鋼筋混凝土樓板溫度裂縫及其早期預防措施

【摘 要】樓板開裂是鋼筋混凝土樓板一種最為常見的質(zhì)量缺陷，也是危害建筑結構的整體性和降低房屋的正常使用以及耐久性的病害之一。由于裂縫的種類和形成原因不同，其對建筑結構的危害程度也就不同，比如溫度裂縫，是混凝土施工中最為常見的一種裂縫，也是目前施工技術人員所面臨的一個技術難題。溫度裂縫的出現(xiàn)會直接影響建筑的整體性能，輕則影響建筑的整體美觀，重則影響建筑的使用要求，更嚴重的是會直接影響建筑的結構安全。本文主要對當前建筑工程中的混凝土溫度裂縫的成因分別從材料及配合比設計，結構設計，施工和養(yǎng)護三個方面進行深入分析，以此并結合現(xiàn)場施工經(jīng)驗給出一些有效防治溫度裂縫的措施，確保建筑的混凝土質(zhì)量要求。

【關鍵詞】混凝土；約束； 溫度裂縫 ；溫度應力；混凝土養(yǎng)護

【中圖分類號】TU3

【文獻標識碼】A

【Abstract】Cracking is one of the most common quality defects of reinforcement concrete slabs， not only harmful to the integrity of structures， but also will reduce the durability of concrete as well as effect normal use in service states. The harm of building structure from cracking is depended on the type and formation reasons of crack， like temperature cracking was one most common concrete cracking in concrete construction and one technical problems face to constructors. The emergence of temperature crack will affect the overall performance of the building， such as the beauty of entirety and requirement of the building， more serious is that it will affect the safety of the structure directly. In order to ensure the quality of concrete， from the materials and the mixture ratio design， structural design， to construction and concrete curing three aspects to analysis the reasons cause concrete temperature crack， combined with construction experience give some effect measures to prevention and control the temperature cracks.

【Key words】Concrete；restrain；Temperature crack；Temperature stress；Concrete curing

1. 引言

混凝土是由水、水泥、砂、碎石、添加劑等組成的一種拉壓強度不等的多相復合材料，其抗拉強度僅約為抗壓強度的十分之一，由于其復雜的微觀構造以及所受外界環(huán)境的不同，造成混凝土產(chǎn)生裂縫的原因非常復雜。混凝土樓板常見的裂縫按裂縫產(chǎn)生的原因有干縮裂縫、塑性收縮裂縫、溫度裂縫、鋼筋銹蝕裂縫、堿——骨料反應裂縫、超載裂縫和不均勻沉降裂縫。在土建混凝土工程實踐中，樓板裂縫大量存在的主要原因是由于外界溫度和濕度的顯著變化，由此引起混凝土收縮和溫度應力進而產(chǎn)生的非結構性裂縫，這些裂縫的產(chǎn)生無不與混凝土材料本身性能、設計、施工環(huán)境以及混凝土養(yǎng)護條件均有很大的關系。混凝土樓板出現(xiàn)大量裂縫并非與荷載有直接關系，通過統(tǒng)計調(diào)查和分析結果發(fā)現(xiàn)，90%以上的裂縫是由于溫度變形和收縮變形引起的，而對于收縮變形，無論是塑性收縮還是干燥收縮都與溫度有直接關系，所以溫度的控制是防治混凝土裂縫出現(xiàn)的核心內(nèi)容。值得注意的是溫度裂縫的出現(xiàn)會引起鋼筋與混凝土的粘結強度減弱，鋼筋的銹蝕，混凝土的碳化，降低混凝土的抗凍融、抗疲勞及抗?jié)B能力等，所以不得不引起工程技術人員的高度重視。

