大面积耐磨地坪裂缝成因分析及预防措施

时间:2023-04-13 09:17:08 来源: 上海科斯莱地坪

0 引言

目前, 大面积耐磨地坪常用的耐磨材料有三大类, 第一类是水磨石地坪, 第二类是耐磨颗粒 (主要是各种矿物合金骨料) , 第三类是高分子聚合物。由于耐磨颗粒具有造价低、耐磨性能好、维护费用少、使用寿命长等特点, 而成为大面积耐磨地坪的首选, 当前耐磨颗粒地坪应用最多的就是金刚砂耐磨地坪。

1 工程概况

青岛温泉国际博览中心大面积地坪采用金刚砂耐磨地坪, 由于需要为后续钢结构拼装提供场地, 地坪整体采用了分层浇筑方法。首先浇筑垫层和刚性层, 然后施工耐磨层, 各层具体做法为:垫层为厚10 cm的C15素混凝土, 刚性层为厚20 cm的C30钢筋混凝土, 配筋为双层双向φ12 mm;耐磨层做法为厚10 cm的C30细石混凝土加金刚砂耐磨层。

地坪总面积为9 500 m2, 纵向中间有一条宽2 m、深2.5 m的管沟, 地坪由宽50 cm的综合沟分割成12 m×30 m的小块 (图1) 。

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图1 大面积地坪平面示意   


2 金刚砂耐磨地坪分层施工工艺

2.1 工艺流程

底层混凝土浇筑→底层混凝土表面处理→扫浆 (水泥净浆) →面层混凝土浇筑→混凝土收光、提浆→撒第1遍耐磨混合料→磨光机磨平→撒第2遍耐磨混合料→磨光机磨平→切缝、养护

2.2 施工工艺及要点

针对分层施工的特点, 本文对大面积耐磨地坪施工工艺进行了详细叙述, 为避免地坪表面不平整、上下分层之间脱层、表面开裂等缺陷发生, 施工过程中采取了一系列措施, 其中包括:

1) 地基处理:地基处理是大面积地坪施工的关键工序, 地基处理必须密实均匀, 防止因地基沉降过大或不均匀沉降造成地坪表面开裂。

2) 刚性层混凝土表面清理:刚性层混凝土表面浇筑时的浮浆和后期使用过程中的垃圾, 严重影响底层混凝土和上层混凝土的结合, 处理不当容易产生空鼓, 进而导致面层裂缝的出现。

3) 扫浆:扫浆的作用是增加2层混凝土之间的连接, 起到界面剂的作用, 防止因2层混凝土分层而出现空鼓。浆液质量和上层混凝土浇筑间隔时间是扫浆控制的重点, 上述关键点控制不好, 则会影响上下2层混凝土结合效果, 容易导致空鼓和裂缝出现。

4) 混凝土表面平整度控制:混凝土尽可能一次性浇筑至标高, 浇筑过程中使用振捣器振捣, 并使用钢滚筒多次反复滚压, 尤其注意边角部位的振捣和刮平。

5) 耐磨混合料撒布:第1次耐磨混合料用量约为总量的2/3, 撒布时机和均匀度是质量控制的关键, 撒布后及时抹平, 第2次撒布紧接第1次, 在大面积均匀适量撒布的同时, 对泛浆、泛色的部位加大撒布量, 对有缺陷的部位重点修补。

6) 养护:耐磨地坪完成以后, 喷洒养护剂进行养护, 以防止其表面水分急剧蒸发, 保证耐磨地坪强度稳定增长, 通常养护时间为7 d以上。

7) 切缝:为防止耐磨地坪出现收缩裂缝, 耐磨层施工完成后待面层强度达50%即可进行切缝施工, 切缝深度为面层厚度的2/3。切割时间需严格控制——切割过早则混凝土强度不够, 切缝容易损坏;切割太晚则容易产生收缩裂缝。

3 裂缝开展分析

3.1 裂缝开展情况调查

背景工程地坪施工完成后无裂缝出现, 使用1 a后裂缝数量有所增多, 局部裂缝宽度较大。经检查, 裂缝长度多为1~2 m, 宽度最大2 mm。开裂位置主要集中在切缝两侧、地埋指示灯周围、空鼓位置、管沟侧壁开洞处, 各位置裂缝开展情况如图2所示。

经分析, 各类型裂缝开裂形式不尽相同:切缝周边裂缝走向大致与切缝平行, 裂缝长度较长, 宽度也较大;地埋指示灯周边裂缝成辐射状开展, 裂缝长度及宽度均较小;空鼓处裂缝呈不规则状, 裂缝宽度较大, 长度一般延伸至空鼓边缘位置;管沟侧壁开洞位置裂缝开展方向与管沟垂直, 且横穿管沟顶部, 但裂缝宽度较小。

3.2 裂缝开展原因分析

根据裂缝情况调查可知, 裂缝位置及开裂形式具有一定的规律性, 因此, 可通过进一步的研究, 总结裂缝开展的原因, 进而找到控制裂缝开展的控制措施, 减少裂缝的发生。

