T——温差;
h——混凝土梁的截面高度。
其中ET为梁截面的弯曲刚度,它不仅随荷载增大而减小,而且还随荷载作用时间增长而减小,刚度越大,约束力矩越大,这适宜于裂缝出现及扩展阶段的预控。
4.2.3楼板结构细部处理
建筑平面有凹口时,凹口处外横墙应与横墙拉通对齐,并应在凹口外缘设置拉梁,其截面及配筋不能太少;凹口处的楼板应适当加厚并加强配筋,使能抵抗在此处集中的温度应力及钢筋混凝土收缩应力;在砖混结构中,凹口阳角及阴角处必须设置构造柱。在砖混结构沿所有240墙设置钢筋混凝土圈梁,圈梁平面应封闭,起圈梁作用的梁的主筋应与圈梁钢筋搭接LL(LL为圈梁钢筋的搭接长度),圈梁截面高度不宜小于200mm,配筋不宜小于4@12mm。
对刀把形等异形板块应设次梁,使板块成为矩形、四边形等形状,且板块不能太大,一般不宜大于450cm×600cm,否则应设次梁予以分离。
5现浇楼板裂缝的处理
混凝土结构裂缝修复是在可能情况下对结构构件裂缝进行相应处理,这是对结构构件的耐久性和承载力满足设计
要求的一种裂缝处理方法。一般情况下,可分为表面处理法、压力灌浆法和填充法。
5.1表面处理法
这种方法主要适用于裂缝宽度<0.2mm,且深度较浅的细微裂缝,主要用来提高结构的防水性和耐久性。这种方法的特点是填充材料无法深入到裂缝内部,仅仅是对裂缝表面进行闭合处理,
其修复要点为:
1)凿开表面,露出结构面,用钢丝刷清洁表面污物;
2)用清水充分清洗并干燥;
3)用弹性涂膜放水材料或聚合物灰浆等填充裂缝表面,注意涂抹均匀;
4)待第一遍涂抹层半干燥后,再涂抹第二遍,干燥固化后即可。
5.2压力灌浆法
压力灌浆是将环氧树脂或其它低粘结度粘结材料在一定的压力下注入裂缝内部的修复方法,这种方法适用于裂缝宽度在02~0.5mm之间的情况,其施工工艺大致可分为:裂缝基层处理→确定注入口,埋设灌浆嘴→封闭裂缝,试漏→压力灌浆→封口→清理表面。
5.3填充法
填充法是沿裂缝处凿开混凝土,在该处填充修补材料的裂缝修复方法。其适用于裂缝宽度>0.5mm的情况。这种方法在施工时,如凿开后发现钢筋已锈蚀,应先将钢筋除锈并作防锈处理后再作填充。对于住宅工程中常出现的钢筋混凝土楼板斜角裂缝,当裂缝贯穿板厚时,其修复方法可采取凿槽嵌补法。其方法为:先沿裂缝凿一条深40~60mm,上口宽40~60mm的V形槽,槽内先用素水泥浆打底,再采用环氧树脂浆液灌缝,剩余部分用环氧胶泥填充压实,表面用1:1微膨胀水泥砂浆(掺5﹪放水粉)抹平压实。
6结语
综上所述,结构裂缝产生的原因很多,对于钢筋混凝土楼板斜角裂缝,由于其具有普遍性的特点,应该仔细分析开裂原因,从实际出发,有针对性地采取必要的控制措施,尽量防止这类裂缝的出现,才能从根本上保证住户的利益。