桁架鋼筋混凝土疊合板裂縫成因分析及對(duì)策研究

盧巧玲 LU Qiao-ling；盧健樂(lè) LU Jian-le

（①浙江廣廈建設(shè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)，東陽(yáng) 322100；②浙江筑工科技有限公司，東陽(yáng) 322100）

0 引言

近幾年國(guó)家大力發(fā)展裝配式建筑，桁架鋼筋混凝土疊合板是應(yīng)用最廣泛的一種預(yù)制構(gòu)件，基本每個(gè)采用裝配式建造技術(shù)的項(xiàng)目都會(huì)應(yīng)用，具有機(jī)械化程度高、質(zhì)量易控制、生產(chǎn)速度快、建設(shè)周期短等優(yōu)點(diǎn)，但疊合板在實(shí)際工程應(yīng)用上存一個(gè)較普遍的問(wèn)題：預(yù)制部分板很薄，一般是60mm，在板跨度較大的情況下疊合板板面、板底經(jīng)常發(fā)生開(kāi)裂現(xiàn)象，裂縫寬度0.2~2mm，個(gè)別疊合板甚至出現(xiàn)通長(zhǎng)、通透裂縫。該情況嚴(yán)重影響預(yù)制疊合板質(zhì)量，修補(bǔ)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且效果不理想，個(gè)別出現(xiàn)嚴(yán)重?cái)嗔训寞B合板只能報(bào)廢處理，損失巨大。

本文結(jié)合實(shí)際工程案例以及訪問(wèn)工程師期間的實(shí)踐，經(jīng)過(guò)嘗試優(yōu)化混凝土配合比和控制塌落度、加強(qiáng)鋼筋保護(hù)層厚度控制、應(yīng)力集中處增加補(bǔ)強(qiáng)鋼筋、提高振搗質(zhì)量、及時(shí)澆水養(yǎng)護(hù)、嚴(yán)格按要求碼放及其他輔助措施，能有效改善疊合板開(kāi)裂問(wèn)題。

1 原因分析

1.1 問(wèn)題描述和照片記錄

依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)反饋及存貨檢查，疊合板普遍性的裂縫集中在以下四個(gè)地方（如圖1）：①短向裂縫，主要在放槽鋼處和長(zhǎng)板跨中處；②應(yīng)力集中引起的裂縫，主要是線盒處、缺口處和洞口處；③長(zhǎng)向裂縫，主要在跨中處；④外力作用產(chǎn)生的不規(guī)則裂縫。

圖1 各類型疊合板裂縫

1.2 可能的原因分析及初步排查

1.2.1 混凝土配合比不當(dāng)、坍落度過(guò)大

混凝土配合比不當(dāng)，如出現(xiàn)水泥用量過(guò)大、水灰比過(guò)大等將直接影響混凝土的抗拉強(qiáng)度。水泥用量過(guò)多，收縮會(huì)增大進(jìn)而引起裂縫，且水泥水化反應(yīng)放出的熱量會(huì)使疊合板混凝土內(nèi)外溫差過(guò)大而引起內(nèi)應(yīng)力，使正在凝結(jié)硬化的混凝土產(chǎn)生裂縫。水灰比過(guò)大，會(huì)使水泥漿過(guò)稀，拌合物流動(dòng)性大。雖然有利于工人澆搗施工，但會(huì)極大影響混凝土拌合物的粘聚性和保水性，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)離析和泌水現(xiàn)象，水泥膠體與骨料粘結(jié)面積減小，粘結(jié)力下降，混凝土硬化時(shí)會(huì)產(chǎn)生細(xì)小裂縫。

1.2.2 鋼筋網(wǎng)片保護(hù)層厚度偏大

部分預(yù)制疊合板底部裂縫在10~20mm，基本與疊合板保護(hù)層厚度15mm相當(dāng)，預(yù)制疊合板基本為單層雙向鋼筋，如果鋼筋網(wǎng)片放置不到位，或者混凝土澆搗過(guò)程中出現(xiàn)鋼筋網(wǎng)片上浮等情況，會(huì)導(dǎo)致鋼筋保護(hù)層厚度偏大，影響預(yù)制疊合板整體受力，抵抗外界荷載和變形能力差，進(jìn)而引發(fā)開(kāi)裂現(xiàn)象。

