ALC墻材墻體開裂原因及防治措施探討

張靜文

（云南移民產(chǎn)業(yè)投融資有限公司 云南 昆明 650000）

0 引言

目前，ALC墻體材料已憑借著其優(yōu)良的性能和長處逐漸占據(jù)了市場?？傮w來說，ALC墻體材料分為ALC砌塊及ALC板材兩種：ALC砌塊通常是將砂或粉煤灰等高硅質(zhì)材料、水泥等高鈣質(zhì)材料混合后作為基材，在加入發(fā)氣劑（鋁粉）并加水?dāng)嚢韬?，?jīng)成型、預(yù)養(yǎng)護(hù)、標(biāo)準(zhǔn)切割、蒸壓釜養(yǎng)護(hù)等一系列處理工藝后，最終產(chǎn)出的多孔硅酸鹽制品。而ALC板材則是在此基礎(chǔ)之上還在砌體內(nèi)放置了鋼筋網(wǎng)片，借此以增加板材的抗折性能及尺寸。

ALC墻材較高的孔隙率一方面為其帶來了較低的容重，大幅降低了房屋的自重，在有效減小建筑結(jié)構(gòu)件尺寸、降低工程造價的同時，也使得房屋的抗震性能因自重的降低而得到加強(qiáng)；另一方面，氣孔的存在降低了墻體的導(dǎo)熱系數(shù)，使得建筑的保溫節(jié)能水平有所提升。此外，ALC墻材施工較為方便，每人一工日平均安裝或砌筑數(shù)量可達(dá)25m2，是砌筑傳統(tǒng)墻材效率的6~7倍，能有效減少用工量和原材料，極大的提升施工效率。同時，ALC墻材在防火性能、耐久性能、抗?jié)B性能上也有較好表現(xiàn)，贏得了市場的廣泛歡迎[1]。但是，較高的氣孔率也使得ALC墻材的抗壓性能遠(yuǎn)低于普通砌筑材料，對施工技術(shù)提出了更高的要求。

由此可見，ALC墻材在材質(zhì)、性能等方面均與傳統(tǒng)建材存在很大差距，由此也使得該種材料在砌筑或安裝過程中需要的施工技術(shù)與傳統(tǒng)建材有所不同。特別是在云南等地區(qū)，因施工人員對ALC墻材特性了解不足，往往會在施工過程中或完成后出現(xiàn)質(zhì)量缺陷，影響成品美觀甚至安全。在這些缺陷中，出現(xiàn)幾率較大、且可能造成嚴(yán)重危害的是墻體開裂，對施工過程中ALC墻體開裂的原因進(jìn)行分析研究，并針對原因給出防治措施。

1 ALC墻體開裂原因分析

1.1 收縮性裂縫

由于ALC墻材在生產(chǎn)過程中發(fā)泡劑的作用，往往在ALC墻材中存在凝膠孔、毛細(xì)孔和發(fā)氣孔 [2]三種類型的空隙。其中凝膠孔完全與外界隔絕，發(fā)氣孔與外界開放聯(lián)通，而毛細(xì)孔本身可通過毛細(xì)作用吸收外界水分。當(dāng)ALC墻材吸收水分后，發(fā)氣孔中的水分可通過聯(lián)通的通道快速向外界蒸發(fā)，使得該類孔隙周邊的材料收縮；而毛細(xì)孔由于其內(nèi)水分較難揮發(fā)，則孔周邊材料還將在一段時間內(nèi)維持較大的體積。這將導(dǎo)致在材料內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力，而ALC墻材本身能承受的抗拉強(qiáng)度本就不高，這就會導(dǎo)致ALC墻材安裝或砌筑后出現(xiàn)開裂。

具體來說，ALC墻材在出廠時干燥時間不足、施工前材料未注意墻材防雨導(dǎo)致其被雨水侵蝕、在晴雨極端天氣快速交替的情況下施工、按傳統(tǒng)砌筑材料施工方式在砌筑前浸水或大量淋水、切割板材時淋水降塵均有可能導(dǎo)致ALC墻材砌筑或安裝時含水率過高，之后可能隨著墻材的干燥而出現(xiàn)收縮性裂縫[3]。

