現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板裂縫成因和控制措施研究

王宗瑞 胡 含 吳 云 肖金東 古方園

裂縫控制一直是建筑工程領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)[1]?，F(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板裂縫會降低結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性，進而影響建筑的使用壽命。裂縫的形成與多種因素有關(guān)，如溫度和濕度變化、施工質(zhì)量控制及荷載變化等。本文通過分析裂縫的成因，提出了一系列創(chuàng)新性的綜合控制措施，包括控制溫度和濕度、控制施工質(zhì)量及控制使用荷載等，旨在提高現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的施工質(zhì)量和性能，確保結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。

1 裂縫成因分析

1.1 溫度變化

溫度變化是現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板裂縫形成的重要原因之一[2]。溫度變化包括季節(jié)性氣溫變化和晝夜溫度變化。頻繁的溫度變化會導(dǎo)致混凝土因熱脹冷縮產(chǎn)生周期性的膨脹和收縮。在寒冷的冬季，混凝土吸收的熱量較少，分子活動降低，導(dǎo)致其體積縮小。而在炎熱的夏季，混凝土吸收的熱量較多，分子活動增加，導(dǎo)致其體積膨脹。溫度變化對混凝土的影響，如表1 所示。從表1 可以看出，混凝土冬季的線性收縮率較大，夏季的膨脹率較大。這種周期性的體積變化導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。隨著應(yīng)力的積累，當(dāng)其超過混凝土的抗拉強度時，會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。雖然裂縫的深度較小，但因其分布廣泛，仍然會對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和安全性構(gòu)成威脅?；炷翜夭盍芽p，如圖1 所示。

表1 溫度變化對混凝土的影響

圖1 混凝土溫差裂縫（來源：網(wǎng)絡(luò)）

1.2 濕度變化

當(dāng)混凝土暴露在濕度變化較大的環(huán)境中時，其表面會發(fā)生膨脹或收縮，導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力積累，進而產(chǎn)生裂縫[3]。濕度變化會使混凝土的內(nèi)部含水量產(chǎn)生波動，進而引發(fā)體積的膨脹和收縮。在高濕度環(huán)境下，混凝土吸收水分，體積膨脹；而在干燥環(huán)境下，混凝土水分流失，體積收縮。含水量周期性波動會導(dǎo)致混凝土體積發(fā)生周期性變化，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力。濕度變化也會影響混凝土的滲透性。在高濕度條件下，混凝土更容易吸收外部有害物質(zhì)，如鹽分等，這樣會增加混凝土被腐蝕的風(fēng)險，從而增加了裂縫產(chǎn)生的概率。濕度變化還可能導(dǎo)致混凝土中的毛細孔結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使其更容易受到損壞。

1.3 施工質(zhì)量問題

混凝土施工過程中的鋼筋配置、張力控制和施工工藝都是現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板裂縫產(chǎn)生的關(guān)鍵原因。鋼筋分布不合理和缺乏合適的支撐均可能導(dǎo)致混凝土在負載下變形過度，從而引發(fā)裂縫。張力分布與裂縫的形成有著密切的關(guān)系，因此現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板的張力集中區(qū)域容易產(chǎn)生裂縫。通過預(yù)應(yīng)力施工或后張法施工，能夠確?；炷羶?nèi)部的張力分布均勻。

混凝土澆筑工藝不合理是裂縫形成的直接原因。施工工藝不合理會導(dǎo)致內(nèi)部應(yīng)力積累，進而引發(fā)裂縫。澆筑的速度和方式不當(dāng)同樣會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生。澆筑速度過快會使混凝土液態(tài)流動劇烈，使內(nèi)部產(chǎn)生空隙和集料分離現(xiàn)象，導(dǎo)致局部坍塌。因此在施工過程中，要采用合適的施工工藝，并控制澆筑速度，以確?；炷恋臐仓|(zhì)量。此外，振搗質(zhì)量和澆筑高度也會影響混凝土的均勻性，使其產(chǎn)生裂縫[4]。對混凝土進行濕養(yǎng)護或增加覆蓋層，能夠控制混凝土的干燥速度，避免其內(nèi)部應(yīng)力積累，從而降低裂縫產(chǎn)生的可能性。