2. 混凝土裂縫產(chǎn)生的內(nèi)因

（1）混凝土處于硬化階段時，水泥水化過程中會釋放大量的水化熱，從而使混凝土內(nèi)部溫度持續(xù)升高，很輕易超過混凝土施工規(guī)范規(guī)定的最高澆筑溫度，此時由于混凝土內(nèi)部和混凝土表面的溫度不同而且散熱條件不一樣，混凝土表面散熱快，混凝土中心散熱慢，這樣一來就在混凝土內(nèi)部和表面形成溫度梯度，由于熱脹冷縮使表面和內(nèi)部混凝土變形不一致，表面混凝土相對內(nèi)部混凝土受拉，此時混凝土尚處于凝結硬化初期，混凝土抗拉強度非常弱，當表面混凝土的拉應力超過此時混凝土的抗拉強度時，混凝土便產(chǎn)生裂縫。后期混凝土構件處于非均勻降溫冷卻的條件下，混凝土表面遇冷收縮變形又再一次受到內(nèi)部混凝變形以及鋼筋與混凝土間粘結應力等的約束，就必然在混凝土內(nèi)部和表面因混凝土收縮引起附加拉應力，通常表面拉應力相對內(nèi)部混凝土拉應力較大，當該附加拉應力超過混凝土的抗拉強度時，混凝土便會出現(xiàn)裂縫。根據(jù)收縮變形和內(nèi)部約束強度的不同，該裂縫可能是混凝土表層淺裂縫，也可能是貫穿樓板厚度的貫穿裂縫。這是混凝土構件產(chǎn)生裂縫的內(nèi)因。

（2）溫度應力，亦稱“熱應力”，是物體由于溫度升降不能自由伸縮或物體內(nèi)各部分的溫度不同變形不同而產(chǎn)生的應力。混凝土結構的溫度應力根據(jù)硬化過程通常可以分為早期、中期和晚期三個階段。早期一般是混凝土自澆筑至28天為止，該階段水泥發(fā)生水化反應并釋放大量水化熱的同時混凝土的彈性模量急劇增大至某一穩(wěn)定水平，由于混凝土內(nèi)外散熱不一致，也因此會在混凝土內(nèi)部形成殘余溫度應力；中期是指混凝土從28天至混凝土冷卻到穩(wěn)定溫度為止，此階段混凝土彈性模量基本無變化，而溫度應力則由混凝土的冷卻和天氣變化引起產(chǎn)生并與早期溫度殘余引起疊加；晚期則主要是指建筑的使用階段，該階段溫度應力主要是因外界氣溫變化引起。

3. 樓板溫度裂縫的特征

（1）混凝土在硬化階段因水化熱導致混凝土內(nèi)部溫度和外界溫度的不同而在混凝土中心和表面形成溫度差，即溫度梯度，造成混凝土溫度變形并產(chǎn)生溫度應力。裂縫的產(chǎn)生主要取決于約束和混凝土抗拉強度兩個因素，當混凝土構件屬于自由構件時即構件完全不受外部約束限制，混凝土構件自由變形，此時溫度應力為零，即構件收縮變形不產(chǎn)生拉應力，所以混凝土構件就不會產(chǎn)生裂縫；當混凝土構件為完全約束構件時即混凝土構件自由變形將會受到完全約束限制，此時混凝土溫度應力達到最大值，而混凝土的變形值卻為零，混凝土沒有變形也就不會出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象；由于熱脹冷縮是所有物體的一項基本性質(zhì)，所以受完全約束的混凝土構件是不存在的，大多混凝土構件基本都處于完全約束和完全自由之間彈性約束狀態(tài)，即混凝土構件既有變形，又有約束應力，此種狀態(tài)如果混凝土構件將會在約束限制條件下產(chǎn)生較大的變形，當該變形超過同時期混凝土的極限抗拉應變時，混凝土便會產(chǎn)生裂縫。

（2） 由于板類構件的體表比較小，其收縮變形較大且先于梁、柱和混凝土墻構件，在混凝土降溫冷卻階段，板受梁墻的約束而使板內(nèi)出現(xiàn)拉應力，尤其在外墻轉(zhuǎn)角處，其剛度較大，對板的約束也就越大，所以板類構件溫度裂縫大多都出現(xiàn)在外墻轉(zhuǎn)角處而且呈45度斜向放射狀。若未采取有效的防治措施，裂縫將繼續(xù)開展形成深入或貫穿性的溫度裂縫，該類裂縫一般平行于板跨短方向，而沿著長邊則分段出現(xiàn)，這是因為短跨方向為板的受力方向，配筋強度相對于另一方向強，使得垂直于短邊方向的混凝土抗拉能力較弱。同時受溫度變化的影響較為明顯，溫度裂縫冬季寬，夏季窄。

