淺談鋼筋混凝土樓面裂縫的成因及控制措施

唐輝

（天津華北地質(zhì)勘查局，天津 300170）

1 鋼筋混凝土樓面裂縫概述

鋼筋混凝土樓面裂縫是施工中常見的質(zhì)量通病，混凝土樓面在澆筑完成后，隨齡期發(fā)展逐漸硬化并產(chǎn)生強(qiáng)度。在這一過程中，由于混凝土各組分之間力學(xué)性能不一致，產(chǎn)生初始應(yīng)力進(jìn)而產(chǎn)生寬度小于 0.05mm 的微裂縫，這是混凝土材料固有的一種物理性質(zhì)，微裂縫的產(chǎn)生是不可避免的，屬于無害裂縫。但在荷載作用或進(jìn)一步產(chǎn)生溫差及干縮的情況下，微裂縫會擴(kuò)展并逐漸相互貫通，出現(xiàn)較大的、肉眼可見的宏觀裂縫，可能會對建筑質(zhì)量產(chǎn)生影響[1]。

混凝土裂縫的危害包括以下三方面：（1）影響建筑物強(qiáng)度、耐久性；（2）影響建筑物剛度；（3）影響建筑物使用功能。本文討論的鋼筋混凝土樓面裂縫的危害主要集中于第三種，即影響建筑物使用功能，如影響樓面抗?jié)B體系造成滲漏隱患等。

國家標(biāo)準(zhǔn) GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第 3.4.4 條對于裂縫控制等級進(jìn)行了規(guī)定[2]：

一級－－嚴(yán)格要求不出現(xiàn)受力裂縫的構(gòu)件；

二級－－一般要求不出現(xiàn)受力裂縫的構(gòu)件；

三級－－允許出現(xiàn)受力裂縫的構(gòu)件。

樓面一般屬于三級，即允許出現(xiàn)受力裂縫的構(gòu)件。規(guī)范第 3.4.5 條及附表根據(jù)結(jié)構(gòu)類型、環(huán)境等級及裂縫控制等級，規(guī)定了裂縫寬度限值（如表1）。樓面所處環(huán)境類別和耐久性作用等級以二 b 級為主，裂縫寬度限值 Wlim=0.20mm，寬度超過 0.20mm 的裂縫即為有害裂縫，需進(jìn)行處理。

2 鋼筋混凝土樓面裂縫的成因

通過長期的工程實(shí)踐，業(yè)內(nèi)將鋼筋混凝土樓面裂縫的成因歸為設(shè)計(jì)原因、材料原因、施工原因三類。其中設(shè)計(jì)原因、材料原因最終可歸于混凝土的收縮特性，而施工原因可歸于外加載荷超出樓面力學(xué)性能，以下分別說明。

表1 結(jié)構(gòu)構(gòu)件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度的限值 mm

2.1 設(shè)計(jì)原因

對混凝土樓面裂縫發(fā)生的部位進(jìn)行分析，在樓面四周陽角處，集中分布于樓面角部放射筋末端的 45 度角裂縫是裂縫主要形式之一。在現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，樓面與剪力墻、柱、圈梁為整體澆筑，圈梁等構(gòu)件對樓面在水平的 x、y 方向均形成約束?；炷翗敲嬖趶?qiáng)度不斷發(fā)展的過程中，由于內(nèi)部的收縮特性產(chǎn)生應(yīng)力；同時(shí)在陽光照射下，樓面上下表面存在較大溫差，樓面內(nèi)同時(shí)存在溫度應(yīng)力[3-4]。從設(shè)計(jì)角度看，現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范中并未針對溫差及混凝土材料收縮專門設(shè)置參數(shù)，如在設(shè)計(jì)中未單獨(dú)考慮這一因素，易出現(xiàn)配筋薄弱的情況。由于混凝土材料本身沒有受拉性能，在梁板交界的 x、y 方向拉應(yīng)力同時(shí)作用下，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，即沿 45 度方向開裂。

