论现浇阳台栏板裂缝产生机理及防治措施

2012-11-05王庆余师红雨

山西建筑 2012年2期

王庆余师红雨

1 概述

整体现浇栏板式阳台与栏杆式阳台相比，具有防止物体不慎从阳台栏杆间隙坠落伤人的优点，故近几年来被广泛在多层及高层住宅楼设计使用。但栏板式阳台的阳台栏板自身却有容易产生裂纹的缺点，不仅影响美观，降低了栏板自身耐久性，也存在栏板风化碎裂脱落伤人的安全隐患，缩短了栏板的寿命，还会给人们心理造成一定的影响，所以，如何消除裂纹就成为施工者普遍关心的一项技术难题。

栏板裂纹的一个最显著的特征，就是出现位置的规律性，一般从挑梁的两端附近开始向上蔓延，呈发射状，裂纹的深度及长度因混凝土的型号及施工工艺不同而不同，下面就以裂纹位置特征为突破口，从阳台自身结构形式、受力分布情况及施工工艺分析裂纹产生的原因，然后结合混凝土的性质，找到影响现浇板表面拉应力各种因素，再对症下药，找出解决这一难题的有效方法。

图1 栏板裂纹示意图

2 整体现浇栏板式阳台栏板裂纹成因分析

目前阳台多为现浇挑梁式，栏板竖向钢筋直接插入下部挑梁或边梁内生根。随后隔一定的施工间隙后，二次支模浇筑栏板混凝土。鉴于上述情况，在这里将从以下几个方面进行系统分析:

1)从结构形式和正常使用情况下的工况分析。从结构上来看，阳台栏板在浇筑后，便和下面的阳台梁形成一个整体，变成上部又薄又高异形断面梁。在正常使用情况下，挑梁、边梁在自重及上部加荷后，挑梁、边梁会产生徐变，并在栏板内局部产生拉应力。该拉应力与栏板混凝土自身收缩应力二者组合后便会在现浇栏板的拉应力集中处或施工原因造成薄弱断面处，因内拉应力σ达到并超过栏板混凝土拉应力ft极限而开裂。经过对大量的工程实例观察和系统的分析得出阳台栏板裂纹部位有如下特点:挑梁上部阳台侧面栏板位置一般集中在挑梁根部、阳台前立面栏板裂纹一般在阳台挑梁端头上部(如图1所示)。通过建立力学模型分析(如图2所示)，不难看出阳台栏板裂纹正好与拉应力集中的部位吻合。

图2 栏板拉应力σ示意图

2)从钢筋构造来看，虽深梁断面高度较大但深梁上部栏板处宽度一般却只有60 mm～80 mm，深梁上部栏板处配筋往往也较小，且仅仅是构造配筋。这造成深梁上部栏板处受拉区成为了薄弱断面，结构自身难以抵抗拉应力，就容易产生裂纹。

3)从实际施工的先后顺序来看，阳台挑梁、边梁施工在前，而阳台栏板是二次浇筑。这样一来由于先前施工的阳台梁已经凝固收缩完毕与二次施工的栏板混凝土收缩时间上不同步，这样会在栏板内部因收缩而产生拉应力。

4)从施工者的人为因素来看，阳台栏板为薄壁构件，施工时不但技术难度大，而且思想上也容易疏忽，甚至在施工时为了便于浇筑混凝土私自改变水灰比加大用水量以增加混凝土的流动性，改变混凝土自身的配比，加大了混凝土的干缩，也降低了混凝土的抗拉强度。

3 控制整体现浇栏板式阳台裂纹的理论方法

在这里我们不难看出，造成阳台栏板开裂由多因素共同造成，现就把各因素控制办法阐述如下:

1)阳台挑梁、边梁相当于阳台栏板基础，要减小阳台梁变形对阳台栏板的影响可从两方面下手:a.在设计之初，应该预估阳台因受力产生的最大形变，以及该形变对阳台栏板造成的影响等进行系统考虑，并尽最大可能提高阳台梁的刚度。b.栏板施工尽量与挑梁边梁施工有一定技术间隔，等施工和装修加载后再施工栏板，以便把对栏板应力影响降到最低。

图3 栏板伸缩缝构造示意图

2)从设计构造来看，阳台栏板施工后与下部阳台梁形成整体异形深梁，该结构极易因受力而开裂纹。为了从结构上改变这种不利影响，可采取以下措施:a.可在应力集中的地方设置伸缩缝(具体构造详见图3)。但应该注意伸缩缝的后期装修期间的处理。如果阳台封闭此处栏板上部的窗也要采取构造措施。b.在栏板配筋上，可适当在阳台栏板原构造配筋的基础上，针对栏板受拉区增加抗裂配筋。因为钢筋弹性模量约为混凝土弹性模量的10倍，加强配筋亦可有效约束混凝土开裂。c.采用膨胀后浇带:从设计构造出发，也可在应力集中的部位设置300 mm宽的膨胀后浇带，待28 d以后，装修施工前及时用高一级标号的膨胀混凝土二次浇筑。这样虽然麻烦，但也能收到良好的效果。

