現澆鋼筋混凝土樓板裂縫成因和控制措施研究

王宗瑞 胡 含 吳 云 肖金東 古方園

裂縫控制一直是建筑工程領域的重要挑戰[1]。現澆鋼筋混凝土樓板裂縫會降低結構的安全性和耐久性，進而影響建筑的使用壽命。裂縫的形成與多種因素有關，如溫度和濕度變化、施工質量控制及荷載變化等。本文通過分析裂縫的成因，提出了一系列創新性的綜合控制措施，包括控制溫度和濕度、控制施工質量及控制使用荷載等，旨在提高現澆鋼筋混凝土樓板的施工質量和性能，確保結構的安全性和耐久性。

1 裂縫成因分析

1.1 溫度變化

溫度變化是現澆鋼筋混凝土樓板裂縫形成的重要原因之一[2]。溫度變化包括季節性氣溫變化和晝夜溫度變化。頻繁的溫度變化會導致混凝土因熱脹冷縮產生周期性的膨脹和收縮。在寒冷的冬季，混凝土吸收的熱量較少，分子活動降低，導致其體積縮小。而在炎熱的夏季，混凝土吸收的熱量較多，分子活動增加，導致其體積膨脹。溫度變化對混凝土的影響，如表1 所示。從表1 可以看出，混凝土冬季的線性收縮率較大，夏季的膨脹率較大。這種周期性的體積變化導致混凝土結構內部產生應力。隨著應力的積累，當其超過混凝土的抗拉強度時，會導致裂縫的產生。雖然裂縫的深度較小，但因其分布廣泛，仍然會對結構的穩定性和安全性構成威脅。混凝土溫差裂縫，如圖1 所示。

表1 溫度變化對混凝土的影響

圖1 混凝土溫差裂縫（來源：網絡）

1.2 濕度變化

當混凝土暴露在濕度變化較大的環境中時，其表面會發生膨脹或收縮，導致內部應力積累，進而產生裂縫[3]。濕度變化會使混凝土的內部含水量產生波動，進而引發體積的膨脹和收縮。在高濕度環境下，混凝土吸收水分，體積膨脹；而在干燥環境下，混凝土水分流失，體積收縮。含水量周期性波動會導致混凝土體積發生周期性變化，使混凝土內部產生應力。濕度變化也會影響混凝土的滲透性。在高濕度條件下，混凝土更容易吸收外部有害物質，如鹽分等，這樣會增加混凝土被腐蝕的風險，從而增加了裂縫產生的概率。濕度變化還可能導致混凝土中的毛細孔結構發生變化，使其更容易受到損壞。

1.3 施工質量問題

混凝土施工過程中的鋼筋配置、張力控制和施工工藝都是現澆鋼筋混凝土樓板裂縫產生的關鍵原因。鋼筋分布不合理和缺乏合適的支撐均可能導致混凝土在負載下變形過度，從而引發裂縫。張力分布與裂縫的形成有著密切的關系，因此現澆鋼筋混凝土樓板的張力集中區域容易產生裂縫。通過預應力施工或后張法施工，能夠確保混凝土內部的張力分布均勻。

混凝土澆筑工藝不合理是裂縫形成的直接原因。施工工藝不合理會導致內部應力積累，進而引發裂縫。澆筑的速度和方式不當同樣會導致裂縫的產生。澆筑速度過快會使混凝土液態流動劇烈，使內部產生空隙和集料分離現象，導致局部坍塌。因此在施工過程中，要采用合適的施工工藝，并控制澆筑速度，以確保混凝土的澆筑質量。此外，振搗質量和澆筑高度也會影響混凝土的均勻性，使其產生裂縫[4]。對混凝土進行濕養護或增加覆蓋層，能夠控制混凝土的干燥速度，避免其內部應力積累，從而降低裂縫產生的可能性。

1.4 荷載變化

混凝土作為一種廣泛應用于建筑領域的材料，其抗裂性能是保障結構安全的關鍵。荷載包括靜態荷載、動態荷載和地震荷載，是影響混凝土結構完整性的主要外力。靜態荷載通常由建筑物自身質量以及不可移動的設施和裝飾材料的質量等構成，這些持續不變的壓力會導致混凝土產生持久的應力。動態荷載，如車輛、人員流動和機械設備運行等，會引起混凝土結構的周期性或隨機應力變化。地震荷載則是極端的動態荷載，會在短時間內對混凝土結構產生強烈的沖擊。

