对混凝土结构楼板裂缝的成因分析及处理.doc

对混凝土结构楼板裂缝的
成因分析及处理
第四项目 伍中平
摘 要：许多混凝土结构楼板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，它是长期困扰着建筑技术人员的技术难题。本文结合工程实例，分析顶板出现裂缝的原因，以及对裂缝进行处理的方法进行探讨，以供读者参考。
关键词：混凝土结构 顶板裂缝 原因分析 处理方法
一、工程概况
北京国际金融中心工程位于金融街A6地，建筑面积11.6万m2,地下三层,地上24层。本工程因设计修改及甲方资金等原因，于99年1月施工完地上二层顶板结构后停工（后于2000年4月复工）。在经历过雨季和酷暑后（特别是7月份持续的高温天气），发现主体结构顶板有开裂现象，经甲方、监理、施工单位三方共同检查确认，在已施工完的五层结构顶板上均出现不同程度的裂缝开展，其主要分布情况如下：
1. 地下三层（B3）少数项板出现裂缝，数量较少，裂缝分布不规律，无渗漏及泛碱现象，墙柱和梁未见异常。
2. 地下二层（B2）出现裂缝的顶板略有增加，裂缝分布无规律，局部有渗漏及泛碱现象，墙柱和梁未见异常。
3. 地下一层（B1）露天部分顶板裂缝部位明显增多，有部分为通缝，分布方向主要在梁两侧沿45°斜向，且缝宽较大，有渗漏及泛大碱现象；中间板带（非露天部分）裂缝相对较少，无明显规律。北侧自行车坡道墙局部出现裂缝，其它墙及梁柱未见异常。
4. 地上一层（F1）裂缝明显增多，主要分布在东南北周边两跨和中部原结构施工缝，裂缝无明显规律，沿裂缝局部有渗水及泛碱现象，墙柱和梁未见异常。
5. 地上二层（F2）顶板出现大量不规则裂缝，且沿裂缝有明显渗水及泛碱现象。墙柱和梁未见异常。
二、裂缝检测及成因分析
（一）裂缝分布规律
1. 裂缝数量从B3开始往上层逐渐增多，B1顶板外露部分和F1、F2顶板裂缝数量明显增多，且有渗漏和泛碱现象，裂缝开展无规律。
2. 各层出现裂缝的顶板所占比例分别是B3为12%，B2为18%，B1为26%，F1为55%，F2为95%。
3. 现场抽取的各层板块分析。地上部分顶板主裂缝宽度一般为0.1～0.2mm，个别裂缝宽达0.6～0.7mm，主裂缝附近不规则的放射状裂缝宽度一般小于0.1mm，多数裂缝为通缝。地下部分缝宽一般为0.2～0.4mm，个别缝宽达0.9mm。
（二）现场取样检测及堆载试验
1. XRD（X射线衍射分析）：各层水泥浆体中水化产物相同，含有羟钙石，非晶态的水化硅酸钙凝胶等。在地上顶板的样品中含有伊利石（具有吸水膨胀、失水收缩特性，会增加不均匀体积变形）成份。在各层样品中均有一定量的石膏存在。
2. SEM-EDS扫描电镜和能谱分析结果：地上比地下砼微观结构疏松，B1、B2层的样品在电子显微镜下能观察到大量的1.0～3.0 μm的微观裂缝，同时观察到有集料富集和集料与水泥浆分层现象，且通孔量较大。
3. 孔结构分析：使用压汞法测定孔隙率和孔径F1、F2大于B1。
4. 热稳定分析：未发现新裂缝和起皮现象。
5. 堆载试验：按设计值进行强度试验，受荷状态下挠度为L/3558，裂缝增加量最大为0.2mm；卸载后，残余变形最大为0.03mm，残余裂缝最大为0.1mm。
（三）主要成因分析
1. 与混凝土配合比有关：由于采用泵送砼，混凝土水灰比偏大。而硅酸盐水泥在空气硬化时体积会产生收缩，其收缩大小与水泥的矿物组成、细度、水灰比等因素密切相关。而熟料中铝酸三钙的收缩量最大，水泥愈细，收缩愈大；水灰比大，收缩也大，因此，水灰比过大是造成混凝土失水收缩裂缝的原因之一。
2. 与外加剂有关：本工程在混凝土使用过程中为改善混凝土的和易性和流动性，减少泵的输出压力，掺加了适量的减水剂。在选择减水剂时未充分考虑到其本身具有收缩的特性，从而加剧了混凝土拌合物的收缩。这是造成混凝土出现裂缝的原因之一。
3. 与施工工艺和环境条件有关：大家知道，混凝土在浇注后会出现断断续续的水平裂缝，而该种裂缝可通过二次抹压或加强养护等得以控制。同时，加强养护时的湿度和延长养护时间对裂缝控制也是有利的。据有关文献记载，不同湿度对混凝土干缩影响是很明显的。如以28d湿养护为0，则70%湿度时混凝土干缩量为320×10-6（混凝土收缩变形值），50%湿度环境下混凝土干缩值为400×10-6。本工程地上部分结构施工正值冬期施工，气候十分干燥，造成混凝土早期养护不良，使混凝土内水分急剧蒸发而引起剧烈收缩，这是混凝土出现裂缝的一个主要原因。