2.2 材料原因

混凝土材料存在的收縮特性是引起樓面裂縫的根本原因，收縮量隨時(shí)間增長而不斷加大，收縮速率隨混凝土齡期的增長而急劇減小，澆筑完成 90d 內(nèi)的收縮量為全部收縮量的 40%～80%，大部分收縮變形在一年內(nèi)完成?；炷恋氖湛s包括了終凝前的凝縮變形、混凝土硬化過程中的干縮變形、凝膠材料的水化作用引起自身收縮變形、溫度下降引起的冷縮變形、因碳化引起的碳化收縮變形五個(gè)階段，其中以干縮變形與冷縮變形導(dǎo)致混凝土樓面開裂為主[5]。下面將對水泥品種及用量、骨料品種與含量、外加劑種類、入模溫度等影響混凝土收縮的因素進(jìn)行進(jìn)一步分析。

圖1 混凝土收縮量—齡期典型曲線

2.2.1 水泥用量及品種

混凝土的收縮主要來自水泥漿的收縮，如果混凝土內(nèi)部水灰比增大、水泥用量增多、水泥標(biāo)號升高，都將加大混凝土集料比表面積，增加混凝土吸附水分的能力，所吸附水分大幅超過了水泥水化及強(qiáng)度增長所需的水分，使混凝土的體積收縮嚴(yán)重加劇。水泥品種方面，礦渣水泥比普通水泥收縮大、高強(qiáng)度水泥比低強(qiáng)度水泥收縮大、粉煤灰水泥收縮值較小[6]。

2.2.2 骨料級配及質(zhì)量

混凝土收縮隨骨料含量的增加而減小，隨骨料彈性模量的增加而減小，同時(shí)又隨骨料中粘土含量的增加而增大，成品混凝土中骨料的質(zhì)量問題會影響混凝土收縮量進(jìn)而引起開裂。例如使用石灰?guī)r為粗骨料的混凝土比用砂巖為粗骨料的混凝土收縮率降低 20%～30%，砂巖在干濕條件下收縮變性較大，而石灰?guī)r基本上不變，干濕變形大的粗骨料是不能很好抑制變形的。細(xì)骨料方面，預(yù)拌混凝土廠家為控制成本，常采用細(xì)度模數(shù)低、含泥量較高的中細(xì)砂，導(dǎo)致骨料級配無法滿足 GB/T 14902—2012《預(yù)拌混凝土國家標(biāo)準(zhǔn)》[7]，不能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。

2.2.3 混凝土外加劑

混凝土外加劑可以節(jié)省水泥用量、優(yōu)化混凝土強(qiáng)度與性能，但預(yù)拌混凝土廠家為改善混凝土性能，對外加劑的過度或不當(dāng)使用會成為混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的隱患。例如為節(jié)省水泥用量過度使用減水劑，易導(dǎo)致混凝土的泌水與離析，導(dǎo)致干縮裂縫的產(chǎn)生；為保證混凝土現(xiàn)場坍落度，廠家可能過度使用緩凝劑，使得混凝土在澆筑后長期處于塑性狀態(tài)下，不利于早期強(qiáng)度的形成，骨料在自重作用下也易沉降，加劇了混凝土體系的不均勻性，在拉應(yīng)力作用下不同材料間易產(chǎn)生裂縫。

2.2.4 混凝土入模溫度

混凝土澆筑后在硬化期間，水泥放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升。盡管溫度對裂縫的影響主要體現(xiàn)在大面積混凝土澆筑過程中，但對于混凝土樓面，澆筑過程中表面與內(nèi)部溫差、上下兩面溫差同樣不可忽視。經(jīng)現(xiàn)場實(shí)際測量，如在炎熱天氣澆筑，在正常養(yǎng)護(hù)條件下，150mm 厚樓面的表面、地面溫差仍可達(dá)到15～20℃，產(chǎn)生較為顯著的溫度應(yīng)力差，是引起開裂的隱患。但因現(xiàn)場工期緊張、預(yù)拌混凝土批次、施工人員意識不到位等原因，往往難以從各方面兼顧混凝土入模溫度的問題，未采取特別措施，導(dǎo)致溫度裂縫的產(chǎn)生，尤以夏季施工過程中最為顯著。

