某工程天面板溫度裂縫成因及控制措施

葉 勇 丁偉星

(1、中國(guó)市政工程西北設(shè)計(jì)研究院有限公司東莞分院，廣東 東莞 511700 2、東莞市環(huán)境保護(hù)局大嶺山分局，廣東 東莞 511700）

1、工程概況

本工程綜合樓建筑面積為4000m2，現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)，半地下室一層，地面以上三層，基礎(chǔ)為天然基礎(chǔ)。工程現(xiàn)已竣工。

2、裂縫發(fā)生和發(fā)展的情況

該工程天面建筑平面尺寸為51000mm×19500mm,A-B軸為主變壓器基礎(chǔ)樓蓋，B-C軸為GIS室。設(shè)計(jì)未留置伸縮縫。天面梁板混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30,采用商品混凝土，塌落度70-90mm,摻入16%粉煤灰和0.6%的減水劑；板厚H=120mm絕大部分為雙向板，最大跨度為4000mm，最小跨度為2000mm；底筋為φ10@150，支座負(fù)筋為φ10@150、φ10@200兩種，天面框架梁及其的次梁的截面尺寸為b×h=300×500mm,300×700mm,300×900mm。

該層樓面于2008年6月25日澆筑完混凝土，澆水養(yǎng)護(hù)14天，7月23日拆模。8月15日發(fā)現(xiàn)4-10×A-C軸間的天面板面有12條裂縫，裂縫方向基本垂直于字母軸。裂縫寬度為0.4-2mm，1-2mm為多，最長(zhǎng)為2.5mm，裂縫長(zhǎng)度最短的為1.8m，最長(zhǎng)的達(dá)4.9m。裂縫形態(tài)較規(guī)則，但未跨越板周邊的梁。

3、對(duì)裂縫產(chǎn)生的主要原因分析

3.1 原材料方面

梁、板使用的Ⅰ、И級(jí)鋼筋的出廠合格證和工地抽樣送檢的結(jié)果表明，鋼材的化學(xué)成分和物理力學(xué)指標(biāo)全部合格的；水泥為32.5R普通硅酸鹽水泥，其安定性和強(qiáng)度等指標(biāo)全部合格；砂為И級(jí)級(jí)配中砂，粗骨料未花崗巖碎石（16-31.5mm），砂、石含泥量均在規(guī)范允許的范圍內(nèi)。外加劑和攪拌用水均合格。商品混凝土由有資質(zhì)的商品混凝土公司攪拌、運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)。現(xiàn)場(chǎng)對(duì)該商品混凝土取樣制備試塊送檢。檢驗(yàn)報(bào)告三組試件的28d強(qiáng)度代表值分別為34.3MPa、35.2 MPa、34.7 MPa，均為合格。由以上情況判定裂縫的產(chǎn)生與原材料本身的質(zhì)量無關(guān)。

3.2 施工機(jī)具和工藝方面

商品混凝土運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)后用人力推車通過物料提升機(jī)運(yùn)至澆搗部位，梁部位用插入式振動(dòng)器，板部位用平板振動(dòng)器振實(shí)；混凝土終凝之后澆水養(yǎng)護(hù)14d；模板用膠合板，支撐用滿堂紅鋼管架，混凝土澆搗完畢后29d才拆除支撐和模板。混凝土工人、鋼筋工人和木工都是同一批熟練工人。澆搗混凝土當(dāng)天天晴。整個(gè)樓面混凝土歷時(shí)20小時(shí)連續(xù)澆搗完畢，未留施工縫也未留后澆帶。由此分析，基本上也可以排除施工機(jī)具、工藝和操作人員素質(zhì)造成裂逢的可能性。