4. 与结构形状、配筋和约束条件有关：根据大量资料表明，混凝土裂缝与结构形状、配筋和约束条件有一定关系，在相同约束条件下，结构层尺寸和配筋率的增加，也可提高混凝土初期的抗裂性能。本工程楼板厚为120mm，跨度达8m，同时只在四周梁位置配置了负弯矩筋，未设温度筋，这也是混凝土裂缝出现的的一个主要原因。
5. 与停工期结构长期暴露有关：由于温度不均匀变化会产生一定的温度应力，它使结构内部产生附加应力，从而造成结构内部应力重新分布，并在簿弱部位产生裂缝。根据本工程停工后，未进行任何防护措施，结构长期暴露外面、受风吹日晒或寒潮袭击作用、经历季节温度变化。由于框架结构的板与刚度较大的梁、柱相互约束，当温度变形受到约束时，首先在相对薄弱的板上出现裂缝。因此，温度变化是楼板出出大量裂缝的最为主要原因。
三、结构评价及裂缝处理
（一）结构评价：经众多专家及相关检测单位的认真核查及现场实测结果，结构本身的强度是满足设计要求的，楼板裂缝主要影响钢筋的封闭保护、楼板渗漏水。在工程施工阶段，所有梁板模板拆除后均未发现裂缝，所以，目前所出现的裂缝对整个工程安全不会构成影响，但如继续停工、晾置，裂缝还将发展，对结构安全的影响将逐渐显露出来。如主体继续施工，多数裂缝在潮湿状态下将自愈，因此，对局部裂缝的处理，最好在结构封顶以后。
（二）裂缝处理
从裂缝深度及宽度方面作为检验，可归纳为三种：表面裂缝、纵深裂缝、贯穿裂缝。本工程地上二层大部分裂缝为贯穿裂缝。
1. 对表面裂缝及非贯穿性的纵深裂缝不引起渗漏，也不降低承载力，一般
不须处理，如结构长期处于温度变化或有腐蚀性的液体环境中（本工程首层-0.5m处），则须进行表面密闭处理。处理方法是：
（1）采用环氧胶泥涂抹法，即将裂缝附近表面宽约300mm内的灰尘、浮渣等清除掉；用云石机打磨砼表面，使其表面平整。表面上的油污用二甲苯或丙酮擦洗掉，最后用湿布将附近表面擦洗干净。
（2）按配合比配制环氧胶泥，待基层干燥后，用硬毛刷或刮板蘸取胶泥，均匀涂刮在裂缝表面，宽约80-100mm。
2. 对贯穿裂缝，超过0.1～0.2mm就会引起渗漏。根据裂缝分布情况采用如下方法处理：
⑴ 对于防水要求的顶板，必须采取化学灌浆法进行处理（此种方法成本较高）。化学灌浆不仅可以止水，防止钢筋锈蚀，而且具有一定的粘结强度，有利于已开裂的钢筋混凝土结构共同工作。如条件不许可，也可在裂缝部位开槽（V型），用强度抗渗混凝土加固补强。
⑵ 对于首层及二层大面积开裂的顶板，采用密闭与叠合层相结合的原则。即在板底用环氧胶泥进行密闭处理；在板面用防水灌缝胶掺水泥进行覆盖（厚5～8mm），引种方法不仅可以防水，而且可以防止钢筋锈蚀，成本又低。
四、对混凝土裂缝控制及处理的几点建议
1. 采用泵送混凝土时，应严格控制混凝土坍落度，防止水灰比过大，造成混凝土干缩量增加，对混凝土裂缝控制不利。
2. 在选择减水剂等外加剂时，要高度重视，应选择不增加混凝土收缩的减水剂，即微膨胀型，减小其孔隙率，降低干缩量。
3. 加强混凝土浇注过程控制，混凝土浇注1～2h后，对混凝土进行振捣，初凝前进行二次抹压，表面拍打振实。
4. 注意高温季节给混凝土硬化带来的影响，应采取适当措施缓凝，因为炎热气温和日晒会加快混凝土失水。
5. 加强混凝土成型后的养护保湿，大量资料表明：干缩量还取决于构件的形状和尺寸，它与构件体积和散湿面积之比成正比，因此，在大面积整混凝土框架施工中，应引起充分重视。
6. 施工停歇期，注意加强对结构的保护，防止较大温差所引起混凝土结构表面产生的干缩与变形，导致板出现裂缝。
7. 在裂缝处理之前，对裂缝进行定性、定量检测与分析，根据设计要求与使用功能制定裂缝修补方案。
五、工程效果
本工程顶板裂缝采用上述方法进行处理，取得了很好的效果，满足了结构耐久、防水、防气及其它设计功能的要求。在工程复工后，在总结前期施工经验与教训的基础上，严格控制各道工序的施工，顶板裂缝得到了很好的控制。