某工程天面板温度裂缝成因及控制措施

叶 勇 丁伟星

(1、中国市政工程西北设计研究院有限公司东莞分院，广东 东莞 511700 2、东莞市环境保护局大岭山分局，广东 东莞 511700）

1、工程概况

本工程综合楼建筑面积为4000m2，现浇框架结构，半地下室一层，地面以上三层，基础为天然基础。工程现已竣工。

2、裂缝发生和发展的情况

该工程天面建筑平面尺寸为51000mm×19500mm,A-B轴为主变压器基础楼盖，B-C轴为GIS室。设计未留置伸缩缝。天面梁板混凝土强度等级为C30,采用商品混凝土，塌落度70-90mm,掺入16%粉煤灰和0.6%的减水剂；板厚H=120mm绝大部分为双向板，最大跨度为4000mm，最小跨度为2000mm；底筋为φ10@150，支座负筋为φ10@150、φ10@200两种，天面框架梁及其的次梁的截面尺寸为b×h=300×500mm,300×700mm,300×900mm。

该层楼面于2008年6月25日浇筑完混凝土，浇水养护14天，7月23日拆模。8月15日发现4-10×A-C轴间的天面板面有12条裂缝，裂缝方向基本垂直于字母轴。裂缝宽度为0.4-2mm，1-2mm为多，最长为2.5mm，裂缝长度最短的为1.8m，最长的达4.9m。裂缝形态较规则，但未跨越板周边的梁。

3、对裂缝产生的主要原因分析

3.1 原材料方面

梁、板使用的Ⅰ、И级钢筋的出厂合格证和工地抽样送检的结果表明，钢材的化学成分和物理力学指标全部合格的；水泥为32.5R普通硅酸盐水泥，其安定性和强度等指标全部合格；砂为И级级配中砂，粗骨料未花岗岩碎石（16-31.5mm），砂、石含泥量均在规范允许的范围内。外加剂和搅拌用水均合格。商品混凝土由有资质的商品混凝土公司搅拌、运输至现场。现场对该商品混凝土取样制备试块送检。检验报告三组试件的28d强度代表值分别为34.3MPa、35.2 MPa、34.7 MPa，均为合格。由以上情况判定裂缝的产生与原材料本身的质量无关。

3.2 施工机具和工艺方面

商品混凝土运至现场后用人力推车通过物料提升机运至浇捣部位，梁部位用插入式振动器，板部位用平板振动器振实；混凝土终凝之后浇水养护14d；模板用胶合板，支撑用满堂红钢管架，混凝土浇捣完毕后29d才拆除支撑和模板。混凝土工人、钢筋工人和木工都是同一批熟练工人。浇捣混凝土当天天晴。整个楼面混凝土历时20小时连续浇捣完毕，未留施工缝也未留后浇带。由此分析，基本上也可以排除施工机具、工艺和操作人员素质造成裂逢的可能性。

3.3 环境因素

由施工和监理日志查得浇捣混凝土后的天气和气温情况如下：浇捣后至7月底有12d为雨天，气温为23～33℃；8月份仅有5d雨天，气温为26～36℃；由以上资料可见7月份雨天较多，对混凝土强度增长期的养护为有利因素，8月份以后气温增高很多，且晴天多，雨天少，昼夜温差为11～12℃，需指出的是，天面部分长期接受阳光曝晒，如遇骤雨，天面部分的混凝土构件承受的温差肯定远大于昼夜气温的温差。笔者认为环境困素，具体讲即是温度骤变，温差过大是造成裂缝的主要外部原因。

3.4 构件受约束的因素

混凝土构件因温差而引起的裂缝可分两大类情况：一类如大体积、大厚度的混凝土构件（如高层建筑的地下室底板），因混凝土内水泥水化热造成混凝土浇捣后一定时间内温度很快上升，若构件表面保温不好，致使构件内、外温差过大（一般充许25～28℃的温差）时，构件表明将出现裂缝。另一类是构件内外温度较均匀（温差引起的拉应力小于混凝土的抗拉强度）时，如构件受到相邻构件的较大约束，或构件之间存在较大温差时，也会引起抗裂能力小的构件开裂，这种裂缝往往不是表面性，而是贯穿性的。本工程天面板受到周边柱和梁的约束，柱、梁受不到阳光曝晒，温度变化肯定滞后于厚度为120mm的楼板，所以当板混凝土温度下降较快而收缩时，梁、墙混凝土温度下降较慢而收缩程度小，便形成对板的收缩约束，当板中的拉应力大于板混凝土的抗拉极限强度时，便产生了板中垂直于具约束力的梁的裂缝。笔者认为，本工程天面板在温度骤变后必然开裂这一结果。