1.2.3 混凝土澆搗質(zhì)量差

混凝土施工過(guò)程中過(guò)分振搗，粗骨料下沉擠出水分、空氣，混凝土表面因泌水而形成豎向體積縮小沉落，從而形成表面砂漿層，它比下層混凝土有較大的干縮性能，待水分蒸發(fā)后，容易形成塑性收縮裂縫。另外，混凝土厚度偏薄也會(huì)導(dǎo)致預(yù)制疊合板剛度不足，在荷載作用下抵抗變形能力變差，易引起開(kāi)裂現(xiàn)象。

1.2.4 養(yǎng)護(hù)不到位

預(yù)制疊合板由于其表面積大，厚度薄，暴露于環(huán)境中的面積較大，混凝土的保濕養(yǎng)護(hù)對(duì)其強(qiáng)度增長(zhǎng)和各類性能的提高十分重要，特別是早期的妥善養(yǎng)護(hù)可以避免表面脫水，可大量減少混凝土初期收縮裂縫的產(chǎn)生。

1.2.5 預(yù)制疊合板碼放方式不當(dāng)

預(yù)制疊合板在拆模后需先在車間內(nèi)碼放整齊后，再短駁至堆場(chǎng)堆放，此時(shí)疊合板強(qiáng)度僅滿足脫模要求，尚未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值，合理規(guī)范的碼放方式至關(guān)重要。疊合板碼放不同規(guī)格混裝、墊木規(guī)格不統(tǒng)一、上下層墊木未同心設(shè)置、不同寬度疊合板層間支墊不當(dāng)、堆放層數(shù)過(guò)大等均會(huì)導(dǎo)致預(yù)制疊合板局部受力過(guò)大、應(yīng)力集中，引發(fā)疊合板開(kāi)裂現(xiàn)象。

1.2.6 應(yīng)力集中引起的裂縫

許多的項(xiàng)目實(shí)例普遍體現(xiàn)在預(yù)埋線盒四角處、角部缺口陰角處、中間洞口四角處開(kāi)裂比較明顯；每一摞疊合板最下面的一塊與槽鋼接觸處開(kāi)裂現(xiàn)象也比較明顯，這些裂縫均是應(yīng)力集中作用導(dǎo)致。

1.2.7 脫模起吊不當(dāng)

脫模起吊時(shí)考慮到乘以動(dòng)力系數(shù)的底板自重和底模對(duì)構(gòu)件的吸附力，此時(shí)荷載產(chǎn)生的板底拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，會(huì)導(dǎo)致預(yù)制底板開(kāi)裂。起吊時(shí)某個(gè)吊點(diǎn)先于其他吊點(diǎn)受力，會(huì)在起吊瞬間受力不均出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。另外受條件所限，原計(jì)劃六吊點(diǎn)起吊改為四吊點(diǎn)起吊，較寬的板未按照設(shè)計(jì)的吊點(diǎn)起吊，這些操作導(dǎo)致脫模起吊時(shí)預(yù)制底板板底混凝土拉應(yīng)力增大，造成開(kāi)裂現(xiàn)象。

2 預(yù)防措施

①混凝土：控制原材料，特別是砂的含泥量應(yīng)有嚴(yán)格要求；水灰比和坍落度、水泥出廠日期（安定性），現(xiàn)場(chǎng)試塊強(qiáng)度實(shí)測(cè)值，確保強(qiáng)度。在開(kāi)盤(pán)前，試驗(yàn)人員進(jìn)行砂、石含水量試驗(yàn)，并根據(jù)具體情況適當(dāng)調(diào)整生產(chǎn)配合比。小方量商品砼供應(yīng)時(shí)，預(yù)防粗骨料和水泥砂漿分離，如現(xiàn)場(chǎng)卸料時(shí)發(fā)生這一情況，要攪拌均勻再使用。第一盤(pán)混凝土攪拌完成后，及時(shí)進(jìn)行坍落度檢測(cè)，一般需在180mm左右，使混凝土具有可靠的性能和合理的工作狀態(tài)。

