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凍害造成的建筑物開裂滲漏及治理技術

發布時間：2014-08-09

1．工程概況
      河南省科技情報研究所3號樓始建于1998年，4層框架結構，屋面承重結構采用現澆鋼筋混凝土，主要用作紙件期刊閱覽室和紙件圖書儲藏室。
      2003年以后，該樓發生了一系列變化，主要表現在如下幾個方面：

     （1）與屋面承重層交接處的外墻四周產生了1~10mm寬窄不同的橫向裂紋，環切四面墻體。
     （2）與外墻裂紋對應位置的四面內墻均未產生裂紋。
     （3）春夏秋冬、無論陰晴，與北面一側外墻裂紋對應位置的內墻，常年處于嚴重潮濕狀態；室內頂棚上與北墻相距約60cm處安裝的燈泡常年滴水，致使地面水泥粉刷層出現凹坑。
     （4）屋面坡度，北高南低，單面排水，而只有北墻常年潮濕，其它三面墻均無滲漏現象。
2．裂紋與滲漏原因分析
      為找到建筑物開裂和滲漏的原因，消除安全隱患，維護建筑物的正常使用功能，河南省科技情報研究所邀請相關方面的專家、教授分別對該工程進行實地考察，得出兩種截然不同的開裂滲漏原因和不同的治理方案，分述于下。
2.1 膨脹機理
     以某高校土木工程系組成的高校教授組認為，屋面現澆鋼筋混凝土板膨脹是導致外墻開裂的主要原因，其理由如下：該建筑雖為框架結構，但屋面結構層以上的女兒墻是磚砌結構，女兒墻沒有受到鋼筋混凝土框架的束縛。春夏秋冬、氣溫不同，屋面現澆板產生膨脹和收縮。在夏季，氣溫較高，現澆鋼筋混凝土板向四周膨脹，在膨脹力作用下，磚砌結構女兒墻和框架結構墻體在交接處產生橫向環切裂紋。墻體四周開裂后，雨水順著立墻上的橫向環切裂紋進入墻體，導致墻體潮濕。
2.2 凍害機理
     以河南建筑材料研究設計院有限公司和鄭州市建委組成的專家組不同意2.1所述的膨脹機理，并主張凍害是導致建筑物開裂滲漏的主要原因，否定和主張理由如下：
2.2.1 反駁膨脹機理的理由
     （1）膨脹機理認為墻體先開裂后滲漏，雖然能解釋夏季雨水通過墻體裂縫浸濕墻體的現象，但不能解釋冬季下雪造成的室內頂棚和墻體滲漏，因為外墻上沒有積雪，水從何處來？沒有水源，怎么產生滲漏？
     （2）水從墻體裂紋進入建筑物浸濕墻體，不能解釋“春夏秋冬、無論陰晴”，墻體和頂棚燈泡常年均處于嚴重的潮濕、滴水狀態。在降雨過程中，進入墻體的雨水雖然有可能潤濕墻體，但進入墻體的水量不可能使建筑物外墻常年處于潮濕的狀態；也不可能導致室內頂棚上安裝的燈泡常年滴水。
2.2.2 凍害是導致建筑物外墻開裂滲漏的主要原因
     （1）防水層失效是發生開裂滲漏的首要原因
      該屋面結構組成，由下至上依次是現澆鋼筋混凝土板、保溫層、找平層、SBS改性瀝青防水卷材層。通過仔細查看屋面防水層發現：
     （1）屋面防水層多處開裂；
     （2）防水層與女兒墻的泛水處，防水層與基層多處脫開；
     （3）屋面積水嚴重；
     （4）卷材防水層在女兒墻凹槽內的收頭未用密封膠密封，凹槽也未用水泥砂漿填平；
     （5）女兒墻壓頂未作任何防水處理，且水泥砂漿粉刷層已經出現開裂；
     （6）SBS改性瀝青防水卷材并非真品，而是一道3mm厚的復合胎卷材，同期施工的2號樓防水層已經更換2年，這道防水層應該在2年前已經失去防水功能。根據實際工作經驗，上述原因能造成屋面產生嚴重的滲漏。
（2）水的流經、凍害的發生與外墻滲漏