约束和温差是产生裂缝的两个因素，缺少任何一个因素，板都不会产生裂缝。作为印证笔者这一观点的客观事实是：首层高压室、电容器室的楼板，同样受到梁、柱的约束，但因未长期暴露在露天，板的温度变化比天面部分小很多，故未产生裂缝。

4、应用现有理论的定量分析

对于钢筋混凝土结构的裂缝（包括荷载和非荷载的原因）的产生机理和抗裂理论，国内外已有不少研究，但主要成果（形成规范的）还是集中在荷载裂缝方面。对于非荷载裂缝（包括温度、湿度和地基变形等因素引起的裂逢），现行规范尚缺少明确的规定，尤其缺少可赖以进行定量分析的理论。我国著名的工程结构裂缝控制专家王铁梦在这方面进行了富有成果的理论研究和工程实践，本文下面试图应用王铁梦专家的理论对本工程前述钢筋混凝土板的裂缝进行定量分析。

4.1 板长向的最大拉应力

约束应力与约束变形的理论公式：

式中E——混凝土的弹性模量，N/mm2；

a——混凝土线膨胀系数，1/℃；

T——相对收缩当量温差（本例中为梁、板温差℃，）

CX——水平阻力系数，N/mm3；

L——板长，mm；

为简化计算，本例板宽13500mm，L=42000 mm（[3）～（12）轴]，

CX=1.5 N/mm3据气温记录及有关资料，7～8月份经受太阳光长期辐射作用，板的平均最高温度可达52℃，如前述，梁、柱处于未受太阳光长期辐射作用，故温度变化滞后，计算中取梁的平均温度为28℃，即

4.2 钢筋混凝土板总的抗拉应力

当考虑温度骤降时

[RT]=εpaE

式中εpa——不考虑混凝土徐变的最终极限拉伸变形（应变），即钢筋混凝土板的弹性极限拉伸。

按齐斯克列里公式计算：

εpa=0.5RT（1-ρ/d）×10-4

式中Rf——混凝土标准抗拉强度，MPa(对C30混凝土，Rf=2 MPa)；

ρ——板的配筋率；

d——钢筋直径，cm.

4.3 按约束应力法判断板是否开裂的准则

[Rf]/k≥[σx]

式中k——安全系数，一般工程可取k=1.25。

分别按以下三种实际配筋情况计算[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|

计算结果汇总于下表：

各种配筋情况下板的抗裂计算汇总表

由上表可见，从理论上分析，按实际配筋，板在温度骤降的情况下极易产生裂缝。应该指出，上述理论公式是在受两边梁对称约束的单跨板的情况下推导出来的，故应用于多跨板具有一定的近似性。对本工程的单跨板，当然可以应用该理论公式进行裂缝分析，本文在此从略。

5、结论

（1）从本工程实例看出，对于两边（或周边）受刚度较大构件约束的现浇钢筋混凝土楼板，浇捣混凝土后长期暴露在露天时，又无适当的隔热措施，受昼夜温差，或暴雨后温度骤降作用时，板极易产生垂直于大刚度构件方向的温度裂逢。为防止这类裂缝的产生，应人设计和施工两方面考虑。

（2）设计方面可采取措施：采用小直径，小间距的板筋，或双层布筋。从本例看，如果露天部分板在原设计底筋基础上再加一层φ6@200的面筋，即可抵抗温差收缩应力而不致辞开裂。

（3）施工方面可采取以下措施：1）加强混凝土的养护，延长养护时间；2）可采取适当的隔热措施，例如在混凝土板表面围堰蓄水5～9cm深，或覆盖较厚的湿草包或麻袋，防止板在阳光辐射下产生过大的温升。直至做好混凝土板上面的具有一定隔热能力的面层为止（本例天面混凝土板面层设计为20mm厚耐磨砖）。本例温度裂缝处理方法为：沿裂逢凿V形槽，清洗干净后灌以防水油膏。处理后未见漏水现象。

[1]何维檄.浅谈惠州110 kV樟浦变电站综合楼天面板温度裂缝成因及防治

[2]《企业技术开发（下半月）》,2010 年 10 期.