1.4 荷載變化

混凝土作為一種廣泛應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的材料，其抗裂性能是保障結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵。荷載包括靜態(tài)荷載、動態(tài)荷載和地震荷載，是影響混凝土結(jié)構(gòu)完整性的主要外力。靜態(tài)荷載通常由建筑物自身質(zhì)量以及不可移動的設(shè)施和裝飾材料的質(zhì)量等構(gòu)成，這些持續(xù)不變的壓力會導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生持久的應(yīng)力。動態(tài)荷載，如車輛、人員流動和機械設(shè)備運行等，會引起混凝土結(jié)構(gòu)的周期性或隨機應(yīng)力變化。地震荷載則是極端的動態(tài)荷載，會在短時間內(nèi)對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生強烈的沖擊。

荷載的增加會使混凝土受到較大的外部力作用，導(dǎo)致其內(nèi)部應(yīng)力增加，若應(yīng)力超過混凝土的抗拉或抗壓強度，會使混凝土板產(chǎn)生不同的裂縫。裂縫的形成不僅取決于荷載的大小，還與荷載作用的方式、時間以及頻率有關(guān)。例如，靜態(tài)荷載會導(dǎo)致微小但持續(xù)的裂縫，而動態(tài)荷載則可能引起周期性的裂縫擴展。

2 裂縫控制措施

2.1 控制溫度和濕度

2.1.1 應(yīng)用溫度和濕度監(jiān)測系統(tǒng)

為有效預(yù)防混凝土裂縫，可以采用先進的溫度和濕度監(jiān)測系統(tǒng)。此系統(tǒng)能夠連續(xù)監(jiān)測環(huán)境溫度和濕度變化，并提供實時、準(zhǔn)確的環(huán)境數(shù)據(jù)。溫度和濕度是影響混凝土物理特性的關(guān)鍵因素，溫度變化和濕度變化都會引起混凝土體積的膨脹或收縮。通過實時監(jiān)測，工程師能夠及時發(fā)現(xiàn)溫度和濕度的變化，進而制訂合理的預(yù)防措施，以降低裂縫產(chǎn)生的概率，提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。此外，這些監(jiān)測數(shù)據(jù)還可用于評估混凝土結(jié)構(gòu)的健康狀況，并以此為依據(jù)制定維護計劃。

2.1.2 控制熱脹冷縮

為了預(yù)防因溫度變化而產(chǎn)生的裂縫，可以采取控制熱脹冷縮的措施?？刂茻崦浝淇s是指通過采用合理的材料和結(jié)構(gòu)，來降低混凝土結(jié)構(gòu)在溫度變化下的變形量。在設(shè)計階段就要考慮混凝土樓板的熱脹冷縮控制、合理的材料選擇、混凝土配比和結(jié)構(gòu)布局，可以減少溫度變化對混凝土的影響[5]。例如，選擇適合特定環(huán)境條件的混凝土類型和添加劑，可以提高混凝土對環(huán)境變化的適應(yīng)性；增加伸縮縫并設(shè)置適當(dāng)?shù)拈g距和位置，能夠減輕由溫度變化引起的應(yīng)力集中，進而有效控制和減少裂縫的產(chǎn)生，確?；炷翗前宓慕Y(jié)構(gòu)完整性和耐久性。

2.2 控制施工質(zhì)量

2.2.1 鋼筋配置優(yōu)化和鋼筋張力控制

優(yōu)化鋼筋配置和控制鋼筋張力能夠有效控制鋼筋混凝土樓板的裂縫。鋼筋配置的最佳實踐要求鋼筋均勻分布在混凝土中，并嚴格遵守設(shè)計規(guī)范。優(yōu)化鋼筋配置能夠減少局部應(yīng)力集中，有效提高結(jié)構(gòu)的抗裂性能。鋼筋的張力控制主要通過正確的張拉和錨固，使鋼筋達到規(guī)范要求的張力水平。在施工過程中，嚴格控制鋼筋配置和張力是確?；炷两Y(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定性和耐久性的必要措施，可有效預(yù)防裂縫問題?？刂剖┕べ|(zhì)量是預(yù)防混凝土樓板裂縫的關(guān)鍵措施之一。質(zhì)量控制不僅涉及材料和工藝的選擇，還需要嚴格遵守規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)進行施工，以確保結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和安全性。

