浅谈钢筋混凝土楼面裂缝的成因及控制措施

2018-01-22唐辉

商品混凝土 2018年1期

唐辉

（天津华北地质勘查局，天津 300170）

1 钢筋混凝土楼面裂缝概述

钢筋混凝土楼面裂缝是施工中常见的质量通病，混凝土楼面在浇筑完成后，随龄期发展逐渐硬化并产生强度。在这一过程中，由于混凝土各组分之间力学性能不一致，产生初始应力进而产生宽度小于 0.05mm 的微裂缝，这是混凝土材料固有的一种物理性质，微裂缝的产生是不可避免的，属于无害裂缝。但在荷载作用或进一步产生温差及干缩的情况下，微裂缝会扩展并逐渐相互贯通，出现较大的、肉眼可见的宏观裂缝，可能会对建筑质量产生影响[1]。

混凝土裂缝的危害包括以下三方面：（1）影响建筑物强度、耐久性；（2）影响建筑物刚度；（3）影响建筑物使用功能。本文讨论的钢筋混凝土楼面裂缝的危害主要集中于第三种，即影响建筑物使用功能，如影响楼面抗渗体系造成渗漏隐患等。

国家标准 GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》第 3.4.4 条对于裂缝控制等级进行了规定[2]：

一级－－严格要求不出现受力裂缝的构件；

二级－－一般要求不出现受力裂缝的构件；

三级－－允许出现受力裂缝的构件。

楼面一般属于三级，即允许出现受力裂缝的构件。规范第 3.4.5 条及附表根据结构类型、环境等级及裂缝控制等级，规定了裂缝宽度限值（如表1）。楼面所处环境类别和耐久性作用等级以二 b 级为主，裂缝宽度限值 Wlim=0.20mm，宽度超过 0.20mm 的裂缝即为有害裂缝，需进行处理。

2 钢筋混凝土楼面裂缝的成因

通过长期的工程实践，业内将钢筋混凝土楼面裂缝的成因归为设计原因、材料原因、施工原因三类。其中设计原因、材料原因最终可归于混凝土的收缩特性，而施工原因可归于外加载荷超出楼面力学性能，以下分别说明。

表1 结构构件的裂缝控制等级及最大裂缝宽度的限值 mm

2.1 设计原因

对混凝土楼面裂缝发生的部位进行分析，在楼面四周阳角处，集中分布于楼面角部放射筋末端的 45 度角裂缝是裂缝主要形式之一。在现浇钢筋混凝土结构中，楼面与剪力墙、柱、圈梁为整体浇筑，圈梁等构件对楼面在水平的 x、y 方向均形成约束。混凝土楼面在强度不断发展的过程中，由于内部的收缩特性产生应力；同时在阳光照射下，楼面上下表面存在较大温差，楼面内同时存在温度应力[3-4]。从设计角度看，现行设计规范中并未针对温差及混凝土材料收缩专门设置参数，如在设计中未单独考虑这一因素，易出现配筋薄弱的情况。由于混凝土材料本身没有受拉性能，在梁板交界的 x、y 方向拉应力同时作用下，当拉应力大于混凝土极限抗拉强度时，即沿 45 度方向开裂。

2.2 材料原因

混凝土材料存在的收缩特性是引起楼面裂缝的根本原因，收缩量随时间增长而不断加大，收缩速率随混凝土龄期的增长而急剧减小，浇筑完成 90d 内的收缩量为全部收缩量的 40%～80%，大部分收缩变形在一年内完成。混凝土的收缩包括了终凝前的凝缩变形、混凝土硬化过程中的干缩变形、凝胶材料的水化作用引起自身收缩变形、温度下降引起的冷缩变形、因碳化引起的碳化收缩变形五个阶段，其中以干缩变形与冷缩变形导致混凝土楼面开裂为主[5]。下面将对水泥品种及用量、骨料品种与含量、外加剂种类、入模温度等影响混凝土收缩的因素进行进一步分析。