2.3 施工原因

混凝土施工過程中或施工后的保護(hù)不當(dāng)也易導(dǎo)致樓面產(chǎn)生裂縫。混凝土樓面在鋼筋綁扎或混凝土澆筑過程中，如未注意上層鋼筋網(wǎng)的有效保護(hù)，各工種施工人員行走頻繁對樓面上層的混凝土鋼筋造成破壞，在混凝土澆筑前又未及時(shí)修復(fù)及設(shè)置馬鐙筋，易導(dǎo)致樓面上層鋼筋在混凝土中位置偏低，鋼筋保護(hù)層分布改變，樓面上部抗拉性能差，導(dǎo)致樓面出現(xiàn)裂縫。此外，由于大部分工程都存在趕工期、施工場地緊張等問題，常在混凝土未達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度甚至在養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足 24h 的情況下過早拆?；蚨逊胖匚铮自斐蓸敲嬖趶?qiáng)度不足的情況下受各類動靜荷載作用引起裂縫，尤以大跨度處最為明顯，且此類裂縫與混凝土干縮裂縫應(yīng)力產(chǎn)生方式不同，極易發(fā)展為宏觀裂縫，必須特別注意預(yù)防。

3 鋼筋混凝土樓面裂縫的控制措施

針對以上原因分析，本文接下來將從設(shè)計(jì)、材料、施工三個(gè)角度，具體討論鋼筋混凝土樓面裂縫的控制措施。

3.1 設(shè)計(jì)角度

現(xiàn)行規(guī)范中，對樓面配筋未綜合考慮混凝土的溫度應(yīng)力及收縮特性。因溫度、混凝土干縮帶來的應(yīng)力主要集中于剪力墻、柱、圈梁等對樓面形成約束的構(gòu)件。因此，僅僅通過樓面整體雙層雙向鋼筋的均一化配筋，提升樓面抵抗拉應(yīng)力的整體性是不足的。在應(yīng)力集中部位，即樓面陽角處需對雙層雙向鋼筋進(jìn)行加密，并布置延伸至剪力墻、圈梁的通長鋼筋，利用 x、y 兩個(gè)方向鋼筋的加密區(qū)，有效承擔(dān)角部應(yīng)力集中部位的拉應(yīng)力，防止 45 度方向裂縫的發(fā)生與轉(zhuǎn)移。

3.2 材料角度

3.2.1 混凝土配合比及骨料質(zhì)量控制

從材料角度對鋼筋混凝土樓面裂縫進(jìn)行控制的核心是嚴(yán)格控制混凝土施工配合比，以及混凝土組分中各骨料的力學(xué)性能、化學(xué)性能良好。在這里以常見的 C25混凝土為例：常規(guī) C25 混凝土配合比為：水 175kg、水泥 398kg、砂 566kg、石子 1261kg，以此配合比進(jìn)行計(jì)算，水灰比為 0.44、單位用水量 175kg、砂率 31%。無論現(xiàn)場攪拌或使用預(yù)拌混凝土，均需嚴(yán)格按指標(biāo)開盤，尤其要杜絕為保證和易性而現(xiàn)場加水或片面提高砂率的情況。骨料方面，為減輕干縮變形趨勢，應(yīng)將骨料級配作為混凝土質(zhì)量控制重點(diǎn)，需按 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》[8]中各條款選擇級配良好、連續(xù)的石子與中粗砂作為骨料，嚴(yán)格控制骨料的堿活性、含泥量及有機(jī)質(zhì)含量，保證骨料吸附的水分與水泥水化所需水分一致，將混凝土的體積收縮控制在可控范圍之內(nèi)。對于使用預(yù)拌混凝土的項(xiàng)目，應(yīng)選取經(jīng)當(dāng)?shù)刭|(zhì)量監(jiān)督部門認(rèn)證的混凝土攪拌站，現(xiàn)場核實(shí)預(yù)拌混凝土相關(guān)資料及按規(guī)范留置試塊。

