ALC墙材墙体开裂原因及防治措施探讨

2020-05-14张静文

建材发展导向 2020年8期

张静文

（云南移民产业投融资有限公司云南昆明 650000）

0 引言

目前，ALC墙体材料已凭借着其优良的性能和长处逐渐占据了市场。总体来说，ALC墙体材料分为ALC砌块及ALC板材两种：ALC砌块通常是将砂或粉煤灰等高硅质材料、水泥等高钙质材料混合后作为基材，在加入发气剂（铝粉）并加水搅拌后，经成型、预养护、标准切割、蒸压釜养护等一系列处理工艺后，最终产出的多孔硅酸盐制品。而ALC板材则是在此基础之上还在砌体内放置了钢筋网片，借此以增加板材的抗折性能及尺寸。

ALC墙材较高的孔隙率一方面为其带来了较低的容重，大幅降低了房屋的自重，在有效减小建筑结构件尺寸、降低工程造价的同时，也使得房屋的抗震性能因自重的降低而得到加强；另一方面，气孔的存在降低了墙体的导热系数，使得建筑的保温节能水平有所提升。此外，ALC墙材施工较为方便，每人一工日平均安装或砌筑数量可达25m2，是砌筑传统墙材效率的6~7倍，能有效减少用工量和原材料，极大的提升施工效率。同时，ALC墙材在防火性能、耐久性能、抗渗性能上也有较好表现，赢得了市场的广泛欢迎[1]。但是，较高的气孔率也使得ALC墙材的抗压性能远低于普通砌筑材料，对施工技术提出了更高的要求。

由此可见，ALC墙材在材质、性能等方面均与传统建材存在很大差距，由此也使得该种材料在砌筑或安装过程中需要的施工技术与传统建材有所不同。特别是在云南等地区，因施工人员对ALC墙材特性了解不足，往往会在施工过程中或完成后出现质量缺陷，影响成品美观甚至安全。在这些缺陷中，出现几率较大、且可能造成严重危害的是墙体开裂，对施工过程中ALC墙体开裂的原因进行分析研究，并针对原因给出防治措施。

1 ALC墙体开裂原因分析

1.1 收缩性裂缝

由于ALC墙材在生产过程中发泡剂的作用，往往在ALC墙材中存在凝胶孔、毛细孔和发气孔 [2]三种类型的空隙。其中凝胶孔完全与外界隔绝，发气孔与外界开放联通，而毛细孔本身可通过毛细作用吸收外界水分。当ALC墙材吸收水分后，发气孔中的水分可通过联通的通道快速向外界蒸发，使得该类孔隙周边的材料收缩；而毛细孔由于其内水分较难挥发，则孔周边材料还将在一段时间内维持较大的体积。这将导致在材料内部出现拉应力，而ALC墙材本身能承受的抗拉强度本就不高，这就会导致ALC墙材安装或砌筑后出现开裂。

具体来说，ALC墙材在出厂时干燥时间不足、施工前材料未注意墙材防雨导致其被雨水侵蚀、在晴雨极端天气快速交替的情况下施工、按传统砌筑材料施工方式在砌筑前浸水或大量淋水、切割板材时淋水降尘均有可能导致ALC墙材砌筑或安装时含水率过高，之后可能随着墙材的干燥而出现收缩性裂缝[3]。

此外，ALC墙材的孔隙率一般都在70%~80%之间，这也导致了ALC墙材具备很强的吸水能力。在工人不熟悉砌筑材料特性的情况下，往往会采用传统砂浆进行砌筑，这将使得传统砂浆在与ALC墙材接触后快速干燥脱水[4]，一方面难以有效的发挥砂浆的粘结性能，另一方面收缩后的砂浆还会在ALC墙材表面形成拉应力，从而使得ALC墙体在各灰缝处出现裂缝。

1.2 应力型裂缝

通常来说，混凝土的线膨胀系数在4.76~12.1×10^-6 mm/（m·℃）之间，传统的砌筑材料线膨胀系数约在 4~6×10^-6 mm/（m·℃）之间，ALC 墙材料线膨胀系数约为 8×10-6mm/（m·℃），而普通砂浆的线膨胀系数约为 3.6×10-4mm/（m·℃）[5]。对于ALC墙材而言，由于其高孔隙率的特性，抗压强度往往还不足传统墙材的25%，而且，ALC墙材作为一种脆性材料，其抗拉强度也远不及其抗压强度，一般低于1.0MPa。

因此，当环境温度出现变化时，混凝土梁柱与ALC墙材在材料的膨胀性能上表现出的不同膨胀特性将在其连接接触面上产生应力，加之ALC墙材本身抗压及抗拉强度均较低，因此无论是砌块还是内部有钢筋网片的板材均有可能因应力受拉或受压而出现裂纹。按照相关统计，梁柱与墙体结合处出现裂缝是ALC墙体出现裂缝缺陷的主要部位，占裂缝缺陷总数的44.1%[6]。