图1 混凝土收缩量—龄期典型曲线

2.2.1 水泥用量及品种

混凝土的收缩主要来自水泥浆的收缩，如果混凝土内部水灰比增大、水泥用量增多、水泥标号升高，都将加大混凝土集料比表面积，增加混凝土吸附水分的能力，所吸附水分大幅超过了水泥水化及强度增长所需的水分，使混凝土的体积收缩严重加剧。水泥品种方面，矿渣水泥比普通水泥收缩大、高强度水泥比低强度水泥收缩大、粉煤灰水泥收缩值较小[6]。

2.2.2 骨料级配及质量

混凝土收缩随骨料含量的增加而减小，随骨料弹性模量的增加而减小，同时又随骨料中粘土含量的增加而增大，成品混凝土中骨料的质量问题会影响混凝土收缩量进而引起开裂。例如使用石灰岩为粗骨料的混凝土比用砂岩为粗骨料的混凝土收缩率降低 20%～30%，砂岩在干湿条件下收缩变性较大，而石灰岩基本上不变，干湿变形大的粗骨料是不能很好抑制变形的。细骨料方面，预拌混凝土厂家为控制成本，常采用细度模数低、含泥量较高的中细砂，导致骨料级配无法满足 GB/T 14902—2012《预拌混凝土国家标准》[7]，不能实现设计要求。

2.2.3 混凝土外加剂

混凝土外加剂可以节省水泥用量、优化混凝土强度与性能，但预拌混凝土厂家为改善混凝土性能，对外加剂的过度或不当使用会成为混凝土结构裂缝的隐患。例如为节省水泥用量过度使用减水剂，易导致混凝土的泌水与离析，导致干缩裂缝的产生；为保证混凝土现场坍落度，厂家可能过度使用缓凝剂，使得混凝土在浇筑后长期处于塑性状态下，不利于早期强度的形成，骨料在自重作用下也易沉降，加剧了混凝土体系的不均匀性，在拉应力作用下不同材料间易产生裂缝。

2.2.4 混凝土入模温度

混凝土浇筑后在硬化期间，水泥放出大量水化热，内部温度不断上升。尽管温度对裂缝的影响主要体现在大面积混凝土浇筑过程中，但对于混凝土楼面，浇筑过程中表面与内部温差、上下两面温差同样不可忽视。经现场实际测量，如在炎热天气浇筑，在正常养护条件下，150mm 厚楼面的表面、地面温差仍可达到15～20℃，产生较为显著的温度应力差，是引起开裂的隐患。但因现场工期紧张、预拌混凝土批次、施工人员意识不到位等原因，往往难以从各方面兼顾混凝土入模温度的问题，未采取特别措施，导致温度裂缝的产生，尤以夏季施工过程中最为显著。

2.3 施工原因

混凝土施工过程中或施工后的保护不当也易导致楼面产生裂缝。混凝土楼面在钢筋绑扎或混凝土浇筑过程中，如未注意上层钢筋网的有效保护，各工种施工人员行走频繁对楼面上层的混凝土钢筋造成破坏，在混凝土浇筑前又未及时修复及设置马镫筋，易导致楼面上层钢筋在混凝土中位置偏低，钢筋保护层分布改变，楼面上部抗拉性能差，导致楼面出现裂缝。此外，由于大部分工程都存在赶工期、施工场地紧张等问题，常在混凝土未达到规定强度甚至在养护时间不足 24h 的情况下过早拆模或堆放重物，易造成楼面在强度不足的情况下受各类动静荷载作用引起裂缝，尤以大跨度处最为明显，且此类裂缝与混凝土干缩裂缝应力产生方式不同，极易发展为宏观裂缝，必须特别注意预防。

