北方住宅地暖地面防開裂技術(shù)研究

付 哲 周飛鳳 高偉杰 楊征世 仲衛(wèi)東

1 工程概況

晉中紅星·天鉑二期-3 地塊項(xiàng)目位于山西省晉中市榆次區(qū)，中都北路西側(cè)、廣安街北側(cè)，該項(xiàng)目的總建筑面積為137513.48 m2，地下非人防車庫建筑面積約38698.68 m2，地上建筑面積約98814.8 m2。項(xiàng)目包括15 棟單體建筑，其中12#、13#、17 ～19#和22 ～24#樓為6 ～8 層的多層住宅，8#、9#和14#樓為高層住宅，3#、4#和7#樓為商業(yè)和換熱站。建筑的結(jié)構(gòu)形式均為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，室內(nèi)樓地面均為保溫混凝土樓地面。

2 地暖地面施工工藝

本地暖地面施工操作工藝主要包括清理基層、鋪設(shè)保溫板和交聯(lián)聚乙烯管、澆筑保護(hù)層、收面掃毛、養(yǎng)護(hù)面層等，詳見下文闡述。

2.1 清理基層

在清理基層時(shí)，需要特別注意細(xì)節(jié)和死角，確保清理和修整每個(gè)部位，使其表面平整、干凈，無碎塊和砂石等雜物，進(jìn)而保證后續(xù)施工的質(zhì)量和效果。在清理過程中，可以使用專業(yè)的清理工具和機(jī)械設(shè)備，并遵循相關(guān)施工規(guī)范和安全要求，確保施工過程的安全性和穩(wěn)定性。

2.2 鋪設(shè)保溫板和交聯(lián)聚乙烯管

基層處理完成后，鋪設(shè)復(fù)合保溫板材。選用的板材為20 mm 厚的擠塑聚苯乙烯泡沫板，密度為30 kg/m3。保溫板施工完成后，先鋪設(shè)0.2 mm 厚的真空鍍鋁聚酯薄膜，再鋪設(shè)交聯(lián)聚乙烯管，并用U 形固定卡釘將其固定在泡沫板上或用鋼釘固定在結(jié)構(gòu)樓板上，確保其牢固和穩(wěn)定。

2.3 澆筑保護(hù)層

澆筑厚度為45 mm±5 mm 的細(xì)石混凝土保護(hù)層，并且在表面壓上玻璃纖維網(wǎng)格布，內(nèi)部配置Φ3 mm、間距為50 mm 的鋼絲網(wǎng)片，以提高混凝土強(qiáng)度，防止其開裂。同時(shí)，在室內(nèi)墻體和門洞口底部連續(xù)粘貼10 mm 厚、150 mm 寬的聚苯乙烯泡沫保溫條。除此之外，在保護(hù)層與內(nèi)墻、外墻以及柱等垂直部件的交接處，鋪設(shè)連續(xù)的分隔條。

2.4 收面掃毛

混凝土澆筑完成之后，用鐵抹子或者木抹子將混凝土表面抹平，直至表面光滑、平整、無氣泡。在混凝土初凝之后，用掃把或者硬塑料刷將表面掃出粗糙的紋理，以便增強(qiáng)混凝土的粘結(jié)力。

2.5 養(yǎng)護(hù)面層

在混凝土澆筑完成12 h 后，應(yīng)及時(shí)覆蓋棉被，避免溫度影響混凝土質(zhì)量。若風(fēng)力大于3 級(jí)，則要在門窗洞口懸掛防雨苫布，防止混凝土中的水分快速蒸發(fā)。混凝土的養(yǎng)護(hù)時(shí)間不應(yīng)少于14 d，而且要每天在不同時(shí)間段進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，確保其始終保持濕潤狀態(tài)。

3 裂縫的類型和特點(diǎn)

地暖保護(hù)層的裂縫有2 種：在墻根拐角處和門洞口等位置形成傾斜45°的裂縫 ；沿地暖埋設(shè)管道處開裂。這些裂縫具有如下特點(diǎn)：

1）開裂情況隨著地面面積的增大而逐漸嚴(yán)重。這是由于大尺寸地面更容易因溫度變化和材料收縮等因素產(chǎn)生裂縫。

2）雖然裂縫的數(shù)量較少，但每條裂縫的長度較大，繼而形成整體裂縫。這是因?yàn)楫?dāng)?shù)嘏孛媸艿綔囟然驖穸茸兓挠绊憰r(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致局部應(yīng)力集中，進(jìn)而產(chǎn)生集中的長裂縫[1]。

3）地面沿地暖管的縱向和橫向均存在裂縫，這些裂縫交叉形成“丨”形或“十”字形裂縫。這是因?yàn)閷?duì)混凝土填充層的厚度控制不到位，導(dǎo)致管道周圍的混凝土沿著管道產(chǎn)生裂縫。地面裂縫分布情況，如圖1 所示。