2.2.2 改進混凝土施工工藝

改進混凝土施工工藝對于裂縫控制具有重要意義。澆筑方式和澆筑速度不僅影響混凝土的結(jié)構(gòu)完整性，而且決定了其質(zhì)量和耐久性。合適的澆筑速度可確保混凝土在樓板中均勻分布，避免由于澆筑過快而產(chǎn)生的空隙和集料分離，減少因快速液態(tài)流動產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力。

此外，優(yōu)化混凝土的養(yǎng)護方式也能夠避免裂縫的產(chǎn)生。濕養(yǎng)護是預(yù)防裂縫的有效手段，它是指在混凝土固化過程中保持其表面濕潤的養(yǎng)護方式。采取此方式可以減緩混凝土表面的水分蒸發(fā)，保證混凝土內(nèi)部和表面的水分平衡，從而降低由于快速干燥引起的應(yīng)力。使用覆蓋層，如濕布和塑料薄膜等，可以保持養(yǎng)護期間混凝土濕度適宜，減少其內(nèi)部應(yīng)力積累。

2.3 控制荷載

控制荷載是確?；炷两Y(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐久性的重要措施。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計對于裂縫控制起到至關(guān)重要的作用。通過合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，能夠降低荷載對混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)力的影響，進而降低裂縫產(chǎn)生的概率。結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)，如梁與柱的截面尺寸和支座類型等，會直接影響結(jié)構(gòu)性能，因此應(yīng)根據(jù)實際情況對其進行優(yōu)化，以減少裂縫產(chǎn)生的可能性。

此外，控制額外荷載也是裂縫控制的重要措施。減輕額外荷載的措施包括增加支撐、加固結(jié)構(gòu)和調(diào)整荷載分布等。根據(jù)樓板的使用環(huán)境和功能，定制荷載控制策略同樣尤為重要。例如，在人流量大或設(shè)備較重的商業(yè)建筑中，應(yīng)關(guān)注荷載的分布和動態(tài)變化。同時還要考慮建筑所處地區(qū)的特殊性。例如地震多發(fā)區(qū)的建筑，需要額外考慮地震荷載對結(jié)構(gòu)的影響。通過以上綜合性方法，不僅能夠在結(jié)構(gòu)設(shè)計階段預(yù)防裂縫的產(chǎn)生，還可在建筑使用過程中有效控制和管理荷載，從而保證結(jié)構(gòu)的長期穩(wěn)定性和安全性。

2.4 定期維護和檢查

定期維護和檢查是確保結(jié)構(gòu)長期穩(wěn)定性的重要措施。在建筑使用過程中，外部環(huán)境和荷載會不斷變化。通過定期維護和檢查，及時發(fā)現(xiàn)裂縫等潛在的結(jié)構(gòu)問題，采取相應(yīng)的修復(fù)措施，防止裂縫進一步擴大，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命。在定期維護和檢查時，應(yīng)評估樓板的整體狀況，檢查鋼筋的腐蝕情況和混凝土的密實度等。

裂縫的修復(fù)措施需要根據(jù)其類型和嚴重程度來選擇。對于表面裂痕，可采用表面修補材料，如環(huán)氧樹脂或聚合物修補砂漿，來填補和封閉裂縫。這樣不僅能恢復(fù)樓板的外觀，還能防止水分和有害化學(xué)物質(zhì)滲透進裂縫內(nèi)部，避免問題進一步惡化。對于更深的裂縫，則需要采用更復(fù)雜的修復(fù)措施。例如使用注射技術(shù)將粘合劑注入裂縫中，以恢復(fù)混凝土的結(jié)構(gòu)完整性。

3 裂縫監(jiān)測與修復(fù)

3.1 鋼筋狀態(tài)監(jiān)測

鋼筋狀態(tài)監(jiān)測不僅能夠能夠?qū)崟r監(jiān)測鋼筋的健康狀況，還可以檢查其腐蝕程度、疲勞情況和應(yīng)力分布。監(jiān)測方法包括電阻率監(jiān)測、聲發(fā)射監(jiān)測和磁粉檢測[6]。其中，電阻率監(jiān)測主要用于監(jiān)測鋼筋的腐蝕情況，聲發(fā)射監(jiān)測能夠識別鋼筋的疲勞破裂現(xiàn)象，而磁粉檢測可以檢測鋼筋的應(yīng)力分布狀態(tài)。通過鋼筋狀態(tài)監(jiān)測，能夠更加準(zhǔn)確地評估鋼筋狀態(tài)的演變趨勢，有針對性地制訂修復(fù)策略，以便降低裂縫的發(fā)展速度。