3 钢筋混凝土楼面裂缝的控制措施

针对以上原因分析，本文接下来将从设计、材料、施工三个角度，具体讨论钢筋混凝土楼面裂缝的控制措施。

3.1 设计角度

现行规范中，对楼面配筋未综合考虑混凝土的温度应力及收缩特性。因温度、混凝土干缩带来的应力主要集中于剪力墙、柱、圈梁等对楼面形成约束的构件。因此，仅仅通过楼面整体双层双向钢筋的均一化配筋，提升楼面抵抗拉应力的整体性是不足的。在应力集中部位，即楼面阳角处需对双层双向钢筋进行加密，并布置延伸至剪力墙、圈梁的通长钢筋，利用 x、y 两个方向钢筋的加密区，有效承担角部应力集中部位的拉应力，防止 45 度方向裂缝的发生与转移。

3.2 材料角度

3.2.1 混凝土配合比及骨料质量控制

从材料角度对钢筋混凝土楼面裂缝进行控制的核心是严格控制混凝土施工配合比，以及混凝土组分中各骨料的力学性能、化学性能良好。在这里以常见的 C25混凝土为例：常规 C25 混凝土配合比为：水 175kg、水泥 398kg、砂 566kg、石子 1261kg，以此配合比进行计算，水灰比为 0.44、单位用水量 175kg、砂率 31%。无论现场搅拌或使用预拌混凝土，均需严格按指标开盘，尤其要杜绝为保证和易性而现场加水或片面提高砂率的情况。骨料方面，为减轻干缩变形趋势，应将骨料级配作为混凝土质量控制重点，需按 JGJ 52—2006《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》[8]中各条款选择级配良好、连续的石子与中粗砂作为骨料，严格控制骨料的碱活性、含泥量及有机质含量，保证骨料吸附的水分与水泥水化所需水分一致，将混凝土的体积收缩控制在可控范围之内。对于使用预拌混凝土的项目，应选取经当地质量监督部门认证的混凝土搅拌站，现场核实预拌混凝土相关资料及按规范留置试块。

3.2.2 混凝土外加剂控制

混凝土外加剂可以有效改善混凝土的力学性能、工作性等，现已得到广泛利用。从理论上讲，只要外加剂与水泥相容性能够满足 GB 50119—2003《混凝土外加剂应用技术规范》[9]的需求，且通过试块试验，即可成批开盘。但实际施工中经常遇到混凝土搅拌站为改善混凝土工作性，便于远距离运送、泵送，过度使用减水剂及缓凝剂的情况，造成混凝土凝结过慢，进而引发混凝土内粗骨料的离析或初始强度增长低于理论曲线，成为引发楼面裂缝的隐患。应对这一问题，施工单位需将现场施工条件准确告知预拌混凝土厂家，对于凝结时间提出具体要求，确保厂家的调整与现场一致；而坍落度保持方面，则倾向于通过控制运送时间、调整各组分水泥比例来实现。

粉彩瓷作为景德镇的“四大名瓷”之一，有着其厚重的历史积淀。而深受西方现代、后现代主义理念影响的风格流派还处在雏形阶段。从现代粉彩人物瓷画流派的趋势来看，短时期新文人流派还会长期处于粉彩人物瓷画的主流地位。主要原因还是我们老一辈艺术家绘画实力在短时间很难撼动，另个原因是新粉彩人物画表现出来的文化特征以及艺术风格还是深受欢迎，其文化传承的意义也深受广大陶瓷爱好者的赞誉。

3.2.3 混凝土入模温度控制

如前文分析，混凝土温度过高是引发楼面开裂的主要原因之一。对于楼面混凝土的温度控制，主要是通过降低混凝土入模温度来实现的。根据相关规范[10-11]，要合理安排浇筑时间，尽可能避免在夏季正午浇筑；如必须在高温季节浇筑，则需向预拌混凝土搅拌站就混凝土出罐温度进行专门要求，采取对骨料进行预冷或采用冰水拌合等控制措施。在大体积混凝土浇筑中，通常有掺粉煤灰以降低水化热的做法，但经多数实践研究，这一做法对小范围、薄层楼面混凝土浇筑的效果非常有限，且有导致水泥水化反应不可控的可能性[12]，因此不宜使用。

