ALC墻材墻體開裂原因及防治措施探討

張靜文

（云南移民產業投融資有限公司 云南 昆明 650000）

0 引言

目前，ALC墻體材料已憑借著其優良的性能和長處逐漸占據了市場?？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材料、水泥等高鈣質材料混合后作為基材，在加入發氣劑（鋁粉）并加水攪拌后，經成型、預養護、標準切割、蒸壓釜養護等一系列處理工藝后，最終產出的多孔硅酸鹽制品。而ALC板材則是在此基礎之上還在砌體內放置了鋼筋網片，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，在有效減小建筑結構件尺寸、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；另一方面，氣孔的存在降低了墻體的導熱系數，使得建筑的保溫節能水平有所提升。此外，ALC墻材施工較為方便，每人一工日平均安裝或砌筑數量可達25m2，是砌筑傳統墻材效率的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、抗滲性能上也有較好表現，贏得了市場的廣泛歡迎[1]。但是，較高的氣孔率也使得ALC墻材的抗壓性能遠低于普通砌筑材料，對施工技術提出了更高的要求。

由此可見，ALC墻材在材質、性能等方面均與傳統建材存在很大差距，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與傳統建材有所不同。特別是在云南等地區，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質量缺陷，影響成品美觀甚至安全。在這些缺陷中，出現幾率較大、且可能造成嚴重危害的是墻體開裂，對施工過程中ALC墻體開裂的原因進行分析研究，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墻材在生產過程中發泡劑的作用，往往在ALC墻材中存在凝膠孔、毛細孔和發氣孔 [2]三種類型的空隙。其中凝膠孔完全與外界隔絕，發氣孔與外界開放聯通，而毛細孔本身可通過毛細作用吸收外界水分。當ALC墻材吸收水分后，發氣孔中的水分可通過聯通的通道快速向外界蒸發，使得該類孔隙周邊的材料收縮；而毛細孔由于其內水分較難揮發，則孔周邊材料還將在一段時間內維持較大的體積。這將導致在材料內部出現拉應力，而ALC墻材本身能承受的抗拉強度本就不高，這就會導致ALC墻材安裝或砌筑后出現開裂。

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，這也導致了ALC墻材具備很強的吸水能力。在工人不熟悉砌筑材料特性的情況下，往往會采用傳統砂漿進行砌筑，這將使得傳統砂漿在與ALC墻材接觸后快速干燥脫水[4]，一方面難以有效的發揮砂漿的粘結性能，另一方面收縮后的砂漿還會在ALC墻材表面形成拉應力，從而使得ALC墻體在各灰縫處出現裂縫。

1.2 應力型裂縫

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

因此，當環境溫度出現變化時，混凝土梁柱與ALC墻材在材料的膨脹性能上表現出的不同膨脹特性將在其連接接觸面上產生應力，加之ALC墻材本身抗壓及抗拉強度均較低，因此無論是砌塊還是內部有鋼筋網片的板材均有可能因應力受拉或受壓而出現裂紋。按照相關統計，梁柱與墻體結合處出現裂縫是ALC墻體出現裂縫缺陷的主要部位，占裂縫缺陷總數的44.1%[6]。

此外，傳統砂漿的線膨脹系數是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生巨大的拉應力，造成墻面出現裂縫。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。

而設計錯誤往往是導致墻體出現裂縫的另一個原因所在，至今在業內仍然流通著一些所謂的“標準圖集”，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、門框等應力集中部位與砌筑灰縫形成了一條直線，使得原本強度較低的灰縫位置承受了較大的剪切應力，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力而出現斷裂，進而引發墻體開裂。按照砌體強度利用系數公式來計算，當砌體高度為165mm，砌體長度為600mm時，該砌體的強度利用系數僅為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板材自身強度較低，無法承受較大應力造成的；更為重要的是，目前我國ALC板材的生產均較為粗放，板材內的鋼筋配筋往往是照抄固有的配筋模版[8]，尚未達到通過BIM等技術的使用對實際工程的荷載進行細化計算，從而通過調整板材生產工藝和配筋來生產對應特種板材的目的。而單一性能的板材越來越無法滿足當今建筑結構越發多樣化的需求，造成了板材型墻體開裂的狀況時有發生。

圖1 錯誤砌筑圖集

1.3 墻體沉降及框架梁形變產生的裂縫

通常來說，常規砂漿在脫水和重力作用下將會產生徐變，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持續發育的裂縫。而對于墻體橫向受力而言，如僅僅簡單采取鋼片固定等進行剛性連接，往往也會因砂漿的不均勻沉降在墻體內形成各個方向上的內應力，使得剛性連接位置出現裂縫，并且由于內部應力的進一步作用而在其周邊出現延伸性的裂縫。