3.2.2 混凝土外加劑控制

混凝土外加劑可以有效改善混凝土的力學(xué)性能、工作性等，現(xiàn)已得到廣泛利用。從理論上講，只要外加劑與水泥相容性能夠滿足 GB 50119—2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》[9]的需求，且通過試塊試驗(yàn)，即可成批開盤。但實(shí)際施工中經(jīng)常遇到混凝土攪拌站為改善混凝土工作性，便于遠(yuǎn)距離運(yùn)送、泵送，過度使用減水劑及緩凝劑的情況，造成混凝土凝結(jié)過慢，進(jìn)而引發(fā)混凝土內(nèi)粗骨料的離析或初始強(qiáng)度增長低于理論曲線，成為引發(fā)樓面裂縫的隱患。應(yīng)對這一問題，施工單位需將現(xiàn)場施工條件準(zhǔn)確告知預(yù)拌混凝土廠家，對于凝結(jié)時(shí)間提出具體要求，確保廠家的調(diào)整與現(xiàn)場一致；而坍落度保持方面，則傾向于通過控制運(yùn)送時(shí)間、調(diào)整各組分水泥比例來實(shí)現(xiàn)。

粉彩瓷作為景德鎮(zhèn)的“四大名瓷”之一，有著其厚重的歷史積淀。而深受西方現(xiàn)代、后現(xiàn)代主義理念影響的風(fēng)格流派還處在雛形階段。從現(xiàn)代粉彩人物瓷畫流派的趨勢來看，短時(shí)期新文人流派還會長期處于粉彩人物瓷畫的主流地位。主要原因還是我們老一輩藝術(shù)家繪畫實(shí)力在短時(shí)間很難撼動，另個(gè)原因是新粉彩人物畫表現(xiàn)出來的文化特征以及藝術(shù)風(fēng)格還是深受歡迎，其文化傳承的意義也深受廣大陶瓷愛好者的贊譽(yù)。

3.2.3 混凝土入模溫度控制

如前文分析，混凝土溫度過高是引發(fā)樓面開裂的主要原因之一。對于樓面混凝土的溫度控制，主要是通過降低混凝土入模溫度來實(shí)現(xiàn)的。根據(jù)相關(guān)規(guī)范[10-11]，要合理安排澆筑時(shí)間，盡可能避免在夏季正午澆筑；如必須在高溫季節(jié)澆筑，則需向預(yù)拌混凝土攪拌站就混凝土出罐溫度進(jìn)行專門要求，采取對骨料進(jìn)行預(yù)冷或采用冰水拌合等控制措施。在大體積混凝土澆筑中，通常有摻粉煤灰以降低水化熱的做法，但經(jīng)多數(shù)實(shí)踐研究，這一做法對小范圍、薄層樓面混凝土澆筑的效果非常有限，且有導(dǎo)致水泥水化反應(yīng)不可控的可能性[12]，因此不宜使用。

3.3 施工角度

3.3.1 加強(qiáng)樓面鋼筋網(wǎng)的保護(hù)

樓面鋼筋網(wǎng)的抗拉受力可以通過對外荷載的抗彎作用及抵抗混凝土干縮的拉應(yīng)力，對樓面混凝土開裂起控制作用，而這一作用需要求樓面雙層雙向鋼筋的保護(hù)層滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。下層鋼筋必須設(shè)置馬凳，對于 Φ8、Φ6 的鋼筋，馬凳筋的間距應(yīng)控制在 600mm 以內(nèi)，每平方米不少于 3 個(gè)。對于上層鋼筋的保護(hù)的難度則更大，需盡可能科學(xué)地安排好水電交叉作業(yè)時(shí)間，在板底鋼筋綁扎后，管線預(yù)留預(yù)埋應(yīng)及時(shí)插入快速完成，再進(jìn)行上層鋼筋綁扎，減少上層鋼筋綁扎后的作業(yè)人員數(shù)量；通過管理手段，要求全體作業(yè)人員盡可能沿鋼筋的馬凳支撐點(diǎn)通行，必要時(shí)設(shè)置臨時(shí)通道，降低踩踏損壞的可能性。最為重要的是在混凝土澆筑前及澆筑中，及時(shí)安排鋼筋工對樓面鋼筋進(jìn)行整修，確保鋼筋位置及保護(hù)層厚度，尤其對于樓面陽角、大跨度樓面等裂縫易發(fā)生處需重點(diǎn)整修。

