石膏珍珠巖類保溫砂漿裂縫成因及預防措施
發布時間：2010-01-14 共1頁
1 概述
我國現有的建筑基本上是高耗能建筑,每年僅采暖煤耗就占國內總能耗的15 % ,建筑采暖耗能正以超過2 倍于能源生產增長率的速度發展。我國的住宅建筑用于制冷、采暖消耗掉的能源,占家庭消耗能源總量的比例遠于美國等西方國家。必須提高住宅的能源利用效率,減少能源消耗。目前在建筑工程中根據絕熱材料的不同,主要可分為兩種保溫砂漿,即膨脹珍珠巖保溫砂漿、粉煤灰保溫砂漿。膨脹珍珠巖保溫砂漿是以水泥或建筑石膏為膠凝材料,以膨脹珍珠巖為骨料,并加入少量助劑配制而成,它的性能隨膠凝材料與膨脹珍珠巖的體積配合比不同而不同,是建筑工程中使用較早的保溫砂漿。在外墻內保溫建筑中,保溫砂漿面層經常出現裂縫。保溫砂漿的開裂原因復雜。
2 工程案例
該工程由三棟高層住宅樓組成,其中一棟為短肢剪力墻結構,短肢剪力墻結構填充墻使用加氣混凝土砌塊墻,另外兩棟為普通剪力墻結構,窗間墻為加氣混凝土砌塊,總建筑面積98 000 m2 。設計要求所有臨空外墻內側涂抹42 mm 厚保溫砂漿,以滿足保溫節能要求。主要施工工藝如下:
1) 對加氣混凝土砌塊填充墻要求基層墻面平整、無塵,使用水泥砂漿作底灰,使墻面與混凝土墻面處于同一水平面上。混凝土墻面使用界面處理劑對墻面進行處理。門口、窗口和與保溫砂漿交接處,抹出斜面接槎。
2) 水泥砂漿踢腳處的構造。抹面分層進行,第一層不于5 mm ,待第一層基本干燥后再抹第二層,直到達到設計厚度。面層按照設計要求采用涂料。涂料施工結束后,采用保溫砂漿的墻面依施工的先后順序,出現空鼓、開裂現象。裂縫寬度從開始的1 mm ,漸次發展到2 mm～3 mm ,保溫砂漿墻面出現質量問題的占保溫砂漿施工墻面積的90 % ,墻面開裂、空鼓的分布部位主要有以下區域:水泥砂漿窗套與保溫砂漿接槎處、水泥砂漿踢腳與保溫砂漿墻面接槎處、砌體填充墻和混凝土墻面交接處。
當按照水泥砂漿空鼓的修補工藝,將空鼓處砂漿清除后,使用保溫砂漿重新抹灰,結果出現修補區域與墻面其他部分交接處開裂、空鼓。且該區域石膏珍珠巖保溫砂漿喪失強度,出現“酥化”現象。空鼓區向墻面四周擴散,問題更加嚴重。
3 裂縫原因分析
3. 1 基層結構開裂
由于本工程的結構特點,主體結構使用量的加氣混凝土砌塊作填充墻材料。鋼筋混凝土和加氣混凝土兩種材料的性能差異是導致基層開裂的根本原因。根據調查,填充墻數量較多的短肢剪力墻結構的開裂比率相對普通剪力墻結構要高,從側面間接證明了基層材料差異是導致墻面開裂的主要原因。加氣混凝土砌塊墻和混凝土墻吸水率和收縮性能差異較,兩者接縫處的抹灰層因此開裂。由于保溫砂漿的結構具有內部結構松散多孔的特點,一旦外表層開裂后,進行修補時后期抹灰材料中的水在表面張力的作用下將沿著孔縫向四周滲透,影響范圍擴。水分蒸發后,滲透影響范圍內的保溫砂漿由于膠凝材料(石膏) 喪失強度“酥化”范圍相應擴。水分蒸發后酥化范圍內的砂漿由于完全喪失強度,所以表面發生開裂,其結構分層脫離,外部表現為砂漿空鼓,進而導致保溫材料功能的下降,降低保溫節能的效果。
因此,施工時除在不同結構材料交接處采取加強網等輔助性工藝措施,還應適當加工藝間歇,理想情況下工藝間歇時間為40 d ,目的是待兩部分材料性能差異的墻體充分變形后,再進行后續施工,可避免出現基層開裂的問題。
