大面积钢结构混凝土组合楼板温度裂缝的设计控制要点

■陈亚洲 ■广东新广厦建筑设计院有限公司，广东 佛山 528031

一般情况下，常见的混凝土裂缝主要有温度裂缝、干缩裂缝、钢筋锈蚀裂缝和塑性收缩裂缝。在工程建筑施工中，楼板出现裂缝主要是因为外界环境的湿度和温度出现变化造成的。调查显示，大约90%以上的裂缝都是由收缩变形和温度变形造成的。而收缩变形和温度又有直接的联系。因此，控制温度是避免混凝土裂缝出现主要措施。

1 产生混凝土裂缝的内在原因

(1)当混凝土处于硬化阶段时，在水化过程中，大量的水化热会被水泥释放出来，导致混凝土内部的温度呈现不断升髙的趋势。由于混凝土内部的温度不同于混凝土表面的温度，并且散热条件存在差异，混凝土表面的散热速度非常快，而混凝土中心的散热速度则相对较慢，导致混凝土内部与表面的温度差相当大。在热胀冷缩的影响下，混凝土表面和内部出现了不同程度变形。与内部的混凝土相比，表面的混凝土受拉，而混凝土此时尚处于凝结硬化的初期阶段，混凝土的抗拉能力较弱，混凝土的抗拉强度小于表面混凝土的拉应力时，裂缝便出现在了混凝土表面。

(2)温度应力也被称为热应力，物体的温度升高或降低时，物体不能自由地伸缩，或由于物体内各部分温度的差异形成了不同的变形应力。一般以硬化过程为依据可以将混凝土结构的温度应力划分为早期、中期和晚期三阶段。通常将浇筑完混凝土至第28 天为止称为早期，此阶段水泥发生了水化反应，在此过程中大量的水化热被释放，同时很大程度上增加了混凝土的弹性模量［1］，并且达到了某一稳定的水平，但是因为混凝土的内外散热存在差异，混凝土内部会形成一部分残余的温度应力;混凝土从第28 天到其冷却到稳定温度阶段基本没有出现混凝土弹性模量的变化，这一阶段称为中期;混凝土的使用阶段即为晚期阶段，此阶段主要是外界气温变化导致温度应力的变化。

2 楼板温度裂缝呈现的特征

(1)在硬化阶段，由于水化热，混凝土的内部与外界温度产生差异，混凝土中心与表面的温度差呈现出来，导致混凝土产生了温度应力。约束和混凝土抗拉强度两个因素导致了裂缝的产生，如果混凝土构件是自由构件，那么外部因素完全不影响构件，混凝土构件处于自由变形的状态，这时温度应力是0，不会有裂缝出现在混凝土构件上;如果混凝土构件是完全约束构件，即外部因素会完全影响到混凝土构件，此时混凝土的温度应力呈现出最大的状态，但其变形值则为0，那么混凝土既不会变形也就不会出现裂缝;所有物体都具有的一项基本性质是热胀冷缩，因此是不存在受完全约束的混凝土构件的，大部分的混凝土构件的状态是处于完全约束与完全自由之间。换句话说，混凝土构件有的是变形，有的是存在约束应力，在约束限制条件下，混凝土构件会出现变形的程度较大，与同龄期混凝土的极限抗拉应变相比，当该变形大于此值时，裂缝就会出现在混凝土上。

(2)相比于其他类型构件，板类构件的收缩变形大但体表小，当混凝土处于降温冷却阶段时，楼板会受到梁墙的约束，此时拉应力会出现在板内，特别是在外墙的转角处，刚度与对板的约束呈正相关的关系，因此外墙转角处是大部分板类构件温度裂缝出现的地方，并且呈现放射状，且斜角是45°［2］。如果没有针对裂缝采取有效的预防措施，裂缝可能最终形成温度裂缝，且是深入的或贯穿性的。

3 混凝土裂缝的设计控制要点

3.1 合理设计混凝土配合比

在进行掺合料和水泥的选择时，要根据所在地区的实际情况选择水泥材料。为了保证混凝土的可泵性，降低水化热，在设计配合比时，要尽量降低水泥的使用量，并掺入适量的粉煤灰。在选择骨料时，设计使用颗粒直径在2cm 以内的连续级配碎石，并使用中粗砂。设计混凝土坍落度为14～18cm，使用XJG 高效减水剂作为外加剂，并在保证坍落度不发生变化的情况下，降低拌合所需的水量，并加入UEA-A 膨胀剂。

3.2 混凝土施工设计

除了做好混凝土的养护工作，还要按照混凝土的施工工艺流程，预防混凝土因为温度变化出现开裂，可以使混凝土内部和表面的温度差得到很好的控制，降低混凝土出现温度裂缝的可能性。