3.3.2 施工作業(yè)面的樓面裂縫控制

對于一般框架剪力墻住宅項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)層，樓層施工速度平均為 7～8d 一層，普遍存在樓面混凝土澆筑完畢后養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足的現(xiàn)象，如澆筑完畢后不足 24 小時(shí)即開始進(jìn)行鋼筋綁扎、材料吊運(yùn)等。在強(qiáng)度不足的情況下承受施工載荷易造成受彎裂縫。為控制此類裂縫，在模板支設(shè)過程中就要采取必要措施，選擇有足夠剛度的模板支撐體系，對于大開間的樓面需采取加密立桿以增加剛度，提升該部位樓面可承受的施工荷載；混凝土澆筑后的必要養(yǎng)護(hù)必須保證，在澆筑完畢當(dāng)日或明顯初凝不足的情況下不宜上人；在澆筑完畢次日進(jìn)行材料吊卸時(shí)應(yīng)輕卸輕放，避免偶然荷載對樓面的不利影響，并應(yīng)做到分散到位，減少樓面的集中荷載。

4 工程實(shí)例分析

4.1 工程概況

該工程 2017 年 3 月 15 日開始地上主體施工，現(xiàn)澆混凝土施工階段施工進(jìn)度平均為 7～8d 一層，7 月20 日主體封頂。在各參建單位對工程做例行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)：部分樓面在混凝土澆筑完成 30～45d 后有開裂現(xiàn)象，經(jīng)統(tǒng)計(jì)并持續(xù)觀察，裂縫有發(fā)展并互相貫通趨勢，在 60～90d 后基本穩(wěn)定不再發(fā)展。裂縫分布情況包括：大開間跨中部縱向及預(yù)埋管走向處有集中裂縫，縫寬為 0.1～0.2mm，小于該工程 0.2mm 的裂縫寬度允許限值，不會影響結(jié)構(gòu)安全或?qū)κ褂霉δ苡忻黠@影響；北側(cè)東西兩陽角房間的外墻轉(zhuǎn)角處有部分 45 度裂縫，縫寬普遍小于 0.1mm。將此情況與設(shè)計(jì)單位溝通，擬定了使用化學(xué)灌漿裂縫修補(bǔ)的方案，在樓面面層施工前鑿V 型槽用環(huán)氧樹脂修補(bǔ)裂縫并養(yǎng)護(hù) 10d 以上，確保裂縫全部封閉，封閉后連同周邊細(xì)小裂縫用 1:2 水泥砂漿抹平，確保樓面觀感。

圖2 天津市寶坻區(qū)某高層住宅樓標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)平面圖（局部）

4.2 裂縫產(chǎn)生原因

參建各方對可能造成樓面裂縫的各項(xiàng)原因進(jìn)行了分析后，基本排除設(shè)計(jì)及混凝土材料原因，將施工管理不當(dāng)歸為該項(xiàng)目樓面裂縫的主因。首先，該工程主體施工進(jìn)度過快，在樓面混凝土澆筑完畢 12h 內(nèi)即上人并吊裝材料，該時(shí)間混凝土剛剛布完管線削弱了混凝土截面受力面積，截面強(qiáng)度進(jìn)一步降低；其次，在大開間跨中處立桿也有加密不到位現(xiàn)象導(dǎo)致樓面模板支撐剛度不足的情況，以上原因都使得現(xiàn)澆樓面出現(xiàn)早期變形，進(jìn)而引發(fā)開裂。北側(cè)陽角處的開裂直接原因在于負(fù)筋不到位，雖然設(shè)計(jì)圖紙中已經(jīng)對此進(jìn)行了加強(qiáng)，但在鋼筋綁扎或混凝土澆筑過程中對負(fù)筋網(wǎng)未進(jìn)行特別保護(hù)，整體位置偏低或發(fā)生水平方向移位，未起到應(yīng)有的抗拉作用。