3. 2 保溫砂漿材料本身開裂
采用內墻面保溫砂漿的做法雖然保溫層的整體性好,但仍存在著面層開裂的可能。本工程墻面開裂情況存在以下兩個特點:
1) 墻體開裂隨著施工時間的先后次序發生,頂部數層開裂情況比下部數層嚴重。
2) 墻體向陽面內側的保溫砂漿墻面的開裂情況比背陰面墻體嚴重。提出在建筑物中,空氣的滲透是影響節能效果的一個重要因素,建筑物內產生的水蒸氣可以造成結構、墻體屋頂的滲透。除聚集式結露外,由室內外溫差造成的墻體結露現象也是經常發生的。若室溫為20 ℃,相對濕度為70 %的條件下露點為14 ℃,即墻體溫度小于14 ℃時墻面就會出現結露。在內保溫結構體系中,保溫層置于內側,墻體溫度常小于14 ℃,即在保溫層與墻體結構層界面處產生結露。由于保溫砂漿抹灰無法象保溫板材那樣設置空氣層或防潮層,不能有效地控制墻體結露,石膏珍珠巖保溫材料結構松散,抗蒸汽滲透性差,吸水、吸濕后會使導熱系數進一步增,加劇結露現象,使保溫層處于潮濕狀態。結合文中提出的兩種特點,可以看出墻體內外溫差對保溫砂漿工藝性能的不利影響,尤其對于使用氣硬性材料作為膠凝材料的保溫砂漿影響尤為顯著。
潮濕環境中其強度會降低。究其原因:
1) 石膏漿體硬化時,晶體在結晶共生過程中,由于結晶接觸點不穩定,易發生歪曲和變形。在潮濕環境中出現溶解和再結晶,這種接觸點的溶解將導致結構強度的降低。
2) 石膏硬化體是一個孔隙率較的多孔體,晶體界面由微裂縫形成了細微裂縫的網狀結構,當遇水后,由于水滲透到微孔內形成水單分子薄膜,該水膜產生楔入尖劈作用,破壞了石膏晶體結構之間的微單元結構,導致石膏制品強度降低。
3) 石膏具有溶解度高的特點,當水沿著或通過石膏制品表面流動時,石膏被溶解、剝離,從而引起強度降低。因此,進行裂縫修補時,應當注意石膏的這個特性,采取措施避免墻體浸水和將裂縫空鼓區與正常墻面分隔后進行修補的做法,消除潮濕和水的不利影響。在一般情況下,在結構墻體上應避免使用經水浸泡后、粘結強度喪失較的材料,即軟化系數小的保溫漿料。應該選擇遇水不會二次分解或失效的或膠凝材料、骨料、助劑分布均勻的材料,以確保粘結材料達到適合的粘結效果。
3. 3 其他致裂因素
對于短肢剪力墻結構、框架結構等采用加氣混凝土等輕質材料填充墻范圍較多的建筑,存在以下多種開裂因素。加氣混凝土由于特有的肚口小的孔結構,且這些孔多是封閉及半封閉型的,這就決定了加氣混凝土具有兩特點:吸水速度慢,比磚墻慢2/ 3 倍左右; 吸水量,飽和吸水率高達35 %～40 %。因水分滲透速度緩慢,故易在抹灰層與墻面粘結處聚集水分,使墻體含水量不勻,造成抹灰面開裂、脫殼。即便在加氣混凝土表面刷一層界面劑,將加氣混凝土表面空隙閉合,也只是解決了粘結問題,仍不能解決開裂問題。在這種情況下,應當考慮采用其他類型保溫材料。
4 防治裂縫的措施和建議
采用保溫砂漿的墻面面層應當設置抗裂防護層,例如采用由水泥抗裂砂漿、復合涂塑抗堿玻纖網格布、配套柔性耐水膩子、硅橡膠彈性底漆組成的抗裂防護層,可長期有效地控制面層防護層產生裂縫,提高抹灰類保溫砂漿的使用壽命和工藝性能。
從施工工藝的角度來看,水泥砂漿由于強度高于保溫砂漿,凝結時的收縮小于保溫砂漿,所以兩者結合處,水泥砂漿應作為基層,反之,則必定產生空鼓。保溫砂漿本身粘結強度和抗壓強度相對較低,當設計保溫砂漿厚度超過規范規定的35 mm 時,應當按照規范要求在施工時采取針對性加強措施。