      由于屋面板是整體現澆，沒有施工縫和變形縫，且現澆板澆筑質量高，防水性能較好，雨水、雪水沒有直接滲漏到室內。透過防水層的雨水、雪水積聚在屋面保溫層中，保溫層孔隙率高、容水較多，使保溫層中具有豐富的水源。當進入保溫層的水足夠多時，水沿現澆混凝土板向四周擴散，由于保溫層的吸水性較強，水向四周擴散的速度緩慢、時間持久。
      現澆板四周架在框架結構墻體上，現澆板外端是水泥砂漿外墻粉刷層，實際施工過程中，粉刷層和現澆板的施工時間相隔幾個月，導致新舊混凝土之間結合不牢，并產生細微的空隙，從現澆板上流出的水源源不斷地進入該空隙中。
      夏季進入上述孔隙中的水直接潤濕墻體；冬季白天進入上述空隙中的雪水直接潤濕墻體，殘余的的雪水晚上結冰。我們在《水的物理性質與建筑防水》（《中國建筑防水》2006的期）一文中，推算出水從液態變為固態的過程中，體積膨脹約9%，對空隙四周產生200Mpa的壓力，如此大的壓力可以開山劈石，足以導致墻體粉刷層開裂。
      四面墻體均有裂紋，說明保溫層中在冬季曾經有過豐富的積水，雪水從現澆板四周向外溢出，溢出的雪水結冰，在同一時期內對板端外的粉刷層產生有害膨脹，導致橫向環切裂紋的產生。
      富的雨水、雪水儲存在保溫層中，且向四周緩慢而持久地擴散，理應造成四周墻體常年均處于嚴重的潮濕狀態，而現實情況是只有處于屋面坡度上游的北面墻體產生滲漏，而其它三面墻體均沒有滲漏。主要原因是混凝土現澆板并不水平，北面稍低，盡管通過保溫層、找平層使屋面由北向南排水，但屋面防水層失效后，水進入保溫層并通過現澆板向北竄流，造成北面墻體常年處于潮濕狀態。
我們曾認為，只有北面墻體滲漏的另一個原因是該地域降雨時總伴隨有西北風，雨水被風吹到墻體上，從開裂的縫隙內進入墻體。雖然自然現象和滲漏現狀支持這一觀點，但從下述的治理效果中可以看出，通過墻體裂縫進入墻體的水，不足以浸透墻體，同時也支持了我們認為的水是從現澆板上流入墻體這一觀點。
（3）內墻沒有開裂的原因
      外墻粉刷層厚度通常只有15~20mm，而墻體厚度至少有240mm，當水結冰膨脹時，粉刷層是薄弱環節，首先被脹裂。粉刷層被脹裂后，結冰空隙壓力消除，不會對結構墻體造成破壞，所以該建筑物內墻沒有開裂，結構不存在安全隱患，沒有必要做結構加固。
（4）頂棚常年滲漏的原因
      頂棚燈泡處常年滴水，與外墻開裂沒有關系，造成滴水的原因是在安裝燈泡、布設暗線的過程中，將混凝土頂棚擊穿，保溫層中豐富的積水常年順著燈泡滴入室內，致使水泥砂漿地面粉刷層被滴成凹坑。
      通過上述分析，凍害機理能完全解釋該建筑物上發生的所有開裂、滲漏現象，當屬正確的開裂滲漏機理。
2.3 兩種機理的區別
      膨脹機理要點：
     （1）開裂發生在夏季；
     （2）開裂原因是鋼筋混凝土現澆板膨脹；
     （3）開裂在先、滲漏在后；
     （4）修復辦法：結構加固。
      凍害機理要點：
     （1）開裂發生在冬季；
     （2）開裂原因是進入墻體中的水結冰膨脹；
     （3）滲漏在先、開裂在后；
     （4）修復辦法：治理滲漏。

