高层住宅低温辐射供暖地面开裂分析与防治技术研究.doc

高层住宅低温辐射供暖地面开裂分析与防治技术研究
何朋祥
（1青岛新华友建工集团股份有限公司 青岛 266101）
[摘 要] 为了解决低温辐射供热地面开裂这一技术难题，本文结合实际工程施工，对高层住宅工程的地面裂缝产生部位及类型等进行了分类整理，对裂缝产生的原因进行了分析，并且基于对原因的分析，从混凝土配合比设计、施工工艺、施工条件及混凝土养护等方面，提出了合理化的裂缝防治措施，为地面辐射供暖技术的应用推广提供了良好的技术支持。
[关键词] 低温辐射供暖地面，裂缝，防治技术

Study on Crack Production and Prevention of Low Temperature Radiant Heating Floor in Residence Tower Building
He Pengxiang
(1 Qingdao Xinhuayou Construction Group Co., Ltd. Qingdao 266101)
Abstract: In order to avoid crack production of low temperature radiant heating floor, based on the actual project construction, crack production areas and crack styles are researched in the residence tower building. Meanwhile the reason and factor of crack production is analysized. Based on the analysis of crack production, the reasonable methodology for crack prevention is provided from concrete mix proportion designing, construction methodology, construction stations and concrete curing etc. The technical support is provided for the application and promotion of low temperature radiant heating system.
Key words: low temperature radiant heating floor, crack, prevention methodology

1前言
现代低温辐射供暖技术，伴随着新型管材的发明（如瑞士生产的PB管材、瑞典Wirborubs公司研制的PE-X管材等）而不断发展起来。到二十世纪末期，各国低温辐射供暖技术采用率得到了显著的提升，德国达到41%、瑞士为48%、法国为20%、日本为85%、韩国为95%[1]。由于该项供暖技术主要依靠辐射热进行热量传输，克服了传统对流供热方式形成的空气干燥的缺陷，且水温控制在50℃左右即可满足供热要求，显著低于传统供热温度，在节能环保方面具有突出的技术优势，正得到越来越多的认可。
目前，国内低温辐射供暖施工技术主要是在浇筑的现浇楼板上铺设复合保温板材（厚度20mm的聚苯已烯泡沫板，容重18~20kg/m3。），然后铺设PE-Xa管材，并用U型固定卡钉固定，交联管铺设完毕后，回填厚度为45±5mm的细石混凝土，由此形成辐射供暖体系。虽然有较为严格的施工工艺要求，但地面施工完毕后，易出现裂纹。通过对若干采用低温辐射供暖技术地面的调查，结果显示采用辐射供暖的地面均存在不同程度的开裂。尤其是高层住宅工程在竣工验收时，由于地面裂缝影响观感和使用功能，正成为投诉最多的质量问题之一，严重影响了房地产开发商及施工单位的信誉度。地面裂缝成为困扰建筑施工企业的一个难题，成为影响住宅工程质量的通病。
为了解决低温辐射供热地面开裂这一技术难题，我们结合实际工程施工，对高层住宅工程的地面裂缝产生部位及类型等进行了分类整理，对裂缝产生的原因进行了分析，并且基于对原因的分析，从混凝土配合比设计、施工工艺、施工条件及混凝土养护等方面，提出了合理化的裂缝防治措施，为地面辐射供暖技术的应用推广提供了良好的技术支持。

2裂缝分布情况分析
产生裂缝的部位一般在门口处、墙根处、纵横墙转角处、预埋线管处等位置，且表现出以下几个方面的特征：
1）随地暖地面平面尺寸的增大，开裂逐渐严重，卫生间厨房等小尺寸空间的开裂较轻。
2）裂纹主要表现为数量较为稀疏，但是开裂长度较大的整体裂纹。
3）沿地暖管的纵向和横向均存在裂纹，且交叉形成“├”型或者“十”型裂纹。

