大面積鋼結構混凝土組合樓板溫度裂縫的設計控制要點

■陳亞洲 ■廣東新廣廈建筑設計院有限公司，廣東 佛山 528031

一般情況下，常見的混凝土裂縫主要有溫度裂縫、干縮裂縫、鋼筋銹蝕裂縫和塑性收縮裂縫。在工程建筑施工中，樓板出現裂縫主要是因為外界環境的濕度和溫度出現變化造成的。調查顯示，大約90%以上的裂縫都是由收縮變形和溫度變形造成的。而收縮變形和溫度又有直接的聯系。因此，控制溫度是避免混凝土裂縫出現主要措施。

1 產生混凝土裂縫的內在原因

(1)當混凝土處于硬化階段時，在水化過程中，大量的水化熱會被水泥釋放出來，導致混凝土內部的溫度呈現不斷升髙的趨勢。由于混凝土內部的溫度不同于混凝土表面的溫度，并且散熱條件存在差異，混凝土表面的散熱速度非常快，而混凝土中心的散熱速度則相對較慢，導致混凝土內部與表面的溫度差相當大。在熱脹冷縮的影響下，混凝土表面和內部出現了不同程度變形。與內部的混凝土相比，表面的混凝土受拉，而混凝土此時尚處于凝結硬化的初期階段，混凝土的抗拉能力較弱，混凝土的抗拉強度小于表面混凝土的拉應力時，裂縫便出現在了混凝土表面。

(2)溫度應力也被稱為熱應力，物體的溫度升高或降低時，物體不能自由地伸縮，或由于物體內各部分溫度的差異形成了不同的變形應力。一般以硬化過程為依據可以將混凝土結構的溫度應力劃分為早期、中期和晚期三階段。通常將澆筑完混凝土至第28 天為止稱為早期，此階段水泥發生了水化反應，在此過程中大量的水化熱被釋放，同時很大程度上增加了混凝土的彈性模量［1］，并且達到了某一穩定的水平，但是因為混凝土的內外散熱存在差異，混凝土內部會形成一部分殘余的溫度應力;混凝土從第28 天到其冷卻到穩定溫度階段基本沒有出現混凝土彈性模量的變化，這一階段稱為中期;混凝土的使用階段即為晚期階段，此階段主要是外界氣溫變化導致溫度應力的變化。

2 樓板溫度裂縫呈現的特征

(1)在硬化階段，由于水化熱，混凝土的內部與外界溫度產生差異，混凝土中心與表面的溫度差呈現出來，導致混凝土產生了溫度應力。約束和混凝土抗拉強度兩個因素導致了裂縫的產生，如果混凝土構件是自由構件，那么外部因素完全不影響構件，混凝土構件處于自由變形的狀態，這時溫度應力是0，不會有裂縫出現在混凝土構件上;如果混凝土構件是完全約束構件，即外部因素會完全影響到混凝土構件，此時混凝土的溫度應力呈現出最大的狀態，但其變形值則為0，那么混凝土既不會變形也就不會出現裂縫;所有物體都具有的一項基本性質是熱脹冷縮，因此是不存在受完全約束的混凝土構件的，大部分的混凝土構件的狀態是處于完全約束與完全自由之間。換句話說，混凝土構件有的是變形，有的是存在約束應力，在約束限制條件下，混凝土構件會出現變形的程度較大，與同齡期混凝土的極限抗拉應變相比，當該變形大于此值時，裂縫就會出現在混凝土上。

(2)相比于其他類型構件，板類構件的收縮變形大但體表小，當混凝土處于降溫冷卻階段時，樓板會受到梁墻的約束，此時拉應力會出現在板內，特別是在外墻的轉角處，剛度與對板的約束呈正相關的關系，因此外墻轉角處是大部分板類構件溫度裂縫出現的地方，并且呈現放射狀，且斜角是45°［2］。如果沒有針對裂縫采取有效的預防措施，裂縫可能最終形成溫度裂縫，且是深入的或貫穿性的。

3 混凝土裂縫的設計控制要點

3.1 合理設計混凝土配合比

在進行摻合料和水泥的選擇時，要根據所在地區的實際情況選擇水泥材料。為了保證混凝土的可泵性，降低水化熱，在設計配合比時，要盡量降低水泥的使用量，并摻入適量的粉煤灰。在選擇骨料時，設計使用顆粒直徑在2cm 以內的連續級配碎石，并使用中粗砂。設計混凝土坍落度為14～18cm，使用XJG 高效減水劑作為外加劑，并在保證坍落度不發生變化的情況下，降低拌合所需的水量，并加入UEA-A 膨脹劑。

3.2 混凝土施工設計

除了做好混凝土的養護工作，還要按照混凝土的施工工藝流程，預防混凝土因為溫度變化出現開裂，可以使混凝土內部和表面的溫度差得到很好的控制，降低混凝土出現溫度裂縫的可能性。