在进行混凝土施工设计时，不允许混凝土的浇筑作业在髙温、严寒或大风条件下进行。浇筑混凝土时，要实时测定混凝土的内部温度和表面温度，为了控制混凝土表面和内部的温差在合理的范围内，要采取适当的降温措施，特别是厚度较大的楼板，或者浇筑大体积的筏板混凝土;设计采用二次风冷新工艺进行施工，通过此施工工艺可以使混凝土的浇筑温度得到降低，并且混凝土内部和表面温差可以得到控制;在进行大体积混凝土的浇筑施工时，为了改善散热并减少约束，设计使用分层分块的方式进行浇筑，并要求振捣密实度达到规定要求，不允许出现过振和漏振的情况，全方位提高混凝土的抗拉强度。为了降低混凝土内部水分的蒸发量，设计在混凝土初凝后、终凝前进行混凝土的二次抹压施工，提升混凝土的抗拉和抗压强度。

3.3 局部加强筋的增配设计

对于建筑平面变化明显的地方以及其附近区域的板面;还有楼板截面受到削弱的地方(由于某种特殊需要)，如将PVC 电线套管预埋在楼板内都需要设计加强筋。一方面布置在PVC 电线套管与板的短边平行的方向，保证套管的直径小于1/3 板厚，另一方面将钢丝网片加铺在PVC 电线套管上下部，保证宽度在40 毫米以上，这是一种补强的措施;为了增强角部混凝土的抗裂性，将45 度的细直径辐射钢筋增设在板角上部表面;为了减小温差对混凝土楼板的变形影响，选择保温材料的标准为导热系数小，或将空气隔热层设置在其上。

3.4 温度收缩缝及后浇带的设计

以混凝土早期收缩量大的特性为依据，设置后浇带或将温度收缩缝的间距减小，控制温度对裂缝形成的影响。在混凝土收缩当量温差作用下，当将后浇带作为钢筋混凝土结构时，图1 所示的即为顶层楼板的温度变形情况图，图2 所示的是底层楼板的温度应力分布情况图。钢筋混凝土楼板设置后浇带后，底层楼板温度应力最大逐层出现减小仍然是其温度应力分布遵循的规律，并且同一楼层的平面内，温度应力最小和最大的地方分别是后浇带附近和内转角处，与此同时，楼板的变形规律也有迹可循，即从底层到顶层逐渐增大，并且同一楼层的平面内，温度变形最大的地方为后浇带处。

后浇带的设置效果较大，混凝土收缩当量温差可以被降低，因此其对楼板的温度作用也可以得到有效的降低，当将后浇带设置在钢筋混凝土结构上时，各层楼板的最大温度变形幅度较大，降低了51%左右，底层楼板除外。

3.5 测温点的布置设计

为了可以将混凝土块体的降温速度、内外温度差、环境温度等体现出来，需要设计测温点。测温点以楼板平面图对称轴线的半条轴线作为温度测量区域，混凝土浇筑块体的外表温度以内50mm 的温度为准，沿着混凝土楼板的浇筑高度，在混凝土底部、中部和表面布置混凝土，各个垂直测点之间的距离保持在500～1000mm，测点分别布置在楼板的中间和边缘，对所有的测温孔进行编号，测量混凝土表面温度和内部不同深度的温度。对混凝土内部温度升温情况进行记录，并根据温度记录结果，适当增减保温材料的层数和厚度。对大体积混凝土表面和中心的温差，要求环境和混凝土表面之间的温差低于25℃。当大体积混凝土表面和中心的温差超过25℃时，要适当增加保温材料的层数和厚度，当表面温度与环境温度之差超过25℃，可适当减少保温材料厚度或层数，反之亦然。

4 结论

在大面积钢结构混凝土施工过程中，楼板温度裂缝一直都是控制的重点和难点，由于温度变化过程中的不确定因素比较多，导致影响混凝土温度的因素比较多。在施工过程中，为了控制混凝土裂缝，要从配合比设计、结构设计、施工等几个方面着手，深入分析混凝土温度裂缝出现的原因，并制定合理的裂缝预防措施，保证工程的施工质量。

［1］丁翠红，顾建文.大型多层框架的裂缝控制设计理论及其应用［J］.建筑技术，2003，34(4):252-254.

［2］刘开国.超长框架结构的温度变形与温度应力［J］.建筑结构，2002，30(2):36-40.

［3］侯小英，周小英，王华.超长高层建筑钢筋混凝土结构温度效应分析［J］.上海建设科技，2005，(2):53-55.