架空隔热屋面破坏机理分析和防治方法

【摘 要】通过对架空隔热层破坏情况的调查分析，分析了架空隔热层在大面积应用过程中出现了隔热板的破损、断裂，墩柱与板之间脱空的原因，借鉴公路路基防护提出了防止罩面层反射裂缝的方法。

【关键词】隔热板；反射裂缝；破损

文章编号:ISSN1006―656X(2013)06 -000100-01

引言

架空隔热层，一方面利用混凝土、空气的不良导热性，另一方面利用隔板内外的气压差，使空气流动，及时排除架空层空间的热量，而获得良好的隔热降温效果。主要用于居民住宅，教室和办公室等公用建筑楼顶，降低建筑物的室温，在节能减排的今天尤其具有显著意义。

以汕头大学D座教学楼顶的架空隔热层为例，分析架空隔热层在大面积铺设、使用过程中出现了隔热板的破损、断裂，墩柱与板之间脱空，和隔热板之间裂缝向上反射等问题。提出提高隔热层的整体稳定性和耐久性相关设想。

一、现场概况

此隔热屋面属于过载屋面，在发生火灾等情况的时候是可以允许人通过的。从整个铺设区域上来看，隔热层沿着方形板的铺设方向出现大小不一的裂纹。其中边缘处裂缝比较大，宽度约为5-10mm，主要沿纵向分布。部分区域出现方形水泥板向内塌陷，整块板倾斜并与支撑墩柱脱离，混凝土隔热板边缘和角隅处破损，钢筋锈蚀曝露于空气中等情况。

（一）

板：从破损成块状的混凝土板上可以看到锈蚀的钢筋在砼板上的印痕，混凝土板基本上是沿着钢筋安置的方向破坏的。板内钢筋分布基本上呈田字形。钢筋锈蚀程度很高，部分板块出现钢筋与板完全脱离的现象。从现场断裂的板块可以看出当时的施工工序是：在砌好的墩柱上安放方形混凝土板后再浇筑了2cm厚的砂浆罩面层，从而使板和板之间连成一个整体。侧面观察安放在女儿墙一侧方形板的底面可以看到：包括未破坏的板在内的许多板，普遍出现沿钢筋布置方向的底面混凝土剥落，钢筋锈蚀膨胀的现象。另外，两侧边缘的部分方形板在墩柱支撑处出现隆起的现象。

（二）

墩柱：现场屋面板隔热层的墩柱共计有两类，一类是混凝土立柱，另一类是由24砖砌成，墩柱高度约为25cm。侧面观察可以看到部分方形板整块板倾斜并与支撑墩柱脱离，主要原因是由于方形板并未支撑或者只有较小的一部分支撑在墩柱上，从而使结构本身不稳定而塌落，这种现象主要见于用砖砌成的墩柱中。在靠近女儿墙一侧的混凝土墩柱常见墩身向外侧倾斜，混凝土板局部隆起，相邻两侧的墩柱与板脱空，造成局部承压。墩柱上用于粘结板的砂浆松散，强度较低也是造成方形板受力不匀的原因之一。

二、破坏机理分析

（一）

施工和材料：一方面由于施工质量问题，墩柱并未按照设计要求安放在规定位置从而造成方形板传力路径改变，板的一边失去支撑，板上承压之后极易沿着板间缝隙断裂。另外一方面，材料本身的缺陷也制约着结构的使用寿命。墩柱上座浆强度低，容易剥落引起隔热板的塌陷。墩柱的砌筑，找平和板的搁置等，程序不规范，导致板的支点不均匀。此外，方形隔热板底部未收光，钢筋保护层厚度不够。空气中的二氧化碳渗入到混凝土的孔隙和毛细孔中，而后溶解于孔中液体，与水泥的水化作用产物氢氧化钙、硅酸钙等作用形成碳酸钙等。混凝土的碳化后降低了碱度（PH值），一旦碳化层深及表面，将破坏其表面的钝化膜而使钢筋锈蚀体积膨胀，导致裂缝的出现。沿钢筋布置方向混凝土剥落，锈蚀加剧后失去承载能力方形板向内塌陷，结构出现耐久性失效。