案例工程由于工程造價和客觀條件所限,有些缺陷,例如加強網等措施只有在施工前采取,施工完畢后無法實施,所以只對裂縫處進行了局部處理,沒有解決根本問題,實際留下了難以解決的頑癥。由于沒有針對問題原因,采取針對性策略解決,案例工程仍存在耐久性不足的缺陷。對于裂縫的修補,按照前文所提出的原則,將擬剔除的部位與其他區域進行分隔后,再進行修補。
如區域面積較,就將該區全部剔除,這也是和普通砂漿修補工藝的不同之處。在三種開裂原因中,基層結構的開裂是保溫砂漿墻面的主導因素。由于這種原因導致的裂縫,分布具有明顯的規律性。分布區域集中在填充墻和混凝土墻交接處,沿著兩種材料的接縫處開裂。后兩種因素導致的裂縫,分布有這樣的特點:直接接受陽光照射的墻體開裂的比率遠高于其他部位墻體。填充墻上保溫砂漿開裂的比率高于直接在結構墻體上施工的保溫砂漿。而且,保溫砂漿墻面開裂后,具有明顯的時間效應,隨著時間的增長,會不斷繼續發展蔓延。因此,必須在前期及時進行修補。
5 結語
通過本工程的工程實踐,可得出如下結論:1) 保溫砂漿的施工應注重根據自身特點制訂工藝,避免由于施工工藝本身的不合理造成質量問題。2) 相對于易造成抹灰墻面開裂的短肢剪力墻結構(因填充墻和混凝土墻體的材料差異造成的收縮差) ,應考慮選用其他類型保溫材料或在施工工藝方面采取針對性措施。3)保溫砂漿作為抹灰施工工藝的一種,國家強制性規范規定對水泥的凝結時間和安定性進行復驗,而保溫砂漿由于供貨時為半成品供貨,無法進行膠凝材料的復試,易出現因膠凝材料不能滿足施工工藝要求而造成的質量問題,建議國家盡快制訂相關規范,以滿足施工和生產需要。
（巖土工程師）
我國現有的建筑基本上是高耗能建筑,每年僅采暖煤耗就占國內總能耗的15 % ,建筑采暖耗能正以超過2 倍于能源生產增長率的速度發展。我國的住宅建筑用于制冷、采暖消耗掉的能源,占家庭消耗能源總量的比例遠于美國等西方國家。必須提高住宅的能源利用效率,減少能源消耗。目前在建筑工程中根據絕熱材料的不同,主要可分為兩種保溫砂漿,即膨脹珍珠巖保溫砂漿、粉煤灰保溫砂漿。膨脹珍珠巖保溫砂漿是以水泥或建筑石膏為膠凝材料,以膨脹珍珠巖為骨料,并加入少量助劑配制而成,它的性能隨膠凝材料與膨脹珍珠巖的體積配合比不同而不同,是建筑工程中使用較早的保溫砂漿。在外墻內保溫建筑中,保溫砂漿面層經常出現裂縫。保溫砂漿的開裂原因復雜。
2 工程案例
該工程由三棟高層住宅樓組成,其中一棟為短肢剪力墻結構,短肢剪力墻結構填充墻使用加氣混凝土砌塊墻,另外兩棟為普通剪力墻結構,窗間墻為加氣混凝土砌塊,總建筑面積98 000 m2 。設計要求所有臨空外墻內側涂抹42 mm 厚保溫砂漿,以滿足保溫節能要求。主要施工工藝如下:
1) 對加氣混凝土砌塊填充墻要求基層墻面平整、無塵,使用水泥砂漿作底灰,使墻面與混凝土墻面處于同一水平面上。混凝土墻面使用界面處理劑對墻面進行處理。門口、窗口和與保溫砂漿交接處,抹出斜面接槎。
2) 水泥砂漿踢腳處的構造。抹面分層進行,第一層不于5 mm ,待第一層基本干燥后再抹第二層,直到達到設計厚度。面層按照設計要求采用涂料。涂料施工結束后,采用保溫砂漿的墻面依施工的先后順序,出現空鼓、開裂現象。裂縫寬度從開始的1 mm ,漸次發展到2 mm～3 mm ,保溫砂漿墻面出現質量問題的占保溫砂漿施工墻面積的90 % ,墻面開裂、空鼓的分布部位主要有以下區域:水泥砂漿窗套與保溫砂漿接槎處、水泥砂漿踢腳與保溫砂漿墻面接槎處、砌體填充墻和混凝土墻面交接處。