圖1 地面裂縫分布情況（來源：作者自攝）

4 裂縫產(chǎn)生的原因

4.1 塑性伸縮和溫度應(yīng)力

混凝土的自收縮、溫度變形和干縮變形是裂縫產(chǎn)生的根本原因。塑性收縮縫主要產(chǎn)生于混凝土硬化前，產(chǎn)生的主要原因是混凝土澆筑完成后，其表面的水分在塑性收縮期間蒸發(fā)過快。塑性收縮縫主要出現(xiàn)在混凝土表面，形狀不規(guī)律，極易形成龜裂狀裂縫。溫度應(yīng)力裂縫主要呈現(xiàn)不規(guī)則形狀，深度相對(duì)較淺[2]。

混凝土在澆筑完成后，無法充分散發(fā)內(nèi)部的水化熱，使內(nèi)部溫度增加。然而，其表面溫度下降速度較快，導(dǎo)致內(nèi)部與表面產(chǎn)生一定溫差，進(jìn)而使其內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。在溫差作用下產(chǎn)生的拉應(yīng)力超出混凝土的抗拉強(qiáng)度，使得混凝土表面產(chǎn)生裂縫[3]。

4.2 內(nèi)部形態(tài)變化

混凝土內(nèi)部形態(tài)變化是混凝土保護(hù)層開裂的重要原因之一?；炷潦且环N非均勻材料，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，具有許多微小的空隙。當(dāng)在混凝土中埋設(shè)地暖管時(shí)，管道與周圍的混凝土相互作用，會(huì)改變混凝土原有的形態(tài)和結(jié)構(gòu)，使其應(yīng)力更加集中。在混凝土凝固過程中，這些應(yīng)力可能會(huì)導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂縫。

在地暖地面施工過程中，一般情況下會(huì)在結(jié)構(gòu)樓板與上部的混凝土保護(hù)層之間設(shè)置1 層聚苯乙烯泡沫保溫板，作為保溫隔熱層。然而，由于混凝土被澆筑在不具備支撐力的軟弱基層上，再加上聚苯乙烯泡沫板比較干燥，導(dǎo)致混凝土保護(hù)層在凝固過程中出現(xiàn)裂縫[4]。

4.3 施工技術(shù)問題

如果施工人員在操作過程中，未按照設(shè)計(jì)規(guī)范正確設(shè)置鋼絲網(wǎng)或未按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)預(yù)留適當(dāng)?shù)纳炜s縫，會(huì)導(dǎo)致混凝土應(yīng)力較為集中的區(qū)域產(chǎn)生裂縫。因此，在施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)要求設(shè)置鋼絲網(wǎng)片和伸縮縫，防止混凝土開裂。

混凝土澆筑速度過快，會(huì)導(dǎo)致其在初凝前出現(xiàn)干縮、沉降和塑性收縮等現(xiàn)象。這些現(xiàn)象會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，進(jìn)而降低結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。為有效減少或避免這種情況的發(fā)生，可以采用分階段澆筑法。在澆筑過程中，應(yīng)按照規(guī)定的步驟和程序操作，確保各階段澆筑的順利進(jìn)行。此外，需要合理控制混凝土的水灰比和攪拌時(shí)間。適當(dāng)調(diào)整水灰比能夠提高混凝土的性能，合理控制攪拌時(shí)間則有助于確?；炷脸浞只旌?，進(jìn)一步增強(qiáng)混凝土的均勻性和穩(wěn)定性。采取這些措施可以有效降低混凝土的開裂風(fēng)險(xiǎn)，提高工程質(zhì)量[5]。

在地面抹壓過程中，若時(shí)間掌握不當(dāng)或抹壓不實(shí)，可能會(huì)導(dǎo)致地面產(chǎn)生裂縫。因此，必須加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)管理，在抹壓時(shí)要保證混凝土濕度適中，同時(shí)要合理控制抹壓時(shí)間?；炷吝^干或過濕，都會(huì)影響抹壓效果，進(jìn)而導(dǎo)致地面出現(xiàn)裂縫或其他質(zhì)量問題。抹壓時(shí)間過長也會(huì)導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)裂縫，影響地面的平整度和質(zhì)量。在抹壓過程中，應(yīng)密切關(guān)注混凝土的濕度和抹壓時(shí)間，確保抹壓質(zhì)量符合施工要求。