（二）

整体结构设计和受力分析：隔热板铺成之后，浇筑的水泥砂浆罩面层无法克服隔热板之间裂缝向上发展形成反射裂缝（即当混凝土板的位移产生的拉应力超过砂浆罩面层的抗拉强度时，罩面层就会开裂）。现场纵向较宽的裂缝主要出现于隔热层两侧，靠近女儿墙的地方。裂缝的形成原因如下图所示，当罩面层和隔热板形成整体之后，在温度升高的情况下向外侧膨胀变形。混凝土墩柱，一方面底面面积较小而柱身刚度大，另外一方面座浆粘结强度低，板膨胀变形之后，座浆与墩柱在在隔热板变形的作用下一起发生整体向外侧倾斜，隔热板在墩柱倾斜处隆起，相邻墩柱处产生与墩柱脱空现象。板体支撑不均匀，整体受力不稳定。温度下降后罩面层回缩，砂浆的抗拉强度太小，墩柱变形后形成的新的体系无法恢复，罩面层沿着方形板之间的接缝处开裂。反复变形之后裂缝增大，墩柱倾斜处座浆部分磨损，墩柱传力轴线偏移，墩上板块隆起。当罩面层和下部结构间出现温度差或者热膨胀系数不相同，砂浆强度不足抵抗二者之间的相对变形时，反射裂缝的出现是具有普遍性的，在边缘处表现得更加明显而已。

三、改进措施和方法

从现场情况已经严重破坏的隔热板来看，架空隔热屋面的破坏，主要方面的原因是由于混凝土板本身常年以来发生的碳化反应，钢筋锈蚀后，板沿着钢筋布置方向破坏。墩柱施工的时候偏离预计位置也是其中一方面。然而反射裂缝的形成却是普遍性的，板上铺设水泥砂浆罩面层的做法并不十分普遍，板间裂缝向上扩展的现象也没有相关防护和估计。故在大规模铺设的隔热层上直接铺设水泥罩面层的做法值得商榷。

对于材料和施工方面原因引起的破坏，一方面需要施工方严格按照设计规程和施工工艺标准作业，施工人员熟悉架空隔热层的结构特点和施工要领。另外一方面由于材料方面的进展，隔热板的抗裂性，抗弯曲柔韧，和抗冲击性能方面有了显著地提高，如在板内加入钢纤维或钢丝网等，这方面破坏在预计的年限内可以得到有效的控制。

对于由温度引起的反射裂缝，在加设罩面层的时候，增补一层柔性层，缓和上下层之间温差引起的应力和应变。具体做法可以效仿公路路基防护的方法，在罩面层和已经铺好的隔热板之间铺设一层单向的土工格栅。利用格栅来补强罩面层砂浆抗拉强度的不足，一方面消弱了温度膨胀引起的墩柱倾斜现象，另外一方面防止板间裂缝向上发展，同时提高结构的整体性能和抗变形能力。

综上所述，对于大面积架空隔热层的铺设和使用过程中出现的板间反射裂缝引起的质量问题，土工格栅使用具有较大的参考和使用价值，对提高屋面隔热层的抗裂性和耐久性具有的较大的意义。

另外在处理D座教学楼破损的隔热屋面问题上，我认为可以考虑将隔热屋面板撤去重做。原因有三方面：一、从隔热板的使用年限上来说大致是10-15年，而D座教学楼盖于95年，过了使用期限就应该检验结构物是否能继续使用。二、从屋面板的破坏状况来说，整体不容乐观，隔热层的破损出现片状分布，裂缝较宽且分布广泛，隔热板内钢筋锈蚀现象比较严重，当时砌筑墩柱砂浆的强度较低，不适宜继续做过载屋面。三、施工过程也不规范，部分杂物充塞在隔热层内，而且隔热板破坏之后的废弃物没有及时清除。一方面阻碍热对流形成降低隔热的作用，另外一方面散乱堆砌的废弃物容易积蓄积水，形成大小不等的小池塘，屋面可能会有渗漏现象产生。

参考文献：

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