荷載的增加會使混凝土受到較大的外部力作用，導致其內部應力增加，若應力超過混凝土的抗拉或抗壓強度，會使混凝土板產生不同的裂縫。裂縫的形成不僅取決于荷載的大小，還與荷載作用的方式、時間以及頻率有關。例如，靜態荷載會導致微小但持續的裂縫，而動態荷載則可能引起周期性的裂縫擴展。

2 裂縫控制措施

2.1 控制溫度和濕度

2.1.1 應用溫度和濕度監測系統

為有效預防混凝土裂縫，可以采用先進的溫度和濕度監測系統。此系統能夠連續監測環境溫度和濕度變化，并提供實時、準確的環境數據。溫度和濕度是影響混凝土物理特性的關鍵因素，溫度變化和濕度變化都會引起混凝土體積的膨脹或收縮。通過實時監測，工程師能夠及時發現溫度和濕度的變化，進而制訂合理的預防措施，以降低裂縫產生的概率，提高結構的穩定性。此外，這些監測數據還可用于評估混凝土結構的健康狀況，并以此為依據制定維護計劃。

2.1.2 控制熱脹冷縮

為了預防因溫度變化而產生的裂縫，可以采取控制熱脹冷縮的措施。控制熱脹冷縮是指通過采用合理的材料和結構，來降低混凝土結構在溫度變化下的變形量。在設計階段就要考慮混凝土樓板的熱脹冷縮控制、合理的材料選擇、混凝土配比和結構布局，可以減少溫度變化對混凝土的影響[5]。例如，選擇適合特定環境條件的混凝土類型和添加劑，可以提高混凝土對環境變化的適應性；增加伸縮縫并設置適當的間距和位置，能夠減輕由溫度變化引起的應力集中，進而有效控制和減少裂縫的產生，確保混凝土樓板的結構完整性和耐久性。

2.2 控制施工質量

2.2.1 鋼筋配置優化和鋼筋張力控制

優化鋼筋配置和控制鋼筋張力能夠有效控制鋼筋混凝土樓板的裂縫。鋼筋配置的最佳實踐要求鋼筋均勻分布在混凝土中，并嚴格遵守設計規范。優化鋼筋配置能夠減少局部應力集中，有效提高結構的抗裂性能。鋼筋的張力控制主要通過正確的張拉和錨固，使鋼筋達到規范要求的張力水平。在施工過程中，嚴格控制鋼筋配置和張力是確保混凝土結構長期穩定性和耐久性的必要措施，可有效預防裂縫問題。控制施工質量是預防混凝土樓板裂縫的關鍵措施之一。質量控制不僅涉及材料和工藝的選擇，還需要嚴格遵守規范和標準進行施工，以確保結構的質量和安全性。

2.2.2 改進混凝土施工工藝

改進混凝土施工工藝對于裂縫控制具有重要意義。澆筑方式和澆筑速度不僅影響混凝土的結構完整性，而且決定了其質量和耐久性。合適的澆筑速度可確保混凝土在樓板中均勻分布，避免由于澆筑過快而產生的空隙和集料分離，減少因快速液態流動產生的內部應力。

此外，優化混凝土的養護方式也能夠避免裂縫的產生。濕養護是預防裂縫的有效手段，它是指在混凝土固化過程中保持其表面濕潤的養護方式。采取此方式可以減緩混凝土表面的水分蒸發，保證混凝土內部和表面的水分平衡，從而降低由于快速干燥引起的應力。使用覆蓋層，如濕布和塑料薄膜等，可以保持養護期間混凝土濕度適宜，減少其內部應力積累。

2.3 控制荷載

控制荷載是確保混凝土結構穩定性和耐久性的重要措施。合理的結構設計對于裂縫控制起到至關重要的作用。通過合理的結構設計，能夠降低荷載對混凝土結構應力的影響，進而降低裂縫產生的概率。結構設計參數，如梁與柱的截面尺寸和支座類型等，會直接影響結構性能，因此應根據實際情況對其進行優化，以減少裂縫產生的可能性。

此外，控制額外荷載也是裂縫控制的重要措施。減輕額外荷載的措施包括增加支撐、加固結構和調整荷載分布等。根據樓板的使用環境和功能，定制荷載控制策略同樣尤為重要。例如，在人流量大或設備較重的商業建筑中，應關注荷載的分布和動態變化。同時還要考慮建筑所處地區的特殊性。例如地震多發區的建筑，需要額外考慮地震荷載對結構的影響。通過以上綜合性方法，不僅能夠在結構設計階段預防裂縫的產生，還可在建筑使用過程中有效控制和管理荷載，從而保證結構的長期穩定性和安全性。

