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变形作用引起的楼板裂缝分析及其修复
2008/11/07 00:00
来源：中国混凝土网
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关键词：楼板裂缝;钢筋模板;混凝土;温度应力;养护
作为房地产开发商及施工单位来说，更希望从设计、施工的角度分析原因、采取控制措施，尽可能地减少因裂缝整治带来的经济与社会声誉的损失，而这都建立在对裂缝如何认识的基础上。虽然结构设计是建立在强度的极限承载力基础上的，但大多数工程的使用标准却是由裂缝控制的，结构的破坏也都是从裂缝的扩展开始的，而对于混凝土强度的细观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材料特征，科学的要求应是将有害程度控制在允许范围内。目前将结构裂缝分为两大类，即荷载引起的裂缝和变形变化引起的裂缝。工程实践中结构物的裂缝原因属于由变形变化为主（温度、收缩、不均匀沉降等）引起的占80%，由荷载因素为主引起的占20%，笔者从变形作用引起的楼板裂缝现象展开分析，并总结了楼板裂缝修复的常规手段。
一、楼板裂缝现象的研究现状
从多数资料反映的住宅楼板裂缝分布规律与出现的时间段来看，荷载和变形因素往往是混合作用的，而且呈现出一定的与施工工期、施工工艺、季节温度、现场条件的关联性。例如砖混结构楼板裂缝往往在施工过程中同步出现，而在冬季和夏季过后又会在不同部位大面积出现，同一个小区相同的房型结构、不同的施工班组在施工，最终产生的楼板裂缝数量、分布情况也差异很大，仅用单一的因素去分析很难得出满意的结论。现在上海及江浙一带的建筑市场分析，建筑施工操作基本上都是以人工为主，机械设备为辅。而建筑企业的工人基本都由农民工取代，他们的技术素质相对较差，从业经验少，施工行为往往无视施工规范及操作规程，因此施工因素离散性大、可控性差。我们在施工管理中观察发现：同期的建筑在同样地段、地基状况基本一致、同一个设计单位、同一家混凝土供应商，但不同的施工队伍施工出现裂缝的机率不同，钢管支撑比木支撑少，结构层施工周期长的比短的少，混凝土养护好的比养护差的少，施工文明程度高的比低的少等等。比较的结果给了我们很大的启示，当把视线聚焦于现场施工管理方面后，发现多数情况下这些裂缝产生时的初始诱因能在施工中通过采取一定控制措施来减少、延缓甚至消除，涉及混凝土配合比的控制、混凝土养护、钢筋施工、模板支撑体系的选用、施工荷载控制等多个环节，从施工过程中记录的数据对比结果来看也确实起到了相当明显的效果。许多混凝土结构、砌体结构等建筑物在建设过程和使用过程中出现了不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象，也是长期困扰着建筑工程技术人员的技术难题
二、混凝土裂缝产生机理
混凝土作为一种复合建筑材料，由于其组成材料的多样化以及各组成材料间物理化学作用的多变化，致使混凝土的物理力学性能与很多因素有关，混凝土抗压性能良好而抗拉性能很差，抗拉强度只有抗压强度的1/8-1/20，并且不与抗压强度成比例地增加，其极限拉伸变形很小，因而极易产生裂缝。通过近代仪器己经发现混凝土在受荷载以前，在硬化后的混凝土内部，尤其是在胶结料与骨料的界面上总是存在着大量的微观裂缝，其分布有随机性，而这些裂缝在外界荷载作用下或环境变化时会发展而形成可见宏观裂缝，目前规范或规程按计算控制的主要是宏观裂缝。对于荷载引起的裂缝，当构件中的主拉应力大于混凝土的抗拉强度或主拉应变大于混凝土的极限拉伸应变时混凝土就会产生裂缝，如受弯构件受拉区的弯曲裂缝、弯剪裂缝等。温度引起的裂缝一种情况是大体积混凝土因水泥水化热导致内外温差过大所引起的温度应力超过混凝土早期抗拉强度时引起的裂缝，另一类是混凝土因环境温度变化而产生膨胀或收缩变形，其中收缩变形又受到外界的约束或内部钢筋的阻碍而产生裂缝。
其它还包括混凝土硬化前产生的表面裂缝、混凝土收缩变形时受到约束产生的裂缝、材料不良引起的裂缝等。
对于目前住宅现浇楼板存在的裂缝问题同样没有形成比较一致的处理意见，而更多的是从设计上采取一定构造措施、施工中加强混凝土配合比控制和养护等几方面提出相关建议，从实际效果来看确实收到了一定成效，但楼板裂缝的形成原因确实有其特殊性和复杂性，无法以一般大体积混凝土裂缝控制、非荷载原因来解释分析，对于砖混结构、剪力墙结构等也有其截然不同的分布规律和形态特征。
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三、变形作用引起的楼板裂缝分析
3.1 温度应力引起的裂缝分析
3.1.1 温度应力的分析
根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：