4.3 控制措施

針對以上裂縫產(chǎn)生原因，參建各方在該項(xiàng)目另一高層住宅樓現(xiàn)澆鋼筋混凝土主體結(jié)構(gòu)施工時(shí)采取了以下特定控制措施：

（1）對混凝土配合比及坍落度進(jìn)行嚴(yán)格控制。對混凝土開盤量單進(jìn)行檢查，不得過度使用緩凝劑等外加劑，通過優(yōu)化運(yùn)輸路徑等方式保持現(xiàn)場坍落度，另外加大管理力度，堅(jiān)決禁止現(xiàn)場加水。

（2）優(yōu)化流水作業(yè)組織，在樓面混凝土澆筑完畢的 12～24h，僅上人進(jìn)行部分測量定位、彈線工作，24h 之后開始進(jìn)行材料吊運(yùn)及鋼筋綁扎，吊運(yùn)時(shí)分散吊運(yùn)并輕卸輕放；

（3）加大樓面混凝土澆筑過程中鋼筋維修投入，為保證鋼筋位置及保護(hù)層厚度與設(shè)計(jì)一致，在對施工人員加強(qiáng)教育并做好保護(hù)措施的同時(shí)，專門安排鋼筋工進(jìn)行維修，維修重點(diǎn)為樓面上層加強(qiáng)負(fù)筋及預(yù)埋管線密集處鋼筋網(wǎng)。

混凝土澆筑完畢 60d 后進(jìn)行檢查，在大開間跨中部及陽角處有裂縫出現(xiàn)，但裂縫密度、裂縫寬度、裂縫貫通情況相比之前有明顯改善，大部分裂縫僅通過面層修補(bǔ)保證觀感即可，證明了以上控制措施的有效性。

6 結(jié)語

本文以鋼筋混凝土材料性質(zhì)及鋼混結(jié)構(gòu)中樓面設(shè)計(jì)的一般思路為基礎(chǔ)，對鋼筋混凝土樓面裂縫的成因，就設(shè)計(jì)原因、材料原因、施工原因三方面進(jìn)行了具體分析，并提出針對性的控制措施。通過工程實(shí)例，可以看出這一分析符合實(shí)際工程特點(diǎn)，裂縫控制措施對工程有一般性的指導(dǎo)意義。

[1]張峰．混凝土裂縫的探討[J]．鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2001,21(11):32-33．

[2]GB 50010—2010．混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范[S]．

[3]余瓊，胡克旭．現(xiàn)澆鋼筋混凝土梁、板幾種裂縫的分析與處理[J]．結(jié)構(gòu)加固與改建，2003,3(9): 36-39．

[4]曹旺．混凝土板角斜裂縫的原因分析及預(yù)防措施[J].當(dāng)代建設(shè)問題與探討，2003(6): 54-55．

[5]張麗．現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板裂縫分析及防治[J]．油氣田地面工程，2002，21(6):78-79．

[6]張小偉，肖瑞敏，張雄，等．粉煤灰摻量對混凝土收縮的影響及作用機(jī)理分析[J]．混凝土與水泥制品，2005(4): 14-17．

[7]GB/T 14902—2012．預(yù)拌混凝土[S]．

[8]JGJ 52—2006．普通混凝土砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[9]GB 50119—2003．混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范[S]．

[10]GB 50204—2015．混凝土結(jié)構(gòu)工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范[S]．

[11]GB 50164—2011．混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)[S]．

[12]冀偉．水泥水化熱試驗(yàn)研究分析[J]．公路交通技術(shù)，2016,32(1): 13-16．