②鋼筋綁扎：建議預(yù)制疊合板鋼筋網(wǎng)片統(tǒng)一在鋼筋后臺(tái)集中綁扎，針對(duì)不同鋼筋間距，制作相應(yīng)的定型化綁扎支架，確保鋼筋網(wǎng)片間距、整體綁扎質(zhì)量滿足設(shè)計(jì)要求。模具組裝完成后，對(duì)鋼筋網(wǎng)片集中安裝塑料保護(hù)層墊塊，確保墊塊墊設(shè)均勻。鋼筋網(wǎng)片入模后，專人跟進(jìn)復(fù)核鋼筋網(wǎng)片是否安裝到位，避免鋼筋保護(hù)層過(guò)大。在預(yù)制板變截面處、預(yù)留洞、預(yù)埋線盒及一些容易開(kāi)裂的薄弱部位、適當(dāng)增加補(bǔ)強(qiáng)鋼筋。

③澆筑混凝土：預(yù)制疊合板混凝土澆搗過(guò)程中，根據(jù)混凝土塌落度情況，均勻、一次布料到位，確保布料厚度。同時(shí)適當(dāng)控制振搗棒前進(jìn)速度，保持均勻前行，嚴(yán)格控制振搗時(shí)間，混凝土停止下沉，表面平坦泛漿不再冒出氣泡為準(zhǔn)，確?；炷吝_(dá)到最佳振搗效果，有效避免表面干縮裂縫的形成和發(fā)展。振搗時(shí)間不宜過(guò)長(zhǎng)，掌控好第二次收面的時(shí)間，以防產(chǎn)生收縮裂縫。

④養(yǎng)護(hù)：在預(yù)制疊合板短駁至堆場(chǎng)后一周內(nèi)，正是混凝土水化反應(yīng)進(jìn)行的關(guān)鍵時(shí)期。安排專人對(duì)所有預(yù)制疊合板表面灑水，確保構(gòu)件保持濕潤(rùn)狀態(tài)，保障混凝土的水化反應(yīng)的正常進(jìn)行，最終確保預(yù)制疊合板強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。蒸汽養(yǎng)護(hù)要控制升溫降溫的速度，出窯前控制溫差在20℃以內(nèi)，超過(guò)20℃需蓋膜養(yǎng)護(hù)使溫度逐漸降低。確保在初始養(yǎng)護(hù)期間的溫差不宜過(guò)大，有效避免溫度裂縫的產(chǎn)生。

⑤脫模：要嚴(yán)格按照操作規(guī)程，由于此時(shí)強(qiáng)度較低，這一期間很容易產(chǎn)生裂縫。使用平衡架起吊，吊點(diǎn)嚴(yán)格按設(shè)計(jì)的點(diǎn)位，起模強(qiáng)度不得低于15MPa。

⑥堆放：預(yù)制疊合板在拆模后嚴(yán)格按規(guī)格、樓層分類碼放整齊，板之間隔離墊木統(tǒng)一墊木厚度，上下層預(yù)制疊合板間墊木同心設(shè)置，不同寬度疊合板層間支墊采用同一厚度墊木，墊木間距不大于1.2m，同一規(guī)格板塊數(shù)較多時(shí)優(yōu)先堆放在一起，不同規(guī)格板混裝時(shí)，確保大板寬板在下、窄板小板在上，每堆疊合板最大堆放層數(shù)不宜超過(guò)6層，防止因構(gòu)件堆放不當(dāng)導(dǎo)致預(yù)制疊合板局部受力過(guò)大、應(yīng)力集中，有效減少疊合板開(kāi)裂現(xiàn)象。