      盡管雙方均沒有觀察到開裂的發生過程，但在自然科學發展過程中，人們曾假設了許多理論來解釋自然現象，能解釋自然現象的假設，被我們稱為定律、定理、原理，不能解釋自然現象的假設，不能成為定理。
膨脹機理不能完全解釋墻體、頂棚的滲漏現象，現澆混凝土屋面板膨脹導致該建筑物外墻開裂滲漏的假設不成立。
      凍害機理科學、合理地解釋了該建筑物上發生的全部開裂滲漏現象，水結冰膨脹導致建筑物外墻開裂滲漏的假設成立，是正確的技術分析并被河南省科技情報研究所采納。
3．治理維修技術
      由于該建筑物外墻的開裂是由屋面滲漏造成的，因此維修屋面防水是解決外墻開裂滲漏的關鍵。在維修方案中，根據河南省科技情報研究所的經濟承受能力，我們仍采用一道SBS改性瀝青防水卷材。SBS改性瀝青防水卷材的施工工藝比較成熟，本文不再重復，但對本次施工中的關鍵技術作如下陳述。
3.1同一施工面的防水層保持整體性
      我們在《試論建筑防水的四大板塊》（《中國建筑防水》2006年第11期）和《試論防水層應具備的性能》（2006年第12期）中強調了防水層應保持整體性的重要性，并主張把水落口、排氣管等作為屋面防水層的一部分，使水落口、排氣管等和屋面防水層成為一體。在本次工程維修中，這一觀點得到徹底貫徹執行，卷材的搭接寬度不少于80mm，搭接處熔融卷材并擠出1~2mm涂蓋油，所有搭接縫用熱融型SBS改性瀝青防水涂料封閉，寬度不少于20mm；卷材和水落口、排氣管滿粘，除用附加層加強外，最上層用熱融型SBS改性瀝青防水涂料封閉，覆蓋卷材在該處過多的接縫。
3.2 不同施工面的防水層順水搭接
      我們在《試論建筑防水的四大板塊》一文中強調同一板塊不同施工面的防水層之間采用順水搭接，這一觀點在本工程中也得到徹底貫徹執行。該建筑女兒墻蓋頂未做滴水線（槽），也未作任何防水，且出現開裂。不僅能導致水潤濕墻體，而且水順著女兒墻上的裂紋流入現澆板，造成水在現澆板上竄流。為此，我們采用SBS改性瀝青防水卷材在女兒墻蓋頂上做防水層，并在蓋頂內側立面下延20mm，代替滴水線，使女兒墻上的水直接滴落到屋面防水層上，避免水順著女兒墻下流。女兒墻內側立面也作防水層，并和女兒墻蓋頂防水層、屋面防水層形成順水搭接。
3.3 SBS改性瀝青防水卷材采用點粘技術
      我們在《防止SBS防水卷材零延伸斷裂的施工技術》（《中國建筑防水》2006年第9期）中介紹了基層開裂30~40mm，SBS防水層不被拉斷的施工技術，在本次工程中繼續采用。該屋面舊防水層和屋面基層已經基本完全分離，處于空鋪或點粘狀態。該屋面基層局部空鼓高約200mm，空鼓面積約5m2，盡管基層變形很大但該處舊防水層未被拉斷，再次證明了空鋪、點粘對防止防水層零延伸斷裂具有重要的意義。舊防水層上沒有重物覆蓋，處于空鋪或點粘狀態的舊防水層并沒有被風揭走，說明負壓風力并不大，在該建筑上采用點粘施工工藝完全可行。
      空鼓的找平層理應更換，但未空鼓的找平層也被凍碎，這意味著需要更換全部的找平層，為節約維修基金，我們決定不更換找平層，保留失去防水功能的舊防水層，在舊防水層上直接點粘SBS防水層。新舊防水層點粘在一起，不僅提高了防水層抵抗零延伸斷裂的能力，同時增加了防水層的重量，提高了防水層抵抗負壓風力的能力。
3.4卷材收頭加強密封處理
      該工程中，女兒墻上留有凹槽，供封閉卷材收頭使用。但凹槽內水泥砂漿粉刷極不平整，造成原防水層收頭不嚴密，防水層施工完畢，凹槽也未用砂漿抹平，上述現象是造成卷材收頭滲漏的主要原因。為加強收頭防水，我們拆除了女兒墻上原泛水防水層，重新做卷材防水層，用熱融SBS改性瀝青密封膠填平卷材收頭和基層之間縫隙，達到密封收頭的效果。最后，用水泥砂漿抹平凹槽，將卷材收頭壓固在凹槽中。
4 治理效果
      該工程防水層維修部分于2006年9月完工后數日，外墻開裂尚未維修時，即遇到50mm/h強降雨，30min內河南省科技情報研究所門前街道被完全淹沒，倒灌到院內的積水達20cm深，該單位多位領導冒雨檢查維修質量，均未發現滲漏。自維修完畢至今，歷經嚴冬酷暑及多次雨雪天氣，也未發現任何滲漏，維修后的外墻裂紋未出現再開裂現象。維修治理效果再次證明了我們對外墻開裂滲漏原因分析定位準確，制訂的維修方案和施工要點科學合理。

上一條鋼筋混凝土質量通病防治措施
下一條幾個常見建筑滲漏問題的防治

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