（1）早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30天。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。（2）中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。（3）晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。根据温度应力引起的原因可分为两类：（a）自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。（b）约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响，具体计算这里就不再细述。
3.1.2. 温度的控制和防止裂缝的措施
为了防止裂缝，减轻温度应力可从控制温度和改善约束条件两个方面着手。
1. 控制温度的措施：
（1）采用改善骨料级配，用干硬性混凝土，掺混合料，加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量；（2）拌合混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度即入模温度；（3）热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热；（4）规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；（5）在寒冷季节采取保温措施。
2. 改善约束条件的措施：
比较常用的措施就是合理地分缝分块，设立后浇带。
3.2 混凝土收缩引起的裂缝
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收缩裂缝顾名思义其产生原因就是混凝土硬化后水份蒸发体积收缩。从理论上讲当混凝土在无任何约束而处于自由收缩时，不会产生裂缝的，而实际工程中，混凝土总是受到各种约束的，如两端的约束、内部配制钢筋的约束等。由于混凝土收缩过程中受到约束，因而内部产生拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时，就会产生收缩裂缝。一般来讲，混凝土受到的约束越大，其产生的收缩裂缝越多或越宽。由于混凝土体积收缩是因为水份蒸发、干燥导致的，因而收缩裂缝也通常称为干缩裂缝。
一般情况下，几个月以后，混凝土体内多余水份蒸发已基本完成，混凝土内湿度与环境湿度基本趋于一致，因而收缩裂缝的宽度发展也趋于停止，处于相对稳定状况。当然，之后还将随着环境湿度和温度的变化而略有变化，当环境湿度变大时，混凝土将吸取空气中的水份，而收缩裂缝变窄些，反之当环境湿度变小时，混凝土收缩裂缝将变宽些。另外，还随着环境温度变化，混凝土也将产生热胀冷缩现象，因而收缩裂缝也会随着环境温度的升高而变窄些，反之，随着环境温度的降低而变宽些。
四、楼板裂缝的常规修复
4.1 混凝土裂缝的修复时机
无论混凝土是何种因素引起开裂，包括内应力和外应力，从技术角度考虑其修复时机都应选择在裂缝基本稳定后才实施。如收缩裂缝的修复应等其收缩基本完成后再实施。
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4.2 混凝土裂缝的修复方法
4.2.1 宽度≤0.3mm，混凝土裂缝的修复
A. 修复性质：封闭性修复
B. 修复目的：恢复使用功能和耐久性
C. 修复方法：a）表面封闭法：沿裂缝表面涂刷聚合物或环氧类封闭材料。b）浅层封闭法：沿裂缝将混凝土凿成三角槽，三角槽内混凝土界面处理，在槽内嵌入修复材料。修复材料可视裂缝变形情况分别采取无机刚性修复材料和聚合物微变形或有机柔性修复材料。c）化学（环氧类）灌浆法：采用的灌浆修复材料为低粘度亲水性环氧树脂，此方法最大的优点是修复材料能在空气压力作用下灌入混凝土裂缝深处，并填充于混凝土裂缝中，从而从根本上达到封闭裂缝的修复目的。
因此，采用这些材料对混凝土裂缝灌浆后，不仅能有效地对裂缝进行封闭，同时，也兼有补强加固的作用。另外，在配制化学灌浆材料的过程中使其增加一定的柔韧性，这对提高混凝土裂缝修复质量从而提高工程的整体质量是相当有益的。
4.2.2 宽度＞0.3mm，混凝土裂缝的修复
A. 修复性质：封闭与加固性修复
B. 修复目的：恢复混凝土结构的承载力、使用性能、耐久性能。
C. 修复方法：粘钢板加固-防腐、防火处理
化学（环氧类）灌浆封闭裂缝-粘贴碳纤维布加固或粘贴碳纤维板加固-防火处理
无论是屋面防水层局部铲除或全部铲除重做，在考虑选择单体防水材料的性能同时，更应合理确定防水材料和保温材料、混凝土顶板之间的组合结构，着重注意施工后防水材料和保温材料、混凝土顶板复合在一起的实际性能，特别是复合在一起的抗变形性能。这样才能取得理想的修复效果。上述各种渗漏的修复方法，在实际工程中应视具体情况，可单独选用，也可几种复合选用。
参考文献：
[1] 潘立. 关于混凝土结构裂缝问题的思考．工业建筑．2000.
[2] 王铁梦. 超长超厚现浇钢筋混凝土结构的裂缝控制．北京：工业建筑．1990.
[3] 刘文挺，黄承造．砖混房屋现浇楼板裂缝原因分析及对策．建筑结构．2002.
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