此外，ALC墻材的孔隙率一般都在70%~80%之間，這也導(dǎo)致了ALC墻材具備很強(qiáng)的吸水能力。在工人不熟悉砌筑材料特性的情況下，往往會采用傳統(tǒng)砂漿進(jìn)行砌筑，這將使得傳統(tǒng)砂漿在與ALC墻材接觸后快速干燥脫水[4]，一方面難以有效的發(fā)揮砂漿的粘結(jié)性能，另一方面收縮后的砂漿還會在ALC墻材表面形成拉應(yīng)力，從而使得ALC墻體在各灰縫處出現(xiàn)裂縫。

1.2 應(yīng)力型裂縫

通常來說，混凝土的線膨脹系數(shù)在4.76~12.1×10^-6 mm/（m·℃）之間，傳統(tǒng)的砌筑材料線膨脹系數(shù)約在 4~6×10^-6 mm/（m·℃） 之間，ALC 墻材料線膨脹系數(shù)約為 8×10-6mm/（m·℃），而普通砂漿的線膨脹系數(shù)約為 3.6×10-4mm/（m·℃）[5]。對于ALC墻材而言，由于其高孔隙率的特性，抗壓強(qiáng)度往往還不足傳統(tǒng)墻材的25%，而且，ALC墻材作為一種脆性材料，其抗拉強(qiáng)度也遠(yuǎn)不及其抗壓強(qiáng)度，一般低于1.0MPa。

因此，當(dāng)環(huán)境溫度出現(xiàn)變化時，混凝土梁柱與ALC墻材在材料的膨脹性能上表現(xiàn)出的不同膨脹特性將在其連接接觸面上產(chǎn)生應(yīng)力，加之ALC墻材本身抗壓及抗拉強(qiáng)度均較低，因此無論是砌塊還是內(nèi)部有鋼筋網(wǎng)片的板材均有可能因應(yīng)力受拉或受壓而出現(xiàn)裂紋。按照相關(guān)統(tǒng)計，梁柱與墻體結(jié)合處出現(xiàn)裂縫是ALC墻體出現(xiàn)裂縫缺陷的主要部位，占裂縫缺陷總數(shù)的44.1%[6]。

此外，傳統(tǒng)砂漿的線膨脹系數(shù)是ALC墻材的45倍以上，如此大的膨脹差將使得砂漿在溫度變化時在界面層產(chǎn)生巨大的拉應(yīng)力，造成墻面出現(xiàn)裂縫。特別是對于需要砂漿抹面的砌塊砌筑墻體來說，這種應(yīng)力裂縫尤為常見。通常來說，這種缺陷可以占到ALC墻體裂縫缺陷的30%[6]以上。

而設(shè)計錯誤往往是導(dǎo)致墻體出現(xiàn)裂縫的另一個原因所在，至今在業(yè)內(nèi)仍然流通著一些所謂的“標(biāo)準(zhǔn)圖集”，很多圖集在繪制時并未做周全的考慮，一方面在繪制砌筑圖時將窗框、門框等應(yīng)力集中部位與砌筑灰縫形成了一條直線，使得原本強(qiáng)度較低的灰縫位置承受了較大的剪切應(yīng)力，造成墻體的開裂[7]；另一方面，有的圖集在繪制砌筑圖時也未考慮砌體高度對墻體整體強(qiáng)度的影響，這往往也會使墻體中高度不足的砌塊由于剪切應(yīng)力而出現(xiàn)斷裂，進(jìn)而引發(fā)墻體開裂。按照砌體強(qiáng)度利用系數(shù)公式來計算，當(dāng)砌體高度為165mm，砌體長度為600mm時，該砌體的強(qiáng)度利用系數(shù)僅為0.00045，即該砌塊只需稍微受力即有可能斷裂，這樣的砌筑圖為墻體整體的質(zhì)量埋下了不小的隱患。錯誤的砌筑圖集詳見下圖：

