某工程天面板溫度裂縫成因及控制措施

葉 勇 丁偉星

(1、中國市政工程西北設計研究院有限公司東莞分院，廣東 東莞 511700 2、東莞市環境保護局大嶺山分局，廣東 東莞 511700）

1、工程概況

本工程綜合樓建筑面積為4000m2，現澆框架結構，半地下室一層，地面以上三層，基礎為天然基礎。工程現已竣工。

2、裂縫發生和發展的情況

該工程天面建筑平面尺寸為51000mm×19500mm,A-B軸為主變壓器基礎樓蓋，B-C軸為GIS室。設計未留置伸縮縫。天面梁板混凝土強度等級為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，澆水養護14天，7月23日拆模。8月15日發現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，最長為2.5mm，裂縫長度最短的為1.8m，最長的達4.9m。裂縫形態較規則，但未跨越板周邊的梁。

3、對裂縫產生的主要原因分析

3.1 原材料方面

梁、板使用的Ⅰ、И級鋼筋的出廠合格證和工地抽樣送檢的結果表明，鋼材的化學成分和物理力學指標全部合格的；水泥為32.5R普通硅酸鹽水泥，其安定性和強度等指標全部合格；砂為И級級配中砂，粗骨料未花崗巖碎石（16-31.5mm），砂、石含泥量均在規范允許的范圍內。外加劑和攪拌用水均合格。商品混凝土由有資質的商品混凝土公司攪拌、運輸至現場。現場對該商品混凝土取樣制備試塊送檢。檢驗報告三組試件的28d強度代表值分別為34.3MPa、35.2 MPa、34.7 MPa，均為合格。由以上情況判定裂縫的產生與原材料本身的質量無關。

3.2 施工機具和工藝方面

商品混凝土運至現場后用人力推車通過物料提升機運至澆搗部位，梁部位用插入式振動器，板部位用平板振動器振實；混凝土終凝之后澆水養護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。澆搗混凝土當天天晴。整個樓面混凝土歷時20小時連續澆搗完畢，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具、工藝和操作人員素質造成裂逢的可能性。

3.3 環境因素

由施工和監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，對混凝土強度增長期的養護為有利因素，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，天面部分長期接受陽光曝曬，如遇驟雨，天面部分的混凝土構件承受的溫差肯定遠大于晝夜氣溫的溫差。筆者認為環境困素，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 構件受約束的因素

混凝土構件因溫差而引起的裂縫可分兩大類情況：一類如大體積、大厚度的混凝土構件（如高層建筑的地下室底板），因混凝土內水泥水化熱造成混凝土澆搗后一定時間內溫度很快上升，若構件表面保溫不好，致使構件內、外溫差過大（一般充許25～28℃的溫差）時，構件表明將出現裂縫。另一類是構件內外溫度較均勻（溫差引起的拉應力小于混凝土的抗拉強度）時，如構件受到相鄰構件的較大約束，或構件之間存在較大溫差時，也會引起抗裂能力小的構件開裂，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，所以當板混凝土溫度下降較快而收縮時，梁、墻混凝土溫度下降較慢而收縮程度小，便形成對板的收縮約束，當板中的拉應力大于板混凝土的抗拉極限強度時，便產生了板中垂直于具約束力的梁的裂縫。筆者認為，本工程天面板在溫度驟變后必然開裂這一結果。

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

4、應用現有理論的定量分析

對于鋼筋混凝土結構的裂縫（包括荷載和非荷載的原因）的產生機理和抗裂理論，國內外已有不少研究，但主要成果（形成規范的）還是集中在荷載裂縫方面。對于非荷載裂縫（包括溫度、濕度和地基變形等因素引起的裂逢），現行規范尚缺少明確的規定，尤其缺少可賴以進行定量分析的理論。我國著名的工程結構裂縫控制專家王鐵夢在這方面進行了富有成果的理論研究和工程實踐，本文下面試圖應用王鐵夢專家的理論對本工程前述鋼筋混凝土板的裂縫進行定量分析。

4.1 板長向的最大拉應力

約束應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，1/℃；

T——相對收縮當量溫差（本例中為梁、板溫差℃，）

CX——水平阻力系數，N/mm3；

L——板長，mm；

為簡化計算，本例板寬13500mm，L=42000 mm（[3）～（12）軸]，

CX=1.5 N/mm3據氣溫記錄及有關資料，7～8月份經受太陽光長期輻射作用，板的平均最高溫度可達52℃，如前述，梁、柱處于未受太陽光長期輻射作用，故溫度變化滯后，計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力

當考慮溫度驟降時

[RT]=εpaE

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

按齊斯克列里公式計算：

εpa=0.5RT（1-ρ/d）×10-4

式中Rf——混凝土標準抗拉強度，MPa(對C30混凝土，Rf=2 MPa)；

ρ——板的配筋率；

d——鋼筋直徑，cm.

4.3 按約束應力法判斷板是否開裂的準則

[Rf]/k≥[σx]

式中k——安全系數，一般工程可取k=1.25。

分別按以下三種實際配筋情況計算[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|

計算結果匯總于下表：

各種配筋情況下板的抗裂計算匯總表

由上表可見，從理論上分析，按實際配筋，板在溫度驟降的情況下極易產生裂縫。應該指出，上述理論公式是在受兩邊梁對稱約束的單跨板的情況下推導出來的，故應用于多跨板具有一定的近似性。對本工程的單跨板，當然可以應用該理論公式進行裂縫分析，本文在此從略。

5、結論

（1）從本工程實例看出，對于兩邊（或周邊）受剛度較大構件約束的現澆鋼筋混凝土樓板，澆搗混凝土后長期暴露在露天時，又無適當的隔熱措施，受晝夜溫差，或暴雨后溫度驟降作用時，板極易產生垂直于大剛度構件方向的溫度裂逢。為防止這類裂縫的產生，應人設計和施工兩方面考慮。

（2）設計方面可采取措施：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計底筋基礎上再加一層φ6@200的面筋，即可抵抗溫差收縮應力而不致辭開裂。

（3）施工方面可采取以下措施：1）加強混凝土的養護，延長養護時間；2）可采取適當的隔熱措施，例如在混凝土板表面圍堰蓄水5～9cm深，或覆蓋較厚的濕草包或麻袋，防止板在陽光輻射下產生過大的溫升。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計為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]《企業技術開發（下半月）》,2010 年 10 期.