(a) (b)
图1 裂缝形态分布

3 裂缝产生的特征分析

1）混凝土搅拌工艺的影响
地暖地面施工过程中，在地面一次浇筑成型的情况下，现场搅拌的混凝土地面开裂程度要轻于商品混凝土地面。
2）混凝土坍落度的影响
小坍落度混凝土地面的开裂程度比大坍落度混凝土地面的开裂程度轻，主要表现为大直径泵管浇筑的混凝土（坍落度约为180mm）地面裂纹低于小直径泵管浇筑的混凝土（坍落度约为220mm）地面裂纹。
3）混凝土地面收面过程中，为了施工方便，存在过量洒水收面的现象，表面出现龟裂纹。
4）地面混凝土分两次进行浇筑，第一次浇筑完毕后，经过2-3天的养护后，再浇筑第二次混凝土，地面开裂显著降低。

4 裂缝产生原因分析
1）混凝土为非匀质体，在内部埋设地暖管后，使混凝土内部形成非常不规则的形体结构，易产生应力集中而产生裂纹。
2）混凝土的自收缩、温度变形及干缩变形是裂纹产生的根本原因。
自生收缩与干缩一样，也是由于水的迁移而引起。但这时水分并非向外蒸发散失，而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降，产生所谓的自干燥作用，混凝土内的相对湿度降低，体积减小。水灰比变化对两种收缩的影响正相反，即当水灰比降低时干缩减小，而自生收缩增大。如当水灰比大于0.5时,混凝土自干燥作用不明显，其自生收缩与干缩相比小得可以忽略不计；但当水灰比小于0.35时，体内相对湿度会很快降低到80%以下，自生收缩与干缩接近各占一半[2]。
在混凝土硬化初期其温度变形和自生变形是产生内应力，造成混凝土开裂的重要驱动力[3]。混凝土的温度变形主要由其硬化期间的温度历程和热膨胀系数所决定。混凝土的热膨胀系数是随着水泥水化进程而不断发生变化的，尤其在水化初期，混凝土的热膨胀系数变化显著。早期收缩变形长生的内应力叠加上后续的收缩变形，以及荷载作用引起的拉应力，超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土出现开裂[4]。无论混凝土的裂缝出现在早期还是后期，其初期形成的内应力都是影响混凝土开裂的关键。
对于高层住宅工程的低温辐射供暖地面，在暴露空间较大时，由于风速较大，同时引起混凝土表面失水形成干缩变形。
上述几种收缩成为混凝土早期应力发展的决定性因素，从而造成较大空间的地面更易出现裂缝的特征形式。
3）Tazawa等的研究表明，可将混凝土视作由水泥浆与骨料的两相组成体系，并用下式对混凝土的自收缩进行计算 [5]。

式中：为混凝土的自收缩应变，为水泥浆的自收缩应变，为骨料的体积含量，为骨料的体积弹性模量，为水泥浆的体积弹性模量。由此可见，随着骨料体积含量的降低，混凝土的自收缩应变将会加大。
在低温辐射供暖地面填充层的施工过程中，往往采用商品泵送细石混凝土，粗骨料粒径小，含量少, 同时采用大掺量粉煤灰等掺和料，形成流态混凝土，导致混凝土的收缩达到5×10-4，而现场配制的混凝土收缩一般为3×10-4，混凝土过大的收缩，导致地面的开裂。
4）在地热地面中楼板及表面混凝土间为聚苯已烯泡沫板，混凝土浇筑在软弱基层上，且聚苯已烯泡沫板较为干燥，使地暖地面容易产生裂缝。
5）地面在抹压过程中时间掌握不当或抹压不实而产生裂缝。
6）混凝土浇筑速度过快，混凝土在初凝前干缩、沉降和塑性收缩而产生裂缝。
7）地面混凝土养护工作不到位产生地面裂缝。
8）对于一次成型的地暖地面，受上述因素的影响，均存在不同程度的开裂。如果地面施工采用两次混凝土浇筑成型，第一次混凝土浇筑至地暖管上平面，混凝土浇筑完毕后进行2-3天养护，待第一层混凝土的早期收缩开裂等裂纹充分发展后，再浇筑第二次混凝土形成地面，表面开裂情况降低。