4. 混凝土樓板溫度裂縫原因及預防控制措施

4.1 原材料和混凝土配比設計原因。

4.1.1 為了讓混凝土具有很好的工作性能，混凝土在攪拌的過程中加入的水分通常是水泥水化作用所需要的水分多三到五倍，在混凝土的硬化過程中，一方面因施工環(huán)境溫度較高或濕度較低而引起混凝土的干燥收縮裂縫，此種裂縫由于混凝土內(nèi)外水分蒸發(fā)的程度不同而引起的，混凝土的表面水分會迅速蒸發(fā)而體積收縮較大，混凝土內(nèi)部的水分散失較慢而收縮相對較小，表面混凝土收縮時受到內(nèi)部混凝土的約束，因此在混凝土表面產(chǎn)生拉應力，此時混凝土處于硬化階段，混凝土的彈性模量小，抗拉強度遠小于設計抗拉強度，不足以抵抗表面因混凝土收縮產(chǎn)生的拉應力，從此引起混凝土表面的開裂。另一方面是由于混凝土在硬化階段釋放出大量的水化熱，由于內(nèi)部混凝土被表面混凝土包裹，使得混凝土內(nèi)部溫度上升快而散熱慢，而混凝土表面溫度散熱快，受物體熱脹冷縮性質(zhì)的影響，混凝土內(nèi)部的膨脹變形量相對于表面混凝土的膨脹變形量大，這種相對變形的存在將會在混凝土表面相應的產(chǎn)生拉應力，當拉應力超過混凝土此時的實際抗拉強度時，混凝土便會出現(xiàn)裂縫。倘若混凝土骨料級配不連續(xù)，水灰比不穩(wěn)定，以及混凝土在運輸和澆筑過程中發(fā)生的離析現(xiàn)象，導致混凝土強度不均勻，內(nèi)部必然存在很多部位抗拉能力很低，從而又加劇了該類裂縫的產(chǎn)生和開展。

4.1.2 為了減少裂縫，控制內(nèi)外溫差，可以從降低混凝土入模溫度，降低水泥水化熱著手。

（1）拌合混凝土時用水將碎石冷卻，或澆筑前將模板用水均勻濕透以降低凝土的澆筑溫度；

（2）嚴格控制混凝土配合比，水灰比和砂率不宜太大，砂率大混凝土的收縮也較大；

（3）采用低熱或中熱水泥，降低水泥水化熱。如礦渣水泥和火山灰水泥等；

（4）改善骨料，控制用水量，采用低流動性混凝土能，如干硬性混凝土；

（5）摻加摻合料，如用一定量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰替代部分水泥，不僅可以改善混凝土的流動性，粘聚性和保水性，而且還可以降低水泥的水化熱。

4.2 結構設計原因。

（1）由于我國處于季風性氣候區(qū)，冬夏氣溫分布差異較大，加之版圖遼闊，不同地區(qū)氣候環(huán)境、溫度和濕度差異很大，現(xiàn)行混凝土設計規(guī)范對如何防止和減輕溫度收縮裂縫的設計和構造措施篇幅有限，而且缺乏行之有效的設計計算理論和計算方法以及詳細的溫度裂縫控制防治構造措施，導致結構設計人員只重視結構強度設計而輕視混凝土結構抗裂的構造措施，使得溫度裂縫大量存在鋼筋混凝土樓板中。為了減少樓板的溫度應力或收縮變形，設計人員應根據(jù)建筑平面的布置特點，并結合一線施工技術人員的施工經(jīng)驗，有針對性的采取控制和抵抗溫度收縮應力的結構構造措施。

（2）局部增配加強筋：在建筑平面變化明顯處等附近區(qū)域的板面上適當增加構造鋼筋；在因某種需要樓板截面受到削弱處，如樓板內(nèi)預埋PVC電線套管，一方面只允許PVC電線套管平行于板的短邊方向布置且套管直徑應小于板厚的三分之一，另一方面應在PVC 電線套管上下部加鋪寬度不小于40 mm 的鋼絲網(wǎng)片作為補強措施；在板角上部表面增設45度的細直徑輻射鋼筋，增強角部混凝土的抗裂性；暴露在室外的屋面板，陽臺板以及采用泵送混凝土的跨度較大的雙向板，應在板受壓面和四角配置細直徑溫度筋，使其對稱均勻分布，以提高混凝土的極限抗拉強度。