此外，《混凝土結構設計規范》雖然對混凝土梁體的撓度進行了規定，但隨著梁體長度的增長，其形變尺寸對砌體來說仍然極大。當頂梁發生形變時，將對梁底附近砌體和板材造成拉伸，使其出現拉伸性裂紋；當底梁發生形變時，將對梁頂附近的砌體和板材造成擠壓，使其出現擠壓性裂紋。但最終的結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、柱等剛性較強的結構連接方式錯誤等往往也會使得單板內部開裂或多板及不同性質的材料間因應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墻體在施工中出現開裂的問題，應結合其不同的開裂機理的采取相應防治措施，最終實現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，首要的就是做好進場ALC墻材的質量管控工作，保證進場墻材按《蒸壓加氣混凝土制品應用技術規程》要求，在墻材生產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裂縫[9]。

其次，入場的ALC墻材應配套設置相應的防雨措施，通過設置雨棚、材料堆場墊高、設置排水設施等手段確保材料堆放環境的干燥。此外，不同批次的墻材應分開堆放，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內部應力，最終使得墻體出現裂縫。

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，應結合施工時的季節和氣候情況（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部因蒸發量不同造成的干縮濕漲，避免因內應力分布不均造成的墻體開裂。

另外，對于確需要進行切割的墻材，應使用專業切割設備進行切割，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 應力型裂縫的防治措施

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

（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構的存在，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，使其與ALC墻材的膨脹系數更好匹配，有效降低砂漿收縮后產生的應力對墻材的影響。避免造成墻體開裂。通常粉煤灰按水泥用量的25%等量替換，纖維素類物質根據材料性質按外加劑的添加量進行添加。為了保證專用砂漿與墻材相匹配，必須在大規模砌筑前砌筑樣板墻以驗證砂漿的工作性能，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子開裂，應對完成施工的墻體滿貼玻纖網格布，確保形變不會導致墻皮開裂。

對于墻體與框架結構的連接處，為確保施工質量和有效的控制施工周期，不宜采用傳統的剛性連接法，而應采用脫離式的柔性連接法進行連接，即在墻體與梁、柱之間預留20mm空隙，作為柔性連接層。對于砌體，應使用聚氯乙烯塑料條填充，之后以硅酮膠等彈性材料進行密封，以保障建筑整體的防水性能和保溫性能。而當墻體長度大于4m時，為防止墻體內部應力集中，還應設置構造柱，豎向鋼筋與框架梁采用后錨固法進行連接。對于板材，應使用豎向安裝法（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，板材在訂制時就應預留20mm梁底柔性連接空隙，即板材安裝完成后梁底的U型卡槽中應有不少于20mm的空隙，之后灌入聚氨酯發泡材料進行填充，然后使用硅酮膠等彈性材料進行密封。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，應在柔性材料所在區域滿貼鋼絲網，減少柔性材料形變造成的應力集中，避免墻皮開裂現象的出現。ALC板材梁底施工詳見圖3。

圖3 ALC板材梁底施工示意圖

而對于設計中套用錯誤圖集及設計人員因對材料特性理解不到位等原因導致的墻體開裂，一方面應加強前期圖紙審核的相關工作，避免砌筑圖紙上出現各類窗框、集線盒等邊角位置出現應力集中或砌體高度不足的現象；而對于砌筑過程中管線、控制盒等的設置，宜在設計時統一考慮，盡量避免臨時開槽，如需臨時開槽，應嚴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的要求進行操作[11]，確保砌塊或板材的力學性能。

另一方面，應充分應用BIM[12]等技術繪制詳盡的砌筑或安裝圖，精細化的指導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，避免應力集中，確保墻體的穩定；此外，應積極探索BIM與PKPM等結構軟件的聯合運用，通過精細化計算核實受力復雜位置的板材需求，通過要求板材生產廠家提供專用板材的方式滿足施建設需求，降低工程缺陷發生的可能，進一步推動裝配式墻材的發展。而對于砌塊而言，為保證各砌塊間的良好受力及整體美觀，應特別重視砌體轉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，避免造成應力集中[13]。轉角及相交墻體砌筑示意詳見圖4。

圖4 轉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筋的方式解決，同時在拉結筋延伸的空腔內填充柔性粘結材料，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致內應力過大[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，一方面應從砂漿厚度上進行控制，防止工人因施工不規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，可采取控制砌筑進度的方式將每日砌筑高度控制在1.5m以內，確保各皮砌體在重力作用下有足夠的時間進行沉降。

對于框架梁變形產生的裂縫，一方面要從砌體或板材采購方面把好質量關，但更為重要的是，應從施工前端的設計入手，在設計初期就明確告知設計人員需要使用ALC墻材，安排設計人員在經濟可行的基礎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。

3 結語

想要有效降低ALC墻體開裂這種工程缺陷發生的數量，除了注意在施工過程中結合不同材料的特性配套相應的施工技術外，更應從施工監理、材料管控、質量控制與復核、設計技術交底與設計優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、確保施工的質量。