在進行混凝土施工設計時，不允許混凝土的澆筑作業在髙溫、嚴寒或大風條件下進行。澆筑混凝土時，要實時測定混凝土的內部溫度和表面溫度，為了控制混凝土表面和內部的溫差在合理的范圍內，要采取適當的降溫措施，特別是厚度較大的樓板，或者澆筑大體積的筏板混凝土;設計采用二次風冷新工藝進行施工，通過此施工工藝可以使混凝土的澆筑溫度得到降低，并且混凝土內部和表面溫差可以得到控制;在進行大體積混凝土的澆筑施工時，為了改善散熱并減少約束，設計使用分層分塊的方式進行澆筑，并要求振搗密實度達到規定要求，不允許出現過振和漏振的情況，全方位提高混凝土的抗拉強度。為了降低混凝土內部水分的蒸發量，設計在混凝土初凝后、終凝前進行混凝土的二次抹壓施工，提升混凝土的抗拉和抗壓強度。

3.3 局部加強筋的增配設計

對于建筑平面變化明顯的地方以及其附近區域的板面;還有樓板截面受到削弱的地方(由于某種特殊需要)，如將PVC 電線套管預埋在樓板內都需要設計加強筋。一方面布置在PVC 電線套管與板的短邊平行的方向，保證套管的直徑小于1/3 板厚，另一方面將鋼絲網片加鋪在PVC 電線套管上下部，保證寬度在40 毫米以上，這是一種補強的措施;為了增強角部混凝土的抗裂性，將45 度的細直徑輻射鋼筋增設在板角上部表面;為了減小溫差對混凝土樓板的變形影響，選擇保溫材料的標準為導熱系數小，或將空氣隔熱層設置在其上。

3.4 溫度收縮縫及后澆帶的設計

以混凝土早期收縮量大的特性為依據，設置后澆帶或將溫度收縮縫的間距減小，控制溫度對裂縫形成的影響。在混凝土收縮當量溫差作用下，當將后澆帶作為鋼筋混凝土結構時，圖1 所示的即為頂層樓板的溫度變形情況圖，圖2 所示的是底層樓板的溫度應力分布情況圖。鋼筋混凝土樓板設置后澆帶后，底層樓板溫度應力最大逐層出現減小仍然是其溫度應力分布遵循的規律，并且同一樓層的平面內，溫度應力最小和最大的地方分別是后澆帶附近和內轉角處，與此同時，樓板的變形規律也有跡可循，即從底層到頂層逐漸增大，并且同一樓層的平面內，溫度變形最大的地方為后澆帶處。

后澆帶的設置效果較大，混凝土收縮當量溫差可以被降低，因此其對樓板的溫度作用也可以得到有效的降低，當將后澆帶設置在鋼筋混凝土結構上時，各層樓板的最大溫度變形幅度較大，降低了51%左右，底層樓板除外。

3.5 測溫點的布置設計

為了可以將混凝土塊體的降溫速度、內外溫度差、環境溫度等體現出來，需要設計測溫點。測溫點以樓板平面圖對稱軸線的半條軸線作為溫度測量區域，混凝土澆筑塊體的外表溫度以內50mm 的溫度為準，沿著混凝土樓板的澆筑高度，在混凝土底部、中部和表面布置混凝土，各個垂直測點之間的距離保持在500～1000mm，測點分別布置在樓板的中間和邊緣，對所有的測溫孔進行編號，測量混凝土表面溫度和內部不同深度的溫度。對混凝土內部溫度升溫情況進行記錄，并根據溫度記錄結果，適當增減保溫材料的層數和厚度。對大體積混凝土表面和中心的溫差，要求環境和混凝土表面之間的溫差低于25℃。當大體積混凝土表面和中心的溫差超過25℃時，要適當增加保溫材料的層數和厚度，當表面溫度與環境溫度之差超過25℃，可適當減少保溫材料厚度或層數，反之亦然。

4 結論

在大面積鋼結構混凝土施工過程中，樓板溫度裂縫一直都是控制的重點和難點，由于溫度變化過程中的不確定因素比較多，導致影響混凝土溫度的因素比較多。在施工過程中，為了控制混凝土裂縫，要從配合比設計、結構設計、施工等幾個方面著手，深入分析混凝土溫度裂縫出現的原因，并制定合理的裂縫預防措施，保證工程的施工質量。

［1］丁翠紅，顧建文.大型多層框架的裂縫控制設計理論及其應用［J］.建筑技術，2003，34(4):252-254.

［2］劉開國.超長框架結構的溫度變形與溫度應力［J］.建筑結構，2002，30(2):36-40.

［3］侯小英，周小英，王華.超長高層建筑鋼筋混凝土結構溫度效應分析［J］.上海建設科技，2005，(2):53-55.