架空隔熱屋面破壞機理分析和防治方法

洪紹平1,談熙明2

【摘 要】通過對架空隔熱層破壞情況的調(diào)查分析，分析了架空隔熱層在大面積應(yīng)用過程中出現(xiàn)了隔熱板的破損、斷裂，墩柱與板之間脫空的原因，借鑒公路路基防護提出了防止罩面層反射裂縫的方法。

【關(guān)鍵詞】隔熱板；反射裂縫；破損

文章編號:ISSN1006—656X(2013)06?-000100-01

引言

架空隔熱層，一方面利用混凝土、空氣的不良導(dǎo)熱性，另一方面利用隔板內(nèi)外的氣壓差，使空氣流動，及時排除架空層空間的熱量，而獲得良好的隔熱降溫效果。主要用于居民住宅，教室和辦公室等公用建筑樓頂，降低建筑物的室溫，在節(jié)能減排的今天尤其具有顯著意義。

以汕頭大學D座教學樓頂?shù)募芸崭魺釋訛槔?，分析架空隔熱層在大面積鋪設(shè)、使用過程中出現(xiàn)了隔熱板的破損、斷裂，墩柱與板之間脫空，和隔熱板之間裂縫向上反射等問題。提出提高隔熱層的整體穩(wěn)定性和耐久性相關(guān)設(shè)想。

一、現(xiàn)場概況

此隔熱屋面屬于過載屋面，在發(fā)生火災(zāi)等情況的時候是可以允許人通過的。從整個鋪設(shè)區(qū)域上來看，隔熱層沿著方形板的鋪設(shè)方向出現(xiàn)大小不一的裂紋。其中邊緣處裂縫比較大，寬度約為5-10mm，主要沿縱向分布。部分區(qū)域出現(xiàn)方形水泥板向內(nèi)塌陷，整塊板傾斜并與支撐墩柱脫離，混凝土隔熱板邊緣和角隅處破損，鋼筋銹蝕曝露于空氣中等情況。

（一）

板：從破損成塊狀的混凝土板上可以看到銹蝕的鋼筋在砼板上的印痕，混凝土板基本上是沿著鋼筋安置的方向破壞的。板內(nèi)鋼筋分布基本上呈田字形。鋼筋銹蝕程度很高，部分板塊出現(xiàn)鋼筋與板完全脫離的現(xiàn)象。從現(xiàn)場斷裂的板塊可以看出當時的施工工序是：在砌好的墩柱上安放方形混凝土板后再澆筑了2cm厚的砂漿罩面層，從而使板和板之間連成一個整體。側(cè)面觀察安放在女兒墻一側(cè)方形板的底面可以看到：包括未破壞的板在內(nèi)的許多板，普遍出現(xiàn)沿鋼筋布置方向的底面混凝土剝落，鋼筋銹蝕膨脹的現(xiàn)象。另外，兩側(cè)邊緣的部分方形板在墩柱支撐處出現(xiàn)隆起的現(xiàn)象。

（二）

墩柱：現(xiàn)場屋面板隔熱層的墩柱共計有兩類，一類是混凝土立柱，另一類是由24磚砌成，墩柱高度約為25cm。側(cè)面觀察可以看到部分方形板整塊板傾斜并與支撐墩柱脫離，主要原因是由于方形板并未支撐或者只有較小的一部分支撐在墩柱上，從而使結(jié)構(gòu)本身不穩(wěn)定而塌落，這種現(xiàn)象主要見于用磚砌成的墩柱中。在靠近女兒墻一側(cè)的混凝土墩柱常見墩身向外側(cè)傾斜，混凝土板局部隆起，相鄰兩側(cè)的墩柱與板脫空，造成局部承壓。墩柱上用于粘結(jié)板的砂漿松散，強度較低也是造成方形板受力不勻的原因之一。

二、破壞機理分析

（一）

施工和材料：一方面由于施工質(zhì)量問題，墩柱并未按照設(shè)計要求安放在規(guī)定位置從而造成方形板傳力路徑改變，板的一邊失去支撐，板上承壓之后極易沿著板間縫隙斷裂。另外一方面，材料本身的缺陷也制約著結(jié)構(gòu)的使用壽命。墩柱上座漿強度低，容易剝落引起隔熱板的塌陷。墩柱的砌筑，找平和板的擱置等，程序不規(guī)范，導(dǎo)致板的支點不均勻。此外，方形隔熱板底部未收光，鋼筋保護層厚度不夠?？諝庵械亩趸紳B入到混凝土的孔隙和毛細孔中，而后溶解于孔中液體，與水泥的水化作用產(chǎn)物氫氧化鈣、硅酸鈣等作用形成碳酸鈣等。混凝土的碳化后降低了堿度（PH值），一旦碳化層深及表面，將破壞其表面的鈍化膜而使鋼筋銹蝕體積膨脹，導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)。沿鋼筋布置方向混凝土剝落，銹蝕加劇后失去承載能力方形板向內(nèi)塌陷，結(jié)構(gòu)出現(xiàn)耐久性失效。