此外，传统砂浆的线膨胀系数是ALC墙材的45倍以上，如此大的膨胀差将使得砂浆在温度变化时在界面层产生巨大的拉应力，造成墙面出现裂缝。特别是对于需要砂浆抹面的砌块砌筑墙体来说，这种应力裂缝尤为常见。通常来说，这种缺陷可以占到ALC墙体裂缝缺陷的30%[6]以上。

而设计错误往往是导致墙体出现裂缝的另一个原因所在，至今在业内仍然流通着一些所谓的“标准图集”，很多图集在绘制时并未做周全的考虑，一方面在绘制砌筑图时将窗框、门框等应力集中部位与砌筑灰缝形成了一条直线，使得原本强度较低的灰缝位置承受了较大的剪切应力，造成墙体的开裂[7]；另一方面，有的图集在绘制砌筑图时也未考虑砌体高度对墙体整体强度的影响，这往往也会使墙体中高度不足的砌块由于剪切应力而出现断裂，进而引发墙体开裂。按照砌体强度利用系数公式来计算，当砌体高度为165mm，砌体长度为600mm时，该砌体的强度利用系数仅为0.00045，即该砌块只需稍微受力即有可能断裂，这样的砌筑图为墙体整体的质量埋下了不小的隐患。错误的砌筑图集详见下图：

而对于ALC板材来说，有的施工企业采用横向安装法，即将ALC板材长度方向与安装水平面平行，多层板材堆叠安装的方法。此方法往往会造成墙体的大面积开裂。一方面这是由于ALC板材自身强度较低，无法承受较大应力造成的；更为重要的是，目前我国ALC板材的生产均较为粗放，板材内的钢筋配筋往往是照抄固有的配筋模版[8]，尚未达到通过BIM等技术的使用对实际工程的荷载进行细化计算，从而通过调整板材生产工艺和配筋来生产对应特种板材的目的。而单一性能的板材越来越无法满足当今建筑结构越发多样化的需求，造成了板材型墙体开裂的状况时有发生。

图1 错误砌筑图集

1.3 墙体沉降及框架梁形变产生的裂缝

通常来说，常规砂浆在脱水和重力作用下将会产生徐变，如果墙顶与梁底采用刚性连接，将会使得墙顶与梁底的连接处出现持续发育的裂缝。而对于墙体横向受力而言，如仅仅简单采取钢片固定等进行刚性连接，往往也会因砂浆的不均匀沉降在墙体内形成各个方向上的内应力，使得刚性连接位置出现裂缝，并且由于内部应力的进一步作用而在其周边出现延伸性的裂缝。

此外，《混凝土结构设计规范》虽然对混凝土梁体的挠度进行了规定，但随着梁体长度的增长，其形变尺寸对砌体来说仍然极大。当顶梁发生形变时，将对梁底附近砌体和板材造成拉伸，使其出现拉伸性裂纹；当底梁发生形变时，将对梁顶附近的砌体和板材造成挤压，使其出现挤压性裂纹。但最终的结果都是造成墙体开裂。框架梁形变受力情况详见图2。

综上所述，对ALC砌块而言，含水率过高、砌筑工艺、辅材使用错误、墙材规格错误、墙体沉降和梁体变形均有可能造成其墙体开裂；而对ALC板材来说，材料出厂前干燥时间不足、板材砌筑方向错误、与梁、柱等刚性较强的结构连接方式错误等往往也会使得单板内部开裂或多板及不同性质的材料间因应力相互作用而造成整面墙体的开裂。

图2 框架梁形变受力图

2 ALC墙体开裂的防治措施

对于ALC墙体在施工中出现开裂的问题，应结合其不同的开裂机理的采取相应防治措施，最终实现有效降低此类工程问题的目的。

2.1 收缩性裂缝的防治措施

对于ALC墙体收缩性裂缝的防治，首要的就是做好进场ALC墙材的质量管控工作，保证进场墙材按《蒸压加气混凝土制品应用技术规程》要求，在墙材生产完成后确保其有超过14天的干燥期，以将其含水率降至25%以下，防止因湿涨造成砌体砌筑或板材安装后出现裂缝[9]。

其次，入场的ALC墙材应配套设置相应的防雨措施，通过设置雨棚、材料堆场垫高、设置排水设施等手段确保材料堆放环境的干燥。此外，不同批次的墙材应分开堆放，并且避免混用，以防止砌筑或安装的墙材因含水率不同而出现内部应力，最终使得墙体出现裂缝。

同时，为了防止ALC墙材过于干燥而大量吸收砂浆中的水分造成开裂，在砌筑或安装ALC墙体时，应结合施工时的季节和气候情况（湿度、温度等），对砌体或板材表面适度洒水，使得砌筑时墙材的表面相对湿度在40%左右，在减少墙材吸收砂浆水分的同时控制墙材内部因蒸发量不同造成的干缩湿涨，避免因内应力分布不均造成的墙体开裂。

另外，对于确需要进行切割的墙材，应使用专业切割设备进行切割，同时避免采用大量淋水的降尘方式，防止墙体因湿涨开裂。

2.2 应力型裂缝的防治措施

对于ALC墙体应力型裂缝的防治，最重要的便是做好专用砂浆的配比选择。由于ALC墙材与传统墙材在材料性能上有很大差别，注定无法使用常规的水泥砂浆。为了保证砂浆自身的保水性能、粘结性能和伸缩性能满足ALC墙材墙材的需要，前人进行了大量实验，得出的结果证明，在原有水泥砂浆的基础上适量加入纤维素类物质