（3）加強屋面保溫隔熱措施：采用導熱系數(shù)小的高效保溫材料，或設置空氣隔熱層，使溫差對混凝土樓板的變形影響減小到最低程度。

（4）合理設置溫度收縮縫或有效地設置后澆帶：利用混凝土早期收縮量大的特性，通過設置后澆帶或減小溫度收縮縫的間距，縮短混凝土樓板的直線段長度，釋放早期混凝土溫度收縮應力，減小與溫度應力疊加，有效控制應溫度變形而引起混凝土板開裂。

4.3 施工和養(yǎng)護原因。

4.3.1 在混凝土的施工過程中，施工單位為了加快施工進度，而又不愿增加施工成本，通常選擇會提高模板的周轉(zhuǎn)率，這就要求新澆混凝土提早拆模。此時混凝土凝結硬化過程還遠未結束，如果模板內(nèi)混凝土溫度高于外界氣溫溫度時，拆模會造成表面混凝土溫度劇降，會在混凝土表面引起很大的“溫度沖擊”現(xiàn)象，表面混凝土急劇收縮，從而在混凝土表面產(chǎn)生較大的拉應力，再加上混凝土硬化初期的干縮變形和冷縮變形，使得混凝土表面的拉應力進一步增大，從而在混凝土表面產(chǎn)生裂縫，但如果拆模后及時在混凝土表面覆蓋一層保溫保濕材料，可以非常有效的控制因溫度急劇變化而在混凝土表面引起溫度裂縫。覆蓋保溫保濕對于混凝土的早期表面裂縫防治尤為重要，尤其是混凝土凝結硬化初期階段的早期養(yǎng)護。混凝土早期養(yǎng)護的目的在于使混凝土處于合適的溫度和濕度條件下，這樣既有利于保證水泥水化作用的順利進行，使其達到混凝土的預定設計強度，又有利于把不利溫度和濕度對表面混凝土造成的裂縫傷害降到最低程度。如在潮濕的條件下養(yǎng)護混凝土，混凝土溫度收縮值比在干燥條件下養(yǎng)護的混凝土收縮值減少6%～8%。因此混凝土澆筑后的最初幾天是混凝土養(yǎng)護的關鍵時期，施工技術人員應切實的重視起來，應采取必要的措施盡量減少因溫度變化引起的裂縫，保證混凝土的質(zhì)量觀感，強度和耐久性要求。

4.3.2 為了控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差，減少因溫度

大幅變化引起的混凝土裂縫，只靠做好混凝土的養(yǎng)護工作還遠遠不夠，還應從混凝土的施工工藝流程上著手來預防溫度對混凝土開裂的影響。

（1）盡量避免在高溫、嚴寒或大風條件下澆筑混凝土；

（2）混凝土澆筑過程中，實時測定混凝土內(nèi)部溫度和表面溫度，并采取降溫措施使得混凝土表面和內(nèi)部的溫差控制在合理的范圍內(nèi)，尤其是厚度較大的樓板以及筏板大體積混凝土澆筑；

（3）改善混凝土的攪拌加工工藝，在傳統(tǒng)的三冷技術的基礎上采用二次風冷新工藝，以此來降低混凝土的澆筑溫度達到控制混凝土內(nèi)部和表面溫差的目的；

（4）嚴格施工，合理安排施工工序，尤其是大體積混凝土澆筑，采取分層分塊澆筑利于散熱，減少約束，且要振搗密實，避免漏振和過振，以提高混凝土密實度及其抗拉強度。

（5）在混凝土初凝后終凝前，進行混凝土表面二次抹壓，減少混凝土內(nèi)部水分的過早蒸發(fā)和混凝土收縮量，以提高混凝土的抗壓強度和抗拉強度，保證混凝土的強度要求。

5. 結語

本文通過對材料及其配合比設計、結構設計、施工和養(yǎng)護三方面進行入手，對當前建筑工程中的混凝土溫度裂縫的成因進行了深入分析，并針對性的給出了有效預防混凝土溫度裂縫的措施，以此來確保混凝土質(zhì)量要求，為工程技術人員控制溫度裂縫提供參考和借鑒。

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[文章編號]1619-2737（2015）03-04-269

[作者簡介] 劉玉猛（1986-），男，工作單位：中鐵建工集團東非有限公司，施工技術員，2013年畢業(yè)于北京建筑工程學院，結構工程專業(yè)。