5 裂缝防治技术措施
为了保证地暖地面的施工质量，防治地面严重开裂，采取下述的预防措施：
1）复合保温板材铺设前要求地面平整，并清理干净平整，无砂石碎块等杂物；复合保温层铺设紧密，与楼板固定，并严格保证复合保温板材的容重符合设计要求；固定管材的U型卡固定牢固，不得松动不得减少U型卡固定的数量；在回填细石混凝土时不允许踩压已铺好的环路，应人工夯实，不可用振捣器，填充的细石混凝土中应加入防裂剂，也可用普通膨胀剂，施工过程中不允许重压已铺设好的交联管。
2）由于调查结果显示，采用大坍落度混凝土的地面开裂比普通混凝土要严重，如采用泵送商品混凝土浇筑，必须控制商品混凝土中粉煤灰的掺量；严格控制混凝土的用水量及坍落度。为防止混凝土因收缩和温度变形而产生裂缝，在商品混凝土掺入UEA膨胀剂,抵消混凝土的收缩，提高混凝土的抗裂能力。
3）预埋线管处的裂缝控制，当预埋线管直径较大，开间宽度较大，很容易发生地面裂缝，可采取加强措施，增设抗裂钢筋网（直径Φ６.５钢筋）或者设置介格缝[6]。
4）在施工规范规定的混凝土强度达到1.2MPa时方能在地面上施工，不能过早上人施工。
5）加强混凝土的养护，混凝土的早期养护，对混凝土强度和变形有很大影响，在对混凝土进行二次抹压后，立即覆盖塑料薄膜等材料，防止混凝土表面水分蒸发，减轻地面干缩开裂。
6）在地面混凝土施工中要严格控制混凝土的浇筑速度，并合理安排地面混凝土的浇筑顺序。
7）地面混凝土浇筑，以二次成型为宜，可有效降低地面开裂程度。
8）在施工过程中严格按照《地面辐射供暖技术规程》JGJ142的施工工艺进行施工。

6 小结
目前我国城乡建筑房屋每年以20%的速度增长，每年竣工面积20亿平方米以上，其中90%以上为高耗能建筑。严峻的事实表明，中国要走可持续发展的道路，发展节能建筑刻不容缓。低温辐射供暖技术作为供暖系统是建筑节能重要的组成部分，本文对该项技术应用过程中存在的开裂质量问题进行了深入的分析，并提出了相应的解决措施，对该项节能技术的工程应用和推广具有积极意义。

参考文献：
[1] 林峰.地面辐射供暖，2007，5
Lin Feng. Floor Radiant Heating System, 2007, 5
[2] 覃维祖.混凝土性能对结构耐久性及安全性的影响，混凝土，2002，6: 3-5
Tan Wei-zu. Influence of Concrete Performance for Structure Durability and Safety, Concrete, 2002, 6: 3-5
[3] 安明吉吉.高性能混凝土自收缩的研究，清华大学博士学位论文，1999
Anming Ji-ji. Study on Self-Shrinkage of High Performance Concrete. Doctor Graduation Article of Tsinghua University, 1999
[4] P.K.Mehta. Concrete Technology at the Crossroads-Problems and Opportunities .Concrete Technology, Past, Present and Future, 1994，ACISP144-1
[5] Paillere AM. Effect of Fider Addition on the Autogenous Shrinkage of Silica Fume Concrete. ACI Materials Jourmal 1989.86(2):139~144.
[6] 行业标准. 地面辐射供暖技术规程(JGJ142-2004), 2004
Technical specification. Technical Specification of Floor Radiant Heating (JGJ142-2004), 2004

作者介绍：何朋祥，山东青岛人，青岛新华友建工集团股份有限公司，技术研发处处长，山东省青岛市株洲路108号，266101，电话：[phone]，Email：hepgxg@
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