2.4 定期維護和檢查

定期維護和檢查是確保結構長期穩定性的重要措施。在建筑使用過程中，外部環境和荷載會不斷變化。通過定期維護和檢查，及時發現裂縫等潛在的結構問題，采取相應的修復措施，防止裂縫進一步擴大，延長結構的使用壽命。在定期維護和檢查時，應評估樓板的整體狀況，檢查鋼筋的腐蝕情況和混凝土的密實度等。

裂縫的修復措施需要根據其類型和嚴重程度來選擇。對于表面裂痕，可采用表面修補材料，如環氧樹脂或聚合物修補砂漿，來填補和封閉裂縫。這樣不僅能恢復樓板的外觀，還能防止水分和有害化學物質滲透進裂縫內部，避免問題進一步惡化。對于更深的裂縫，則需要采用更復雜的修復措施。例如使用注射技術將粘合劑注入裂縫中，以恢復混凝土的結構完整性。

3 裂縫監測與修復

3.1 鋼筋狀態監測

鋼筋狀態監測不僅能夠能夠實時監測鋼筋的健康狀況，還可以檢查其腐蝕程度、疲勞情況和應力分布。監測方法包括電阻率監測、聲發射監測和磁粉檢測[6]。其中，電阻率監測主要用于監測鋼筋的腐蝕情況，聲發射監測能夠識別鋼筋的疲勞破裂現象，而磁粉檢測可以檢測鋼筋的應力分布狀態。通過鋼筋狀態監測，能夠更加準確地評估鋼筋狀態的演變趨勢，有針對性地制訂修復策略，以便降低裂縫的發展速度。

監測數據的解讀和分析是了解混凝土結構健康狀況的必要過程。首先，要處理采集到的數據，確保數據的準確性和可靠性。處理方法包括校正和過濾。其次，要解讀數據，即將數據轉化為可理解的信息，便于識別異常情況和判斷趨勢。最后，要分析數據并以可視化的方式展示分析結果，便于識別問題。

3.2 裂縫修復與加固和修復后的性能評估

3.2.1 裂縫修復與加固

除了預防和維護，裂縫的修復也是確保混凝土樓板穩定性的重要措施。鋼筋裂縫修復與加固過程：清潔裂縫—準備工作—使用高性能修復材料填充裂縫—增強鋼筋—表面處理—防水和防腐處理—定期監測和維護[7]。裂縫的成因多樣，包括材料問題、設計缺陷、施工錯誤、環境因素和荷載超標，而控制措施則涉及優化設計、嚴格的質量控制、考慮環境適應性、進行定期檢查和維護以及合理的加載管理。但對于復雜裂縫而言，應咨詢專業結構工程師或混凝土專家，以確保修復措施的可行性。

3.2.2 修復后性能評估

對于鋼筋混凝土結構，評估其修復后的性能是確保結構安全性的重要保障。第1，通過非破壞性檢測（Non Destructive Testing，NDT），檢 測 混凝土內部的裂縫和腐蝕情況。NDT 檢測包括超聲波測試、電阻率測試和聲發射檢測3 種檢測方法，能夠無損評估混凝土內部的裂縫和腐蝕情況，評估結構的內部完整性[8]。第2，測試靜態和動態荷載。模擬不同的負載條件，評估修復區域在正常使用和極端條件下的穩定性和可靠性，驗證結構承的載能力。第3，進行水密性測試，確保修復區域不受水分滲透的影響，防止未來發生水損害的情況[9]。第4，進行外觀檢查。檢查修復區域表面是否光滑和均勻，是否與周圍結構保持一致，以此評估修復工作的完成度和質量。第5，實施長期結構監測計劃，定期進行NDT 檢測和荷載測試。特別是環境條件較為特殊的建筑，如溫度與濕度波動較大和鹽霧等，應長期評估結構在使用過程中的性能和耐久性。第6，評估裂縫修復的合規性。裂縫修復工作應符合當地的建筑規范和安全標準。合規性評估涵蓋材料選擇、施工方法和整體結構設計等內容。通過以上評估措施，不僅能確保修復后樓板在結構上的穩定性，還能保證其在長期運營過程中的性能和安全性。

4 結論

現澆鋼筋混凝土樓板裂縫控制是混凝土結構工程中的難題。本文研究探討了裂縫形成原因，包括溫度和濕度變化、施工質量問題和荷載增加。為有效控制裂縫，需采取綜合控制措施，包括監測溫度和濕度變化、控制施工質量、優化結構設計、應用監測技術以及改進維護和修復工藝等。