當按照水泥砂漿空鼓的修補工藝,將空鼓處砂漿清除后,使用保溫砂漿重新抹灰,結果出現修補區域與墻面其他部分交接處開裂、空鼓。且該區域石膏珍珠巖保溫砂漿喪失強度,出現“酥化”現象。空鼓區向墻面四周擴散,問題更加嚴重。
3 裂縫原因分析
3. 1 基層結構開裂
由于本工程的結構特點,主體結構使用量的加氣混凝土砌塊作填充墻材料。鋼筋混凝土和加氣混凝土兩種材料的性能差異是導致基層開裂的根本原因。根據調查,填充墻數量較多的短肢剪力墻結構的開裂比率相對普通剪力墻結構要高,從側面間接證明了基層材料差異是導致墻面開裂的主要原因。加氣混凝土砌塊墻和混凝土墻吸水率和收縮性能差異較,兩者接縫處的抹灰層因此開裂。由于保溫砂漿的結構具有內部結構松散多孔的特點,一旦外表層開裂后,進行修補時后期抹灰材料中的水在表面張力的作用下將沿著孔縫向四周滲透,影響范圍擴。水分蒸發后,滲透影響范圍內的保溫砂漿由于膠凝材料(石膏) 喪失強度“酥化”范圍相應擴。水分蒸發后酥化范圍內的砂漿由于完全喪失強度,所以表面發生開裂,其結構分層脫離,外部表現為砂漿空鼓,進而導致保溫材料功能的下降,降低保溫節能的效果。
因此,施工時除在不同結構材料交接處采取加強網等輔助性工藝措施,還應適當加工藝間歇,理想情況下工藝間歇時間為40 d ,目的是待兩部分材料性能差異的墻體充分變形后,再進行后續施工,可避免出現基層開裂的問題。
3. 2 保溫砂漿材料本身開裂
采用內墻面保溫砂漿的做法雖然保溫層的整體性好,但仍存在著面層開裂的可能。本工程墻面開裂情況存在以下兩個特點:
1) 墻體開裂隨著施工時間的先后次序發生,頂部數層開裂情況比下部數層嚴重。
2) 墻體向陽面內側的保溫砂漿墻面的開裂情況比背陰面墻體嚴重。提出在建筑物中,空氣的滲透是影響節能效果的一個重要因素,建筑物內產生的水蒸氣可以造成結構、墻體屋頂的滲透。除聚集式結露外,由室內外溫差造成的墻體結露現象也是經常發生的。若室溫為20 ℃,相對濕度為70 %的條件下露點為14 ℃,即墻體溫度小于14 ℃時墻面就會出現結露。在內保溫結構體系中,保溫層置于內側,墻體溫度常小于14 ℃,即在保溫層與墻體結構層界面處產生結露。由于保溫砂漿抹灰無法象保溫板材那樣設置空氣層或防潮層,不能有效地控制墻體結露,石膏珍珠巖保溫材料結構松散,抗蒸汽滲透性差,吸水、吸濕后會使導熱系數進一步增,加劇結露現象,使保溫層處于潮濕狀態。結合文中提出的兩種特點,可以看出墻體內外溫差對保溫砂漿工藝性能的不利影響,尤其對于使用氣硬性材料作為膠凝材料的保溫砂漿影響尤為顯著。
潮濕環境中其強度會降低。究其原因:
1) 石膏漿體硬化時,晶體在結晶共生過程中,由于結晶接觸點不穩定,易發生歪曲和變形。在潮濕環境中出現溶解和再結晶,這種接觸點的溶解將導致結構強度的降低。
2) 石膏硬化體是一個孔隙率較的多孔體,晶體界面由微裂縫形成了細微裂縫的網狀結構,當遇水后,由于水滲透到微孔內形成水單分子薄膜,該水膜產生楔入尖劈作用,破壞了石膏晶體結構之間的微單元結構,導致石膏制品強度降低。