監(jiān)測數(shù)據(jù)的解讀和分析是了解混凝土結(jié)構(gòu)健康狀況的必要過程。首先，要處理采集到的數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。處理方法包括校正和過濾。其次，要解讀數(shù)據(jù)，即將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可理解的信息，便于識別異常情況和判斷趨勢。最后，要分析數(shù)據(jù)并以可視化的方式展示分析結(jié)果，便于識別問題。

3.2 裂縫修復(fù)與加固和修復(fù)后的性能評估

3.2.1 裂縫修復(fù)與加固

除了預(yù)防和維護，裂縫的修復(fù)也是確?；炷翗前宸€(wěn)定性的重要措施。鋼筋裂縫修復(fù)與加固過程：清潔裂縫—準(zhǔn)備工作—使用高性能修復(fù)材料填充裂縫—增強鋼筋—表面處理—防水和防腐處理—定期監(jiān)測和維護[7]。裂縫的成因多樣，包括材料問題、設(shè)計缺陷、施工錯誤、環(huán)境因素和荷載超標(biāo)，而控制措施則涉及優(yōu)化設(shè)計、嚴格的質(zhì)量控制、考慮環(huán)境適應(yīng)性、進行定期檢查和維護以及合理的加載管理。但對于復(fù)雜裂縫而言，應(yīng)咨詢專業(yè)結(jié)構(gòu)工程師或混凝土專家，以確保修復(fù)措施的可行性。

3.2.2 修復(fù)后性能評估

對于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，評估其修復(fù)后的性能是確保結(jié)構(gòu)安全性的重要保障。第1，通過非破壞性檢測（Non Destructive Testing，NDT），檢 測 混凝土內(nèi)部的裂縫和腐蝕情況。NDT 檢測包括超聲波測試、電阻率測試和聲發(fā)射檢測3 種檢測方法，能夠無損評估混凝土內(nèi)部的裂縫和腐蝕情況，評估結(jié)構(gòu)的內(nèi)部完整性[8]。第2，測試靜態(tài)和動態(tài)荷載。模擬不同的負載條件，評估修復(fù)區(qū)域在正常使用和極端條件下的穩(wěn)定性和可靠性，驗證結(jié)構(gòu)承的載能力。第3，進行水密性測試，確保修復(fù)區(qū)域不受水分滲透的影響，防止未來發(fā)生水損害的情況[9]。第4，進行外觀檢查。檢查修復(fù)區(qū)域表面是否光滑和均勻，是否與周圍結(jié)構(gòu)保持一致，以此評估修復(fù)工作的完成度和質(zhì)量。第5，實施長期結(jié)構(gòu)監(jiān)測計劃，定期進行NDT 檢測和荷載測試。特別是環(huán)境條件較為特殊的建筑，如溫度與濕度波動較大和鹽霧等，應(yīng)長期評估結(jié)構(gòu)在使用過程中的性能和耐久性。第6，評估裂縫修復(fù)的合規(guī)性。裂縫修復(fù)工作應(yīng)符合當(dāng)?shù)氐慕ㄖ?guī)范和安全標(biāo)準(zhǔn)。合規(guī)性評估涵蓋材料選擇、施工方法和整體結(jié)構(gòu)設(shè)計等內(nèi)容。通過以上評估措施，不僅能確保修復(fù)后樓板在結(jié)構(gòu)上的穩(wěn)定性，還能保證其在長期運營過程中的性能和安全性。

4 結(jié)論

現(xiàn)澆鋼筋混凝土樓板裂縫控制是混凝土結(jié)構(gòu)工程中的難題。本文研究探討了裂縫形成原因，包括溫度和濕度變化、施工質(zhì)量問題和荷載增加。為有效控制裂縫，需采取綜合控制措施，包括監(jiān)測溫度和濕度變化、控制施工質(zhì)量、優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計、應(yīng)用監(jiān)測技術(shù)以及改進維護和修復(fù)工藝等。