（如羟丙基甲基纤维素）可有效提高砂浆的保水性能 [10]，降低砂浆砂浆的泌水状况，而加入的粉煤灰由于其球状结构的存在，在帮助砂浆增加保水空间的同时也能降低砂浆的膨胀系数，使其与ALC墙材的膨胀系数更好匹配，有效降低砂浆收缩后产生的应力对墙材的影响。避免造成墙体开裂。通常粉煤灰按水泥用量的25%等量替换，纤维素类物质根据材料性质按外加剂的添加量进行添加。为了保证专用砂浆与墙材相匹配，必须在大规模砌筑前砌筑样板墙以验证砂浆的工作性能，确保专用砂浆能够满足施工要求。同时，为了防止砂浆及砌块干缩造成腻子开裂，应对完成施工的墙体满贴玻纤网格布，确保形变不会导致墙皮开裂。

对于墙体与框架结构的连接处，为确保施工质量和有效的控制施工周期，不宜采用传统的刚性连接法，而应采用脱离式的柔性连接法进行连接，即在墙体与梁、柱之间预留20mm空隙，作为柔性连接层。对于砌体，应使用聚氯乙烯塑料条填充，之后以硅酮胶等弹性材料进行密封，以保障建筑整体的防水性能和保温性能。而当墙体长度大于4m时，为防止墙体内部应力集中，还应设置构造柱，竖向钢筋与框架梁采用后锚固法进行连接。对于板材，应使用竖向安装法（板材长度方向与安装水平方向垂直）以保证材料的整体受力性能，此外，板材在订制时就应预留20mm梁底柔性连接空隙，即板材安装完成后梁底的U型卡槽中应有不少于20mm的空隙，之后灌入聚氨酯发泡材料进行填充，然后使用硅酮胶等弹性材料进行密封。此外，为了防止柔性材料形变致使粉刷面层破碎造成墙体表面开裂，应在柔性材料所在区域满贴钢丝网，减少柔性材料形变造成的应力集中，避免墙皮开裂现象的出现。ALC板材梁底施工详见图3。

图3 ALC板材梁底施工示意图

而对于设计中套用错误图集及设计人员因对材料特性理解不到位等原因导致的墙体开裂，一方面应加强前期图纸审核的相关工作，避免砌筑图纸上出现各类窗框、集线盒等边角位置出现应力集中或砌体高度不足的现象；而对于砌筑过程中管线、控制盒等的设置，宜在设计时统一考虑，尽量避免临时开槽，如需临时开槽，应严格按照深度不超过砌块或板材厚度1/3且小于20mm、宽度小于30mm的要求进行操作[11]，确保砌块或板材的力学性能。

另一方面，应充分应用BIM[12]等技术绘制详尽的砌筑或安装图，精细化的指导施工人员开展砌体或板材的砌筑及安装工作。对于板材而言，应尽量将尺寸不完整的板材安排在各种洞口、门窗位置，分别与其钢框架连接，避免应力集中，确保墙体的稳定；此外，应积极探索BIM与PKPM等结构软件的联合运用，通过精细化计算核实受力复杂位置的板材需求，通过要求板材生产厂家提供专用板材的方式满足施建设需求，降低工程缺陷发生的可能，进一步推动装配式墙材的发展。而对于砌块而言，为保证各砌块间的良好受力及整体美观，应特别重视砌体转角及不同方向墙体连接处的排块工作，确保相邻两皮搭接砌筑长不大于单一砌块长度的1/3，且竖向通缝也不可超过2皮，避免造成应力集中[13]。转角及相交墙体砌筑示意详见图4。

图4 转角及相交墙体砌筑示意图

而对于抗震等级为一、二级的砌体墙或高度较高的砌体墙，为降低横向拉结筋因刚性连接形变对墙体造成的影响，可通过使用U型异型砖包覆横向拉结筋的方式解决，同时在拉结筋延伸的空腔内填充柔性粘结材料，即可保证墙体在具备较好抗震性能的同时防止墙体因刚性连接导致内应力过大[14]。

2.3 墙体沉降及框架梁变形裂缝处置措施

对于墙体沉降造成的裂缝，一方面应从砂浆厚度上进行控制，防止工人因施工不规范造成砂浆涂抹厚度过厚，使得砂浆脱水干燥后体积减少最终造成墙体沉降；另一方面，为了防止孔隙率较高的ALC墙材砌筑受压后沉降，可采取控制砌筑进度的方式将每日砌筑高度控制在1.5m以内，确保各皮砌体在重力作用下有足够的时间进行沉降。

对于框架梁变形产生的裂缝，一方面要从砌体或板材采购方面把好质量关，但更为重要的是，应从施工前端的设计入手，在设计初期就明确告知设计人员需要使用ALC墙材，安排设计人员在经济可行的基础上尽量控制混凝土梁的跨度，将其变形控制在ALC墙材可承受的形变范围内。