而對于ALC板材來說，有的施工企業(yè)采用橫向安裝法，即將ALC板材長度方向與安裝水平面平行，多層板材堆疊安裝的方法。此方法往往會造成墻體的大面積開裂。一方面這是由于ALC板材自身強(qiáng)度較低，無法承受較大應(yīng)力造成的；更為重要的是，目前我國ALC板材的生產(chǎn)均較為粗放，板材內(nèi)的鋼筋配筋往往是照抄固有的配筋模版[8]，尚未達(dá)到通過BIM等技術(shù)的使用對實(shí)際工程的荷載進(jìn)行細(xì)化計算，從而通過調(diào)整板材生產(chǎn)工藝和配筋來生產(chǎn)對應(yīng)特種板材的目的。而單一性能的板材越來越無法滿足當(dāng)今建筑結(jié)構(gòu)越發(fā)多樣化的需求，造成了板材型墻體開裂的狀況時有發(fā)生。

圖1 錯誤砌筑圖集

1.3 墻體沉降及框架梁形變產(chǎn)生的裂縫

通常來說，常規(guī)砂漿在脫水和重力作用下將會產(chǎn)生徐變，如果墻頂與梁底采用剛性連接，將會使得墻頂與梁底的連接處出現(xiàn)持續(xù)發(fā)育的裂縫。而對于墻體橫向受力而言，如僅僅簡單采取鋼片固定等進(jìn)行剛性連接，往往也會因砂漿的不均勻沉降在墻體內(nèi)形成各個方向上的內(nèi)應(yīng)力，使得剛性連接位置出現(xiàn)裂縫，并且由于內(nèi)部應(yīng)力的進(jìn)一步作用而在其周邊出現(xiàn)延伸性的裂縫。

此外，《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》雖然對混凝土梁體的撓度進(jìn)行了規(guī)定，但隨著梁體長度的增長，其形變尺寸對砌體來說仍然極大。當(dāng)頂梁發(fā)生形變時，將對梁底附近砌體和板材造成拉伸，使其出現(xiàn)拉伸性裂紋；當(dāng)?shù)琢喊l(fā)生形變時，將對梁頂附近的砌體和板材造成擠壓，使其出現(xiàn)擠壓性裂紋。但最終的結(jié)果都是造成墻體開裂。框架梁形變受力情況詳見圖2。

綜上所述，對ALC砌塊而言，含水率過高、砌筑工藝、輔材使用錯誤、墻材規(guī)格錯誤、墻體沉降和梁體變形均有可能造成其墻體開裂；而對ALC板材來說，材料出廠前干燥時間不足、板材砌筑方向錯誤、與梁、柱等剛性較強(qiáng)的結(jié)構(gòu)連接方式錯誤等往往也會使得單板內(nèi)部開裂或多板及不同性質(zhì)的材料間因應(yīng)力相互作用而造成整面墻體的開裂。

圖2 框架梁形變受力圖

2 ALC墻體開裂的防治措施

對于ALC墻體在施工中出現(xiàn)開裂的問題，應(yīng)結(jié)合其不同的開裂機(jī)理的采取相應(yīng)防治措施，最終實(shí)現(xiàn)有效降低此類工程問題的目的。

2.1 收縮性裂縫的防治措施

對于ALC墻體收縮性裂縫的防治，首要的就是做好進(jìn)場ALC墻材的質(zhì)量管控工作，保證進(jìn)場墻材按《蒸壓加氣混凝土制品應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》要求，在墻材生產(chǎn)完成后確保其有超過14天的干燥期，以將其含水率降至25%以下，防止因濕漲造成砌體砌筑或板材安裝后出現(xiàn)裂縫[9]。

其次，入場的ALC墻材應(yīng)配套設(shè)置相應(yīng)的防雨措施，通過設(shè)置雨棚、材料堆場墊高、設(shè)置排水設(shè)施等手段確保材料堆放環(huán)境的干燥。此外，不同批次的墻材應(yīng)分開堆放，并且避免混用，以防止砌筑或安裝的墻材因含水率不同而出現(xiàn)內(nèi)部應(yīng)力，最終使得墻體出現(xiàn)裂縫。