3)从施工和材料出发，解决栏板裂纹问题因素较多，且比较繁杂，现逐一详细剖析:a.徐变:针对因挑梁、边梁混凝土徐变引起栏板产生内应力而导致栏板开裂就得从如何控制栏板下部梁的徐变着手。影响混凝土徐变因素很多但归纳起来主要有以下几个方面:第一，混凝土水灰比及单位水泥用量。水灰比越大，徐变值也越大。在水灰比相同时，水泥用量越多，徐变值越大。要控制挑梁、边梁的徐变就要严格控制施工时混凝土的水灰比及单位水泥用量。第二，所受应力及加荷龄期。混凝土挑梁、边梁所受应力越大，最终徐变值也越大。当应力小于强度极限的50%时，徐变与应力成正比。加荷时混凝土的龄期越长，最终徐变值越小。这是由于混凝土硬化初期，水泥石中所含的胶凝体较多。所以要控制挑梁、边梁的徐变，就要使栏板施工应与挑梁、边梁施工完毕并加荷受力之间应有足够间隙。其间隙时间至少应在一个月以上。这样施工栏板时挑梁、边梁在自重及受荷后已基本徐变完毕而不至于引起栏板内产生过高的应力导致栏板开裂。第三，弹性模量。梁混凝土的标号越低，混凝土弹性模量越小，徐变越大，所以提高挑梁、边梁混凝土的标号增大混凝土弹性模量也会抑制栏板裂纹的产生。第四，养护条件。混凝土受荷前养护温度越高，湿度越大，水泥水化作用就越充分，徐变值就越小。这样也就减少栏板裂纹的产生几率。b.收缩:针对因栏板混凝土自身收缩产生裂纹，就得从控制栏板混凝土自身收缩入手。根据混凝土收缩的成因大致可把混凝土收缩分为三类:第一类，化学收缩。在水泥水化过程中，由熟料矿物转变成水化生成物，其水泥—水体系水化后的体积小于反应前物质的总体积，致使混凝土产生收缩。这种化学收缩随混凝土硬龄期的延长而增加，在40 d内收缩值增长较快，以后渐趋稳定。化学收缩是不可恢复的，水泥用量过多在混凝土内部可产生微细裂纹。第二类，温度变形。混凝土的热胀冷缩的变形称为温度变形。混凝土的温度膨胀系数约为1×10－5即温度下降1℃，每1 m收缩0.01 mm。第三类，干湿变形。混凝土的湿胀干缩变形是由于混凝土内水分变化引起的。当混凝土长期在水中硬化，会引起微小的膨胀，这是由于混凝土中胶体粒子吸附水膜增厚，使胶体粒子间距增大所致。当混凝土在干燥空气中硬化，所引起的干缩是由于内部吸附水分蒸发而引起凝胶体失水产生紧缩，以及游离水分蒸发使毛细管内负压增大而产生的体积收缩。混凝土湿胀变形量很小，对栏板一般无破坏作用。但干缩变形对混凝土危害较大，干缩能使混凝土出现拉应力而导致栏板开裂严重影响混凝土的耐久性。故第三类干湿变形应成为控制重点，通过试验可知，影响干缩变形的主要因素有以下几方面:混凝土单位用水量。当水灰比相同时，单位用水量越多，混凝土干缩变形也越大，因干缩变形主要是由于水泥浆收缩引起，故控制栏板混凝土开裂就要严格控制混凝土单位用水量;水灰比。混凝土的水灰比越大，水泥浆就越稀，硬化后引起的毛细管增多，其干缩率也越大。所以控制栏板混凝土开裂就要严格控制混凝土水灰比。但为了使混凝土在减少用水量情况下仍具有较好流动性可加入减水抗裂外加剂;水泥的品种及细度。水泥的品种不同，混凝土的干缩率也不同，火山灰水泥干缩率最大，矿渣水泥干缩率又大于普通水泥。水泥的颗粒越细一般混凝土干缩率越大。要控制栏板混凝土开裂就要尽量选择收缩比较小的水泥;砂石骨料。砂石在混凝土中形成骨架，不仅本身收缩小，而且对水泥浆收缩有一定的抵抗作用，故砂石含量越多混凝土的干缩率越小。这样一来控制砂石含量也能有效地控制栏板混凝土开裂;成型振捣及养护条件。施工时振捣密实，便提高了混凝土密实度，这样也可减少混凝土收缩增加混凝土抗裂性。另外在养护方面亦很关键，在水中养护及潮湿条件下养护，可以大大减小混凝土干缩变形。试验表明混凝土在相对湿度分别为70%，50%的空气中养护，其干缩率分别为水中6倍，7倍。故采用湿热处理养护对控制栏板混凝土开裂也有重要的意义。