3.3 環(huán)境因素

由施工和監(jiān)理日志查得澆搗混凝土后的天氣和氣溫情況如下：澆搗后至7月底有12d為雨天，氣溫為23～33℃；8月份僅有5d雨天，氣溫為26～36℃；由以上資料可見7月份雨天較多，對(duì)混凝土強(qiáng)度增長(zhǎng)期的養(yǎng)護(hù)為有利因素，8月份以后氣溫增高很多，且晴天多，雨天少，晝夜溫差為11～12℃，需指出的是，天面部分長(zhǎng)期接受陽光曝曬，如遇驟雨，天面部分的混凝土構(gòu)件承受的溫差肯定遠(yuǎn)大于晝夜氣溫的溫差。筆者認(rèn)為環(huán)境困素，具體講即是溫度驟變，溫差過大是造成裂縫的主要外部原因。

3.4 構(gòu)件受約束的因素

混凝土構(gòu)件因溫差而引起的裂縫可分兩大類情況：一類如大體積、大厚度的混凝土構(gòu)件（如高層建筑的地下室底板），因混凝土內(nèi)水泥水化熱造成混凝土澆搗后一定時(shí)間內(nèi)溫度很快上升，若構(gòu)件表面保溫不好，致使構(gòu)件內(nèi)、外溫差過大（一般充許25～28℃的溫差）時(shí)，構(gòu)件表明將出現(xiàn)裂縫。另一類是構(gòu)件內(nèi)外溫度較均勻（溫差引起的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度）時(shí)，如構(gòu)件受到相鄰構(gòu)件的較大約束，或構(gòu)件之間存在較大溫差時(shí)，也會(huì)引起抗裂能力小的構(gòu)件開裂，這種裂縫往往不是表面性，而是貫穿性的。本工程天面板受到周邊柱和梁的約束，柱、梁受不到陽光曝曬，溫度變化肯定滯后于厚度為120mm的樓板，所以當(dāng)板混凝土溫度下降較快而收縮時(shí)，梁、墻混凝土溫度下降較慢而收縮程度小，便形成對(duì)板的收縮約束，當(dāng)板中的拉應(yīng)力大于板混凝土的抗拉極限強(qiáng)度時(shí)，便產(chǎn)生了板中垂直于具約束力的梁的裂縫。筆者認(rèn)為，本工程天面板在溫度驟變后必然開裂這一結(jié)果。

約束和溫差是產(chǎn)生裂縫的兩個(gè)因素，缺少任何一個(gè)因素，板都不會(huì)產(chǎn)生裂縫。作為印證筆者這一觀點(diǎn)的客觀事實(shí)是：首層高壓室、電容器室的樓板，同樣受到梁、柱的約束，但因未長(zhǎng)期暴露在露天，板的溫度變化比天面部分小很多，故未產(chǎn)生裂縫。

4、應(yīng)用現(xiàn)有理論的定量分析

對(duì)于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫（包括荷載和非荷載的原因）的產(chǎn)生機(jī)理和抗裂理論，國(guó)內(nèi)外已有不少研究，但主要成果（形成規(guī)范的）還是集中在荷載裂縫方面。對(duì)于非荷載裂縫（包括溫度、濕度和地基變形等因素引起的裂逢），現(xiàn)行規(guī)范尚缺少明確的規(guī)定，尤其缺少可賴以進(jìn)行定量分析的理論。我國(guó)著名的工程結(jié)構(gòu)裂縫控制專家王鐵夢(mèng)在這方面進(jìn)行了富有成果的理論研究和工程實(shí)踐，本文下面試圖應(yīng)用王鐵夢(mèng)專家的理論對(duì)本工程前述鋼筋混凝土板的裂縫進(jìn)行定量分析。

4.1 板長(zhǎng)向的最大拉應(yīng)力

約束應(yīng)力與約束變形的理論公式：

式中E——混凝土的彈性模量，N/mm2；

a——混凝土線膨脹系數(shù)，1/℃；

T——相對(duì)收縮當(dāng)量溫差（本例中為梁、板溫差℃，）

CX——水平阻力系數(shù)，N/mm3；

L——板長(zhǎng)，mm；

為簡(jiǎn)化計(jì)算，本例板寬13500mm，L=42000 mm（[3）～（12）軸]，

CX=1.5 N/mm3據(jù)氣溫記錄及有關(guān)資料，7～8月份經(jīng)受太陽光長(zhǎng)期輻射作用，板的平均最高溫度可達(dá)52℃，如前述，梁、柱處于未受太陽光長(zhǎng)期輻射作用，故溫度變化滯后，計(jì)算中取梁的平均溫度為28℃，即