同時，為了防止ALC墻材過于干燥而大量吸收砂漿中的水分造成開裂，在砌筑或安裝ALC墻體時，應(yīng)結(jié)合施工時的季節(jié)和氣候情況（濕度、溫度等），對砌體或板材表面適度灑水，使得砌筑時墻材的表面相對濕度在40%左右，在減少墻材吸收砂漿水分的同時控制墻材內(nèi)部因蒸發(fā)量不同造成的干縮濕漲，避免因內(nèi)應(yīng)力分布不均造成的墻體開裂。

另外，對于確需要進(jìn)行切割的墻材，應(yīng)使用專業(yè)切割設(shè)備進(jìn)行切割，同時避免采用大量淋水的降塵方式，防止墻體因濕漲開裂。

2.2 應(yīng)力型裂縫的防治措施

對于ALC墻體應(yīng)力型裂縫的防治，最重要的便是做好專用砂漿的配比選擇。由于ALC墻材與傳統(tǒng)墻材在材料性能上有很大差別，注定無法使用常規(guī)的水泥砂漿。為了保證砂漿自身的保水性能、粘結(jié)性能和伸縮性能滿足ALC墻材墻材的需要，前人進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)果證明，在原有水泥砂漿的基礎(chǔ)上適量加入纖維素類物質(zhì)

（如羥丙基甲基纖維素）可有效提高砂漿的保水性能 [10]，降低砂漿砂漿的泌水狀況，而加入的粉煤灰由于其球狀結(jié)構(gòu)的存在，在幫助砂漿增加保水空間的同時也能降低砂漿的膨脹系數(shù)，使其與ALC墻材的膨脹系數(shù)更好匹配，有效降低砂漿收縮后產(chǎn)生的應(yīng)力對墻材的影響。避免造成墻體開裂。通常粉煤灰按水泥用量的25%等量替換，纖維素類物質(zhì)根據(jù)材料性質(zhì)按外加劑的添加量進(jìn)行添加。為了保證專用砂漿與墻材相匹配，必須在大規(guī)模砌筑前砌筑樣板墻以驗(yàn)證砂漿的工作性能，確保專用砂漿能夠滿足施工要求。同時，為了防止砂漿及砌塊干縮造成膩?zhàn)娱_裂，應(yīng)對完成施工的墻體滿貼玻纖網(wǎng)格布，確保形變不會導(dǎo)致墻皮開裂。

對于墻體與框架結(jié)構(gòu)的連接處，為確保施工質(zhì)量和有效的控制施工周期，不宜采用傳統(tǒng)的剛性連接法，而應(yīng)采用脫離式的柔性連接法進(jìn)行連接，即在墻體與梁、柱之間預(yù)留20mm空隙，作為柔性連接層。對于砌體，應(yīng)使用聚氯乙烯塑料條填充，之后以硅酮膠等彈性材料進(jìn)行密封，以保障建筑整體的防水性能和保溫性能。而當(dāng)墻體長度大于4m時，為防止墻體內(nèi)部應(yīng)力集中，還應(yīng)設(shè)置構(gòu)造柱，豎向鋼筋與框架梁采用后錨固法進(jìn)行連接。對于板材，應(yīng)使用豎向安裝法（板材長度方向與安裝水平方向垂直）以保證材料的整體受力性能，此外，板材在訂制時就應(yīng)預(yù)留20mm梁底柔性連接空隙，即板材安裝完成后梁底的U型卡槽中應(yīng)有不少于20mm的空隙，之后灌入聚氨酯發(fā)泡材料進(jìn)行填充，然后使用硅酮膠等彈性材料進(jìn)行密封。此外，為了防止柔性材料形變致使粉刷面層破碎造成墻體表面開裂，應(yīng)在柔性材料所在區(qū)域滿貼鋼絲網(wǎng)，減少柔性材料形變造成的應(yīng)力集中，避免墻皮開裂現(xiàn)象的出現(xiàn)。ALC板材梁底施工詳見圖3。