⑦與項(xiàng)目部充分溝通：工地卸貨、堆放、或直接吊到樓面時(shí)要提出廠家的合理要求，以免產(chǎn)生裂縫；對(duì)工地項(xiàng)目部支模方案要把關(guān)控制、現(xiàn)場(chǎng)同方案是否相符合、預(yù)制板下面同支模架是否擱置平整密實(shí)牢固的驗(yàn)收，察看記錄。樓面澆筑混凝土?xí)r，輸送泵管和布料機(jī)放置點(diǎn)可能會(huì)損壞疊合板而產(chǎn)生裂縫，特別是跨度過(guò)大部位，樓層施工時(shí)，對(duì)堆放材料的要求及振動(dòng)荷載要求不應(yīng)超過(guò)設(shè)計(jì)規(guī)定。樓層支模架拆除時(shí)，不應(yīng)有較大振動(dòng)，材料堆放不能超過(guò)設(shè)計(jì)值要求。

3 試驗(yàn)檢測(cè)

以東陽(yáng)市某中心小學(xué)為例，因疊合板開(kāi)裂現(xiàn)象較明顯，該小學(xué)特委托專業(yè)的檢測(cè)公司隨機(jī)抽檢，對(duì)疊合板進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能靜荷載試驗(yàn)，確定疊合板是否滿足承載力、撓度、裂縫寬度的規(guī)范要求。2022年9月在生產(chǎn)車間現(xiàn)場(chǎng)對(duì)2FPC103疊合板進(jìn)行結(jié)構(gòu)性能靜荷載試驗(yàn)，本次試驗(yàn)建設(shè)單位、監(jiān)理單位、施工單位均到場(chǎng)見(jiàn)證。在加載前，發(fā)現(xiàn)此構(gòu)件底面存在6條明顯可視裂縫。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況及規(guī)范要求，被檢測(cè)的疊合板下部支撐方式按實(shí)際安裝時(shí)搭設(shè)，與設(shè)計(jì)條件相符。本次試驗(yàn)共布置了5個(gè)測(cè)點(diǎn)，如圖2所示；裂縫觀測(cè)采用HC-U81型混凝土超聲波檢測(cè)儀。

圖2 結(jié)構(gòu)性能靜荷載觀測(cè)示意圖

3.1 撓度觀測(cè)結(jié)果

現(xiàn)場(chǎng)荷載試驗(yàn)修正后結(jié)果如表1所示；測(cè)點(diǎn)加載修正后曲線變化情況如圖3所示。

圖3 測(cè)點(diǎn)加載曲線變化圖

表1 2FPC103疊合板撓度監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表

3.2 裂縫觀測(cè)結(jié)果

在加載前，發(fā)現(xiàn)構(gòu)件底面存在6條明顯可視裂縫；在加載過(guò)程中，共計(jì)存在4條豎向裂縫，最大裂縫寬度為0.14mm，最大裂縫長(zhǎng)度為3647mm；在加載到最大加載值后，裂縫寬度最大變化值為0.04mm，卸載后裂縫寬度有明顯恢復(fù)，具體數(shù)據(jù)如表2及表3所示，裂縫示意圖見(jiàn)圖4所示。

表2 加載裂縫監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

表3 卸載裂縫監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)表 單位：mm

圖4 底部裂縫示意圖

3.3 檢測(cè)結(jié)論

①由檢測(cè)結(jié)果可知抽檢構(gòu)件的撓度值、殘余撓度均滿足《混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50152-2012）第9.4.2條的要求，所選構(gòu)件結(jié)構(gòu)性能滿足規(guī)范要求。②試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)構(gòu)件存在裂縫，最大裂縫寬度為0.14mm，最大裂縫變化量為0.04mm，本次試驗(yàn)所檢2FPC103疊合板滿足正常使用極限狀態(tài)的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)工程實(shí)踐總結(jié)桁架鋼筋混凝土疊合板開(kāi)裂的原因及預(yù)防措施，借此與同行交流。工廠操作不當(dāng)很容易引起疊合板開(kāi)裂，控制原材料、規(guī)范操作、合理堆放、使用補(bǔ)強(qiáng)措施等可以大大較少疊合板裂縫的產(chǎn)生。同時(shí)，在實(shí)際工程中，裂縫是很難完全避免的，大部分淺表裂縫不影響結(jié)構(gòu)安全，可修補(bǔ)解決。