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图2 不同位置裂缝开展情况   


3.2.1 切缝周围裂缝

切缝周围裂缝主要由3方面原因造成:第一, 切缝时间太早, 混凝土强度不足, 切缝过程中在切缝两侧形成早期损伤, 运营后在荷载作用下裂缝进一步扩大;第二, 切缝过深, 大大削弱了混凝土面板的整体性, 同时也使得切缝位置混凝土临空面增大 (切缝虽有填缝材料, 但填缝材料较软, 因此, 对切缝两侧混凝土的支撑作用很小) , 车辆轮胎在切缝周边经过时, 较大力作用在切缝两侧耐磨地坪表面, 由于临空面的存在, 造成切缝两侧混凝土受剪破坏, 形成平行于切缝即临空面的裂缝;第三, 混凝土强度不足, 该处不足可能是混凝土自身强度未达到设计要求, 也可能是设计强度小于运营阶段对混凝土的要求。

3.2.2 地埋指示灯周边辐射状裂缝

地埋指示灯灯盒厚度与上层混凝土厚度相同, 地埋指示灯位置容易振捣不密实, 同时地埋指示灯的存在使得混凝土连续面层出现孔洞, 混凝土应力在孔洞位置得以释放, 在混凝土收缩、外部荷载、温度变化等条件下, 从而形成了地埋指示灯位置向四周辐射状裂缝的产生。

3.2.3 空鼓位置裂缝

空鼓形成后在荷载作用下上层混凝土碎裂, 最终导致裂缝的出现, 而导致空鼓主要有2方面原因:第一, 底层混凝土表面未清除干净, 由于底层混凝土浇筑时表面形成浮浆, 且留存有垃圾, 上层混凝土浇筑前, 如底层混凝土表面清理不彻底, 在上下2层混凝土间形成薄弱面, 进而形成空鼓;第二, 扫浆质量不符合要求, 例如浆液质量不达标, 如水灰比过小, 则容易造成浆液不能充分水化凝结。另外, 扫浆时间未严格控制, 扫浆时间过长浆液开始凝固, 这些都影响了上下层混凝土的结合。

3.2.4 管沟侧壁开洞位置顶板裂缝

管沟侧壁开洞处 (图3) 裂缝是由于管沟结构特点造成的, 由于管沟侧壁开孔, 造成顶板在开洞位置整体刚度变化, 在荷载作用下侧壁开洞位置顶板变形与未开洞位置不同, 在变形突变位置形成应力集中, 从而导致裂缝开展。

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图3 管沟侧墙开洞示意   


为验证管沟侧壁开洞对顶板裂缝的影响, 按实际情况建立了有限元模型, 在顶板上施加了5 k N均布荷载模拟外部荷载。计算得到顶板应力分布如图4所示, 根据图4可知, 在管沟侧壁开洞处管沟顶板应力出现突变, 应力等值线向开洞处发展, 图中应力等值线走向与实际顶板裂缝走向基本吻合。因此, 可说明管沟侧壁开洞是导致管沟顶板耐磨地坪开裂的主要原因。

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图4 管沟侧壁开洞位置顶板应力分布示意   


3.2.5 耐磨层未布置钢筋, 抗裂性能差

背景工程地坪采用2次浇筑, 底层刚性地坪配置钢筋, 上层厚10 cm细石混凝土未配置钢筋, 造成上层混凝土抗裂性能差, 在地基不均匀沉降、收缩应力以及外部荷载作用下易出现裂缝。

3.2.6 养护不到位

养护不当, 水分急剧蒸发, 影响混凝土强度增长的同时也造成了较大收缩, 形成了初始收缩裂缝, 在后期进一步收缩和外部荷载作用下裂缝逐渐发展。

4 裂缝防治措施

1) 严控地基处理质量, 对回填土的含水率、碾压过程以及最终密实度进行严格控制, 避免发生不均匀沉降。

2) 彻底清理底层混凝土表面浮浆及垃圾, 上层混凝土浇筑前充分湿润底层混凝土, 浇筑混凝土时确保地面湿润但无积水。

3) 浇筑混凝土前全面扫浆, 严格控制浆液配合比, 随扫随浇筑混凝土, 防止浆液风干。

4) 地埋指示灯管线布置在下层混凝土中, 避免布置于上层混凝土, 上层混凝土中应配置一定的防裂钢筋网片。

5) 管沟侧壁开洞位置顶板布置加强钢筋, 提高顶板刚度, 同时开洞位置设置加肋 (图5) , 增加顶板刚度的同时使顶板刚度平缓过渡。为验证侧壁开洞加肋效果, 采用Midas/Gen有限元软件进行了计算分析 (图6) , 对比洞口加肋前后顶板应力分布可知:增加肋角后洞口上方顶板应力明显改善, 应力分布曲线在洞口处基本无变化。故该方法可有效避免在荷载作用下开洞上方顶板耐磨地坪裂缝的出现[4,5]

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图5 侧壁开洞优化   下载原图


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图6 洞口优化前后顶板应力对比   


5 结语

大面积地坪裂缝的产生既有其自身特点的原因, 也有施工质量控制不严和设计缺陷所引起的原因。施工方面的原因目前被关注较多, 且公开发表的文献中多有论述, 而由于设计不合理造成的原因往往被忽视。本文从施工质量和设计质量等方面, 对大面积耐磨地坪裂缝出现的原因进行了综合分析, 针对裂缝开展提出了具体的防治措施, 为大面积耐磨地坪裂缝防治积累了经验, 以期为后续类似工程提供有益借鉴。