4.2 鋼筋混凝土板總的抗拉應(yīng)力

當(dāng)考慮溫度驟降時(shí)

[RT]=εpaE

式中εpa——不考慮混凝土徐變的最終極限拉伸變形（應(yīng)變），即鋼筋混凝土板的彈性極限拉伸。

按齊斯克列里公式計(jì)算：

εpa=0.5RT（1-ρ/d）×10-4

式中Rf——混凝土標(biāo)準(zhǔn)抗拉強(qiáng)度，MPa(對(duì)C30混凝土，Rf=2 MPa)；

ρ——板的配筋率；

d——鋼筋直徑，cm.

4.3 按約束應(yīng)力法判斷板是否開裂的準(zhǔn)則

[Rf]/k≥[σx]

式中k——安全系數(shù)，一般工程可取k=1.25。

分別按以下三種實(shí)際配筋情況計(jì)算[Rf]；(1)φ6@150

[Rf]=1.2625×10-4×3×104=3.79 MPa＜|σx|(2)φ8@150

[Rf]=1.349×10-4×3×104=4.05 MPa＜|σx||

(3)φ10@150

[Rf]=1.436×10-4×3×104=4.31 MPa＜|σx|

計(jì)算結(jié)果匯總于下表：

各種配筋情況下板的抗裂計(jì)算匯總表

由上表可見，從理論上分析，按實(shí)際配筋，板在溫度驟降的情況下極易產(chǎn)生裂縫。應(yīng)該指出，上述理論公式是在受兩邊梁對(duì)稱約束的單跨板的情況下推導(dǎo)出來的，故應(yīng)用于多跨板具有一定的近似性。對(duì)本工程的單跨板，當(dāng)然可以應(yīng)用該理論公式進(jìn)行裂縫分析，本文在此從略。

5、結(jié)論

（1）從本工程實(shí)例看出，對(duì)于兩邊（或周邊）受剛度較大構(gòu)件約束的現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板，澆搗混凝土后長(zhǎng)期暴露在露天時(shí)，又無適當(dāng)?shù)母魺岽胧軙円箿夭睿虮┯旰鬁囟润E降作用時(shí)，板極易產(chǎn)生垂直于大剛度構(gòu)件方向的溫度裂逢。為防止這類裂縫的產(chǎn)生，應(yīng)人設(shè)計(jì)和施工兩方面考慮。

（2）設(shè)計(jì)方面可采取措施：采用小直徑，小間距的板筋，或雙層布筋。從本例看，如果露天部分板在原設(shè)計(jì)底筋基礎(chǔ)上再加一層φ6@200的面筋，即可抵抗溫差收縮應(yīng)力而不致辭開裂。

（3）施工方面可采取以下措施：1）加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)，延長(zhǎng)養(yǎng)護(hù)時(shí)間；2）可采取適當(dāng)?shù)母魺岽胧缭诨炷涟灞砻鎳咝钏?～9cm深，或覆蓋較厚的濕草包或麻袋，防止板在陽光輻射下產(chǎn)生過大的溫升。直至做好混凝土板上面的具有一定隔熱能力的面層為止（本例天面混凝土板面層設(shè)計(jì)為20mm厚耐磨磚）。本例溫度裂縫處理方法為：沿裂逢鑿V形槽，清洗干凈后灌以防水油膏。處理后未見漏水現(xiàn)象。

[1]何維檄.淺談惠州110 kV樟浦變電站綜合樓天面板溫度裂縫成因及防治

[2]《企業(yè)技術(shù)開發(fā)（下半月）》,2010 年 10 期.