3.3 施工角度

3.3.1 加强楼面钢筋网的保护

楼面钢筋网的抗拉受力可以通过对外荷载的抗弯作用及抵抗混凝土干缩的拉应力，对楼面混凝土开裂起控制作用，而这一作用需要求楼面双层双向钢筋的保护层满足设计及规范要求。下层钢筋必须设置马凳，对于 Φ8、Φ6 的钢筋，马凳筋的间距应控制在 600mm 以内，每平方米不少于 3 个。对于上层钢筋的保护的难度则更大，需尽可能科学地安排好水电交叉作业时间，在板底钢筋绑扎后，管线预留预埋应及时插入快速完成，再进行上层钢筋绑扎，减少上层钢筋绑扎后的作业人员数量；通过管理手段，要求全体作业人员尽可能沿钢筋的马凳支撑点通行，必要时设置临时通道，降低踩踏损坏的可能性。最为重要的是在混凝土浇筑前及浇筑中，及时安排钢筋工对楼面钢筋进行整修，确保钢筋位置及保护层厚度，尤其对于楼面阳角、大跨度楼面等裂缝易发生处需重点整修。

3.3.2 施工作业面的楼面裂缝控制

对于一般框架剪力墙住宅项目标准层，楼层施工速度平均为 7～8d 一层，普遍存在楼面混凝土浇筑完毕后养护时间不足的现象，如浇筑完毕后不足 24 小时即开始进行钢筋绑扎、材料吊运等。在强度不足的情况下承受施工载荷易造成受弯裂缝。为控制此类裂缝，在模板支设过程中就要采取必要措施，选择有足够刚度的模板支撑体系，对于大开间的楼面需采取加密立杆以增加刚度，提升该部位楼面可承受的施工荷载；混凝土浇筑后的必要养护必须保证，在浇筑完毕当日或明显初凝不足的情况下不宜上人；在浇筑完毕次日进行材料吊卸时应轻卸轻放，避免偶然荷载对楼面的不利影响，并应做到分散到位，减少楼面的集中荷载。

4 工程实例分析

4.1 工程概况

该工程 2017 年 3 月 15 日开始地上主体施工，现浇混凝土施工阶段施工进度平均为 7～8d 一层，7 月20 日主体封顶。在各参建单位对工程做例行检查时发现：部分楼面在混凝土浇筑完成 30～45d 后有开裂现象，经统计并持续观察，裂缝有发展并互相贯通趋势，在 60～90d 后基本稳定不再发展。裂缝分布情况包括：大开间跨中部纵向及预埋管走向处有集中裂缝，缝宽为 0.1～0.2mm，小于该工程 0.2mm 的裂缝宽度允许限值，不会影响结构安全或对使用功能有明显影响；北侧东西两阳角房间的外墙转角处有部分 45 度裂缝，缝宽普遍小于 0.1mm。将此情况与设计单位沟通，拟定了使用化学灌浆裂缝修补的方案，在楼面面层施工前凿V 型槽用环氧树脂修补裂缝并养护 10d 以上，确保裂缝全部封闭，封闭后连同周边细小裂缝用 1:2 水泥砂浆抹平，确保楼面观感。

图2 天津市宝坻区某高层住宅楼标准层结构平面图（局部）

4.2 裂缝产生原因

参建各方对可能造成楼面裂缝的各项原因进行了分析后，基本排除设计及混凝土材料原因，将施工管理不当归为该项目楼面裂缝的主因。首先，该工程主体施工进度过快，在楼面混凝土浇筑完毕 12h 内即上人并吊装材料，该时间混凝土刚刚布完管线削弱了混凝土截面受力面积，截面强度进一步降低；其次，在大开间跨中处立杆也有加密不到位现象导致楼面模板支撑刚度不足的情况，以上原因都使得现浇楼面出现早期变形，进而引发开裂。北侧阳角处的开裂直接原因在于负筋不到位，虽然设计图纸中已经对此进行了加强，但在钢筋绑扎或混凝土浇筑过程中对负筋网未进行特别保护，整体位置偏低或发生水平方向移位，未起到应有的抗拉作用。