圖3 ALC板材梁底施工示意圖

而對于設(shè)計中套用錯誤圖集及設(shè)計人員因?qū)Σ牧咸匦岳斫獠坏轿坏仍驅(qū)е碌膲w開裂，一方面應(yīng)加強(qiáng)前期圖紙審核的相關(guān)工作，避免砌筑圖紙上出現(xiàn)各類窗框、集線盒等邊角位置出現(xiàn)應(yīng)力集中或砌體高度不足的現(xiàn)象；而對于砌筑過程中管線、控制盒等的設(shè)置，宜在設(shè)計時統(tǒng)一考慮，盡量避免臨時開槽，如需臨時開槽，應(yīng)嚴(yán)格按照深度不超過砌塊或板材厚度1/3且小于20mm、寬度小于30mm的要求進(jìn)行操作[11]，確保砌塊或板材的力學(xué)性能。

另一方面，應(yīng)充分應(yīng)用BIM[12]等技術(shù)繪制詳盡的砌筑或安裝圖，精細(xì)化的指導(dǎo)施工人員開展砌體或板材的砌筑及安裝工作。對于板材而言，應(yīng)盡量將尺寸不完整的板材安排在各種洞口、門窗位置，分別與其鋼框架連接，避免應(yīng)力集中，確保墻體的穩(wěn)定；此外，應(yīng)積極探索BIM與PKPM等結(jié)構(gòu)軟件的聯(lián)合運(yùn)用，通過精細(xì)化計算核實(shí)受力復(fù)雜位置的板材需求，通過要求板材生產(chǎn)廠家提供專用板材的方式滿足施建設(shè)需求，降低工程缺陷發(fā)生的可能，進(jìn)一步推動裝配式墻材的發(fā)展。而對于砌塊而言，為保證各砌塊間的良好受力及整體美觀，應(yīng)特別重視砌體轉(zhuǎn)角及不同方向墻體連接處的排塊工作，確保相鄰兩皮搭接砌筑長不大于單一砌塊長度的1/3，且豎向通縫也不可超過2皮，避免造成應(yīng)力集中[13]。轉(zhuǎn)角及相交墻體砌筑示意詳見圖4。

圖4 轉(zhuǎn)角及相交墻體砌筑示意圖

而對于抗震等級為一、二級的砌體墻或高度較高的砌體墻，為降低橫向拉結(jié)筋因剛性連接形變對墻體造成的影響，可通過使用U型異型磚包覆橫向拉結(jié)筋的方式解決，同時在拉結(jié)筋延伸的空腔內(nèi)填充柔性粘結(jié)材料，即可保證墻體在具備較好抗震性能的同時防止墻體因剛性連接導(dǎo)致內(nèi)應(yīng)力過大[14]。

2.3 墻體沉降及框架梁變形裂縫處置措施

對于墻體沉降造成的裂縫，一方面應(yīng)從砂漿厚度上進(jìn)行控制，防止工人因施工不規(guī)范造成砂漿涂抹厚度過厚，使得砂漿脫水干燥后體積減少最終造成墻體沉降；另一方面，為了防止孔隙率較高的ALC墻材砌筑受壓后沉降，可采取控制砌筑進(jìn)度的方式將每日砌筑高度控制在1.5m以內(nèi)，確保各皮砌體在重力作用下有足夠的時間進(jìn)行沉降。

對于框架梁變形產(chǎn)生的裂縫，一方面要從砌體或板材采購方面把好質(zhì)量關(guān)，但更為重要的是，應(yīng)從施工前端的設(shè)計入手，在設(shè)計初期就明確告知設(shè)計人員需要使用ALC墻材，安排設(shè)計人員在經(jīng)濟(jì)可行的基礎(chǔ)上盡量控制混凝土梁的跨度，將其變形控制在ALC墻材可承受的形變范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

想要有效降低ALC墻體開裂這種工程缺陷發(fā)生的數(shù)量，除了注意在施工過程中結(jié)合不同材料的特性配套相應(yīng)的施工技術(shù)外，更應(yīng)從施工監(jiān)理、材料管控、質(zhì)量控制與復(fù)核、設(shè)計技術(shù)交底與設(shè)計優(yōu)化等方面共同開展工作，才能確保ALC墻材在施工中得到合理的利用、確保施工的質(zhì)量。