3) 石膏具有溶解度高的特點,當水沿著或通過石膏制品表面流動時,石膏被溶解、剝離,從而引起強度降低。因此,進行裂縫修補時,應當注意石膏的這個特性,采取措施避免墻體浸水和將裂縫空鼓區與正常墻面分隔后進行修補的做法,消除潮濕和水的不利影響。在一般情況下,在結構墻體上應避免使用經水浸泡后、粘結強度喪失較的材料,即軟化系數小的保溫漿料。應該選擇遇水不會二次分解或失效的或膠凝材料、骨料、助劑分布均勻的材料,以確保粘結材料達到適合的粘結效果。
3. 3 其他致裂因素
對于短肢剪力墻結構、框架結構等采用加氣混凝土等輕質材料填充墻范圍較多的建筑,存在以下多種開裂因素。加氣混凝土由于特有的肚口小的孔結構,且這些孔多是封閉及半封閉型的,這就決定了加氣混凝土具有兩特點:吸水速度慢,比磚墻慢2/ 3 倍左右; 吸水量,飽和吸水率高達35 %～40 %。因水分滲透速度緩慢,故易在抹灰層與墻面粘結處聚集水分,使墻體含水量不勻,造成抹灰面開裂、脫殼。即便在加氣混凝土表面刷一層界面劑,將加氣混凝土表面空隙閉合,也只是解決了粘結問題,仍不能解決開裂問題。在這種情況下,應當考慮采用其他類型保溫材料。
4 防治裂縫的措施和建議
采用保溫砂漿的墻面面層應當設置抗裂防護層,例如采用由水泥抗裂砂漿、復合涂塑抗堿玻纖網格布、配套柔性耐水膩子、硅橡膠彈性底漆組成的抗裂防護層,可長期有效地控制面層防護層產生裂縫,提高抹灰類保溫砂漿的使用壽命和工藝性能。
從施工工藝的角度來看,水泥砂漿由于強度高于保溫砂漿,凝結時的收縮小于保溫砂漿,所以兩者結合處,水泥砂漿應作為基層,反之,則必定產生空鼓。保溫砂漿本身粘結強度和抗壓強度相對較低,當設計保溫砂漿厚度超過規范規定的35 mm 時,應當按照規范要求在施工時采取針對性加強措施。
案例工程由于工程造價和客觀條件所限,有些缺陷,例如加強網等措施只有在施工前采取,施工完畢后無法實施,所以只對裂縫處進行了局部處理,沒有解決根本問題,實際留下了難以解決的頑癥。由于沒有針對問題原因,采取針對性策略解決,案例工程仍存在耐久性不足的缺陷。對于裂縫的修補,按照前文所提出的原則,將擬剔除的部位與其他區域進行分隔后,再進行修補。
如區域面積較,就將該區全部剔除,這也是和普通砂漿修補工藝的不同之處。在三種開裂原因中,基層結構的開裂是保溫砂漿墻面的主導因素。由于這種原因導致的裂縫,分布具有明顯的規律性。分布區域集中在填充墻和混凝土墻交接處,沿著兩種材料的接縫處開裂。后兩種因素導致的裂縫,分布有這樣的特點:直接接受陽光照射的墻體開裂的比率遠高于其他部位墻體。填充墻上保溫砂漿開裂的比率高于直接在結構墻體上施工的保溫砂漿。而且,保溫砂漿墻面開裂后,具有明顯的時間效應,隨著時間的增長,會不斷繼續發展蔓延。因此,必須在前期及時進行修補。
5 結語
通過本工程的工程實踐,可得出如下結論:1) 保溫砂漿的施工應注重根據自身特點制訂工藝,避免由于施工工藝本身的不合理造成質量問題。2) 相對于易造成抹灰墻面開裂的短肢剪力墻結構(因填充墻和混凝土墻體的材料差異造成的收縮差) ,應考慮選用其他類型保溫材料或在施工工藝方面采取針對性措施。3)保溫砂漿作為抹灰施工工藝的一種,國家強制性規范規定對水泥的凝結時間和安定性進行復驗,而保溫砂漿由于供貨時為半成品供貨,無法進行膠凝材料的復試,易出現因膠凝材料不能滿足施工工藝要求而造成的質量問題,建議國家盡快制訂相關規范,以滿足施工和生產需要。
（巖土工程師）