（二）

整體結(jié)構(gòu)設(shè)計和受力分析：隔熱板鋪成之后，澆筑的水泥砂漿罩面層無法克服隔熱板之間裂縫向上發(fā)展形成反射裂縫（即當混凝土板的位移產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過砂漿罩面層的抗拉強度時，罩面層就會開裂）?，F(xiàn)場縱向較寬的裂縫主要出現(xiàn)于隔熱層兩側(cè)，靠近女兒墻的地方。裂縫的形成原因如下圖所示，當罩面層和隔熱板形成整體之后，在溫度升高的情況下向外側(cè)膨脹變形?；炷炼罩?，一方面底面面積較小而柱身剛度大，另外一方面座漿粘結(jié)強度低，板膨脹變形之后，座漿與墩柱在在隔熱板變形的作用下一起發(fā)生整體向外側(cè)傾斜，隔熱板在墩柱傾斜處隆起，相鄰墩柱處產(chǎn)生與墩柱脫空現(xiàn)象。板體支撐不均勻，整體受力不穩(wěn)定。溫度下降后罩面層回縮，砂漿的抗拉強度太小，墩柱變形后形成的新的體系無法恢復(fù)，罩面層沿著方形板之間的接縫處開裂。反復(fù)變形之后裂縫增大，墩柱傾斜處座漿部分磨損，墩柱傳力軸線偏移，墩上板塊隆起。當罩面層和下部結(jié)構(gòu)間出現(xiàn)溫度差或者熱膨脹系數(shù)不相同，砂漿強度不足抵抗二者之間的相對變形時，反射裂縫的出現(xiàn)是具有普遍性的，在邊緣處表現(xiàn)得更加明顯而已。

三、改進措施和方法

從現(xiàn)場情況已經(jīng)嚴重破壞的隔熱板來看，架空隔熱屋面的破壞，主要方面的原因是由于混凝土板本身常年以來發(fā)生的碳化反應(yīng)，鋼筋銹蝕后，板沿著鋼筋布置方向破壞。墩柱施工的時候偏離預(yù)計位置也是其中一方面。然而反射裂縫的形成卻是普遍性的，板上鋪設(shè)水泥砂漿罩面層的做法并不十分普遍，板間裂縫向上擴展的現(xiàn)象也沒有相關(guān)防護和估計。故在大規(guī)模鋪設(shè)的隔熱層上直接鋪設(shè)水泥罩面層的做法值得商榷。

對于材料和施工方面原因引起的破壞，一方面需要施工方嚴格按照設(shè)計規(guī)程和施工工藝標準作業(yè)，施工人員熟悉架空隔熱層的結(jié)構(gòu)特點和施工要領(lǐng)。另外一方面由于材料方面的進展，隔熱板的抗裂性，抗彎曲柔韌性功能，和抗沖擊性能方面有了顯著地提高，如在板內(nèi)加入鋼纖維或鋼絲網(wǎng)等，這方面破壞在預(yù)計的年限內(nèi)可以得到有效的控制。

對于由溫度引起的反射裂縫，在加設(shè)罩面層的時候，增補一層柔性層，緩和上下層之間溫差引起的應(yīng)力和應(yīng)變。具體做法可以效仿公路路基防護的方法，在罩面層和已經(jīng)鋪好的隔熱板之間鋪設(shè)一層單向的土工格柵。利用格柵來補強罩面層砂漿抗拉強度的不足，一方面消弱了溫度膨脹引起的墩柱傾斜現(xiàn)象，另外一方面防止板間裂縫向上發(fā)展，同時提高結(jié)構(gòu)的整體性能和抗變形能力。

綜上所述，對于大面積架空隔熱層的鋪設(shè)和使用過程中出現(xiàn)的板間反射裂縫引起的質(zhì)量問題，土工格柵使用具有較大的參考和使用價值，對提高屋面隔熱層的抗裂性和耐久性具有的較大的意義。

另外在處理D座教學樓破損的隔熱屋面問題上，我認為可以考慮將隔熱屋面板撤去重做。原因有三方面：一、從隔熱板的使用年限上來說大致是10-15年，而D座教學樓蓋于95年，過了使用期限就應(yīng)該檢驗結(jié)構(gòu)物是否能繼續(xù)使用。二、從屋面板的破壞狀況來說，整體不容樂觀，隔熱層的破損出現(xiàn)片狀分布，裂縫較寬且分布廣泛，隔熱板內(nèi)鋼筋銹蝕現(xiàn)象比較嚴重，當時砌筑墩柱砂漿的強度較低，不適宜繼續(xù)做過載屋面。三、施工過程也不規(guī)范，部分雜物充塞在隔熱層內(nèi)，而且隔熱板破壞之后的廢棄物沒有及時清除。一方面阻礙熱對流形成降低隔熱的作用，另外一方面散亂堆砌的廢棄物容易積蓄積水，形成大小不等的小池塘，屋面可能會有滲漏現(xiàn)象產(chǎn)生。

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