混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，也可能會(huì)導(dǎo)致地面出現(xiàn)裂縫，因此在混凝土澆筑完成后，必須立即進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)。保濕養(yǎng)護(hù)是指在混凝土澆筑后的數(shù)小時(shí)內(nèi)覆蓋棉被并澆水，防止其過度干燥。在養(yǎng)護(hù)時(shí)，應(yīng)根據(jù)環(huán)境條件和混凝土的配比，確定養(yǎng)護(hù)時(shí)間和方法，以確?；炷恋膹?qiáng)度和質(zhì)量，從而避免裂縫產(chǎn)生。

4.4 施工材料質(zhì)量

混凝土中砂石的含泥量過高，會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度和抗?jié)B性能，導(dǎo)致混凝土在收縮過程中出現(xiàn)不規(guī)則的表面裂縫。裂縫的出現(xiàn)不僅會(huì)影響混凝土的整體強(qiáng)度，而且會(huì)對(duì)其耐久性和穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響[6]，因此應(yīng)嚴(yán)格控制砂石的含泥量。

坍落度過高會(huì)使混凝土因過于稀薄而失去塑性，導(dǎo)致其脫水較早，影響它的強(qiáng)度和耐久性。此外，過高的坍落度還會(huì)導(dǎo)致混凝土體積收縮過大，進(jìn)而增加混凝土的裂縫發(fā)生率。坍落度過低，會(huì)使混凝土內(nèi)部的孔隙率過低，影響其抗?jié)B性能。坍落度過低的混凝土在攪拌和運(yùn)輸過程中可能會(huì)產(chǎn)生離析現(xiàn)象，導(dǎo)致其在澆灌過程中產(chǎn)生裂縫。因此，在混凝土施工過程中，需要合理控制混凝土的坍落度，以避免或減少裂縫的產(chǎn)生。

5 地暖地面防開裂措施

5.1 處理基層

在鋪設(shè)復(fù)合保溫板前，需要對(duì)地面進(jìn)行細(xì)致的整平處理，確保其表面平整干凈，無碎塊和砂石等雜物。同時(shí)，復(fù)合保溫層的鋪設(shè)應(yīng)嚴(yán)密且緊湊，并與樓板固定牢固。對(duì)于固定管材的U 形卡扣，應(yīng)確保其質(zhì)量和數(shù)量。在澆筑混凝土保護(hù)層時(shí)，嚴(yán)禁踩踏鋪設(shè)完成的地暖管，防止管道破裂。

5.2 規(guī)劃地暖管

在鋪設(shè)地暖管時(shí)，應(yīng)提前做好規(guī)劃，分散布置管道，并盡量讓管道之間相互錯(cuò)開，尤其要避開給排水管道。當(dāng)管道不得不交叉時(shí)，交叉管道不應(yīng)超過2 根。地暖管鋪設(shè)完成后，需要進(jìn)行試水打壓，檢驗(yàn)施工質(zhì)量是否符合標(biāo)準(zhǔn)。只有確定地暖管施工質(zhì)量達(dá)標(biāo)后，才能對(duì)混凝土填充層施工。在混凝土澆筑期間，要使地暖管的水壓保持在0.6 MPa 以上，以確保管道的正常運(yùn)行。

5.3 控制混凝土坍落度

相較于普通混凝土，坍落度較大的混凝土地面更容易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，而且開裂程度更嚴(yán)重。在泵送商品混凝土澆筑過程中，必須嚴(yán)格控制商品混凝土中的粉煤灰摻量。此外，還要嚴(yán)格把控混凝土的坍落度，嚴(yán)禁在澆筑過程中加水，以此確保混凝土的質(zhì)量和穩(wěn)定性[7]。

5.4 控制保護(hù)層厚度

在混凝土澆筑過程中，需要控制混凝土保護(hù)層的厚度。在鋪設(shè)地暖管前，要根據(jù)樓層一米線的位置，設(shè)置房間各個(gè)位置的保護(hù)層厚度標(biāo)準(zhǔn)，并通過貼灰餅的形式來控制厚度。灰餅不僅可以作為控制澆筑混凝土厚度的工具，也能夠?yàn)槭┕と藛T提供參考，保證施工的質(zhì)量和精度。

5.5 增設(shè)抗裂鋼絲網(wǎng)

預(yù)埋線管處的裂縫控制是一個(gè)重要課題。當(dāng)預(yù)埋線管直徑較大且房間開間面積較大時(shí)，地面的裂縫發(fā)生率會(huì)增大，為了有效控制裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)采取以下措施：第1，可以增設(shè)抗裂鋼絲網(wǎng)。鋼絲網(wǎng)能夠提高地面的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，減少因預(yù)埋線管而產(chǎn)生的地面裂縫[8]。第2，在抗裂鋼絲網(wǎng)上滿壓1 層耐堿玻璃纖維網(wǎng)格布，能夠進(jìn)一步提高地面的抗裂性能。第3，在門口、墻根和墻角等特殊位置，設(shè)置分隔縫或壓入分隔條。設(shè)置分隔縫或分隔條能夠?qū)⒋竺娣e的地面分隔成小塊，從而降低因溫度變化等因素而產(chǎn)生的應(yīng)力，進(jìn)而避免裂縫的產(chǎn)生。同時(shí)，也能夠提高地面的美觀度，使其更符合現(xiàn)代建筑的設(shè)計(jì)要求。

5.6 加強(qiáng)覆蓋和澆水養(yǎng)護(hù)

混凝土養(yǎng)護(hù)是一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，特別是混凝土的早期養(yǎng)護(hù)。養(yǎng)護(hù)效果不僅會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度，還會(huì)影響其變形特性。在混凝土澆筑12 h后，應(yīng)及時(shí)覆蓋棉被并進(jìn)行多次澆水養(yǎng)護(hù)，防止混凝土表面水分蒸發(fā)，減輕地面干縮開裂的程度。澆水養(yǎng)護(hù)頻率每天不應(yīng)少于3 次，旦持續(xù)時(shí)間不應(yīng)少于7 d。

5.7 成品保護(hù)

為了最大限度消除和避免成品在施工過程受到污染和損害，要對(duì)已完工和正在施工的分項(xiàng)工程進(jìn)行保護(hù)，以提高成品的一次合格率和一次成優(yōu)率。損害成品會(huì)增加后期的修復(fù)工作，導(dǎo)致工料浪費(fèi)和工期延誤，甚至造成永久性缺陷。因此，做好成品保護(hù)工作對(duì)于保證工程質(zhì)量、降低成品損壞率和縮短工期具有重要意義。

在施工過程中，可以采取以下成品保護(hù)措施：第1，進(jìn)行覆蓋保護(hù)。在混凝土表面覆蓋1 層塑料薄膜或彩布，防止灰塵、污垢和紫外線破壞混凝土表面。在覆蓋前，應(yīng)確?；炷帘砻娓稍?、平整和清潔，并涂刷1 層養(yǎng)護(hù)劑或進(jìn)行澆水潤濕。第2，設(shè)置標(biāo)識(shí)和圍擋。在混凝土表面拉毛完成后，應(yīng)立即設(shè)置標(biāo)識(shí)和圍擋，防止任何人踩踏混凝土表面，避免二次破壞。標(biāo)識(shí)應(yīng)清晰可見，并注明“禁止踩踏”或者“小心路面”等字樣。圍擋應(yīng)該堅(jiān)固和穩(wěn)定，高度不應(yīng)該低于膝蓋。第3，進(jìn)行定期維護(hù)。定期對(duì)混凝土表面進(jìn)行清潔和維護(hù)，能夠保證其外觀和質(zhì)量符合要求。在清潔和維護(hù)時(shí)，應(yīng)該采用柔軟的清潔劑和保養(yǎng)劑，并且按照說明書正確使用。最后，加強(qiáng)人員培訓(xùn)和教育。加強(qiáng)對(duì)相關(guān)人員的培訓(xùn)和教育的內(nèi)容包括操作規(guī)程、安全注意事項(xiàng)和維護(hù)保養(yǎng)方法等。通過提高相關(guān)人員的職業(yè)技能和素質(zhì)，可以有效減少人為因素對(duì)保護(hù)層的損壞和污染。

5.8 嚴(yán)格管控施工過程

嚴(yán)格篩選施工班組，選擇有地暖混凝土保護(hù)層施工經(jīng)驗(yàn)且熟練的班組。在施工前，對(duì)施工班組進(jìn)行詳細(xì)的技術(shù)交底，確保他們充分了解施工要求和操作流程。

在正式施工前，應(yīng)先制作施工樣板并進(jìn)行驗(yàn)收，待樣板驗(yàn)收合格后，方可進(jìn)行大面積施工。此外，在混凝土澆筑過程中，應(yīng)由施工管理人員旁站，監(jiān)督施工班組是否按照設(shè)計(jì)規(guī)范設(shè)置鋼絲網(wǎng)以及是否按照設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置伸縮縫，并安排專人處理因卡扣脫落導(dǎo)致的地?zé)峁芤莆缓蛷椔N等情況。

6 結(jié)語

在本項(xiàng)目施工過程中，為了避免混凝土保護(hù)層產(chǎn)生裂縫，采取了一系列預(yù)防措施，包括處理基層、規(guī)劃地暖管、控制混凝土坍落度以及控制保護(hù)層厚度等。通過實(shí)踐證明，本文提出的裂縫預(yù)防措施能夠有效減少地暖混凝土保護(hù)層的裂縫數(shù)量，提高建筑的地面質(zhì)量和觀感。