某厂房地坪混凝土开裂原因分析

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摘要针对大面积混凝土地坪的结构特点，并结合实践经验，主要从施工、和砼干缩方面对混凝土地坪开裂原因进行了分析。

关键词大面积混凝土地坪开裂原因分析

Pick for large area to the structure characteristics of the concrete floor, and combined with practical experience, mainly from the construction, and concrete shrinkage of concrete cracking in ground floors analysis on the reason.

Key words large area of cracking in ground floors reason analysis

中图分类号：TU37文献标识码：A 文章编号：

引言：大面积水泥混凝土地坪，是目前已经被广泛应用到工业与民用建筑中的一种混凝土板式结构，最常见用于厂房、大型堆货场等。由于结构本身特点、施工、使用以及设计等原因，大面积混凝土地坪较其他混凝土结构常常更容易开裂。

工程概况

某摩托车生产线总装厂房地坪设计从地基土到面层如下图1：

地坪开裂原因分析

2.1 开裂情况

在本工程中，厂房50mm厚C30混凝土层在施工完毕后30天左右开始出现开裂，后期裂缝发展严重，较大连通裂缝长约10m,宽约3mm，深度约30-50mm。裂缝形式主要为鸡爪状和直线型贯通裂缝两种。鸡爪状裂缝前期不明显，后期发展严重。直线型裂缝大多为横向贯通裂缝。地坪未出现明显沉降现象，裂缝部位和伸缩缝边缘有明显空鼓。

2.2 原因分析

2.2.1 施工原因

根据地坪的开裂时间及裂缝发展模式分析，并对现场实际施工情况进行调查，总结出施工中存在的原因主要来源于以下两个方面：

A、混凝土存在问题

由于没有考虑骨料含水率、搅拌机抽水设备不稳定以及人为控制不严等原因，使C25基层混凝土水灰比过大、和易性不好，导致混凝土泌水离析，混凝土表层浮浆和自由水过多，水泥硬化后，基层混凝土表面强度不足，出现起砂、起灰现象。

B、 界面处理存在问题

首先，界面处理由于管理方面的原因，洒水湿润常在混凝土浇筑前0.5小时左右进行，且洒水过多，在基层混凝土低洼处形成了明显积水。

其次，由于监管不足，施工中有直接将生水泥和建筑胶分别泼洒在泼水后的混凝土界面之上，再用扫帚刮扫的现象。导致建筑胶水和水泥均未拌和均匀，水泥未得到充分水化，甚至有水泥起堆现象。

由于A、B两方面的原因，两层混凝土之间形成了明显过度层（如图2），过渡层中水泥砂浆和自由水较多，空隙也比周围混凝土更多。

另外，砼浇筑后基层水分上升受骨料阻挡便在骨料底部形成水囊，水蒸发和迁移以及基础材料对水的吸收，在界面和骨料底部都会形成空隙。这样，在本身相对薄弱的界面中又形成了两种更为薄弱的环节，一是多余水形成的空隙，二是未水化水泥形成的粘结“真空”，这两个薄弱环节成为了影响混凝土整体性能的致命因素。在拉应力作用下，混凝土会在这两个薄弱环节处开裂。

C、伸缩缝问题

由于基层和面层混凝土伸缩缝的不一致，导致面层混凝土因基层混凝土伸缩缝的涨缩开裂而开裂。这是面层混凝土产生横向贯通裂缝的主要原因。如图3：

2.2.2 混凝土干缩

混凝土干缩情况受骨灰比、水灰比、混凝土暴露时间、环境相对湿度、构件虚拟厚度（横截面积与半周长之比）、配筋率、骨料种类等影响较大。

该厂房地坪250mm厚C25钢筋混凝土基层由于处于地下隐蔽状态，环境相对湿度RH% 常常大于95%,视为干缩停止（实际可能会有所干缩，但相对面层混凝土干缩较小）。

对于面层50mm厚C30混凝土，暴露于空气中，其干缩可以根据式3.1计算。

S=S0·f1·f2·f3·f4·f5(3.1)

= 700×10-6 ×0.55×0.5×1×1×1=192.5×10-6

式中:S为混凝土构件实际干缩。

S0为混凝土标准干缩，本次计算混凝土取值为700×10-6（骨灰比为5.13，水灰比为0.58）。

f1为时间修正系数，本次计算取值为0.55（地坪裂缝出现时间在混凝土浇筑后30天左右）。

f2为相对湿度修正系数，本次计算取值为0.5（该工程地区冬春季节空气相对湿度为80%左右）。

f3为虚拟厚度修正系数，本次计算取值为1.0（地坪断面尺寸：5cm×450cm）。

f4为配筋率修正系数，本次计算取值为1.0（地坪为素混凝土）。

f5为骨料修正系数，本次计算取值为1.0（所用骨料为石灰岩，弹性模量40GPa）

在低应变情况下，混凝土应力应变关系处于线性阶段，符合Hook定律。在完全约束状态下，由于混凝土干缩引起的拉应力为（注：本次计算拉应力是指混凝土在完全约束条件下产生的应力，实际情况下，地面混凝土不是处于完全约束状态，实际产生的应力会小于计算值）：

σt = E·εs =30GPa×192.5μm/m =5.775MPa （3.2）

面层混凝土受基层混凝土的实际约束状态为非完全约束状态，应力值会比计算值小，基层混凝土干缩也会降低拉应力，但混凝土干缩引起的拉应力仍然很大。综合实际情况可知，混凝土干缩为厂房地坪开裂的主要原因之一。

综上所述，厂房大面积地坪开裂主要原因归纳为：由于施工原因，两层混凝土结合面之间多余水分形成的空隙和未水化水泥形成的粘结“真空”，在混凝土干缩作用下也产生了较大拉应力，受底层混凝土约束的面层混凝土在薄弱环节处出现开裂并发展。又由于基层和面层混凝土伸缩缝的不一致性，面层混凝土会沿着基层伸缩缝的位置开裂，从而导致面层混凝土的横向贯通裂缝的产生。

总结语

混凝土结构是现代工程结构中使用非常的广泛，其裂缝的产生和发展是诸多因素共同作用的结果。通过对本工程地坪开裂原因分析，我们了解到，对于两层或多层混凝土结构叠合的情况下，要减小结构的开裂问题的根本宗旨是解决层与层之间的粘结问题。

参考文献：

[1] 混凝土新技术（The New Concrete），[意]Mario Collepardi著,中国建材工业出版社 2008

[2] 混凝土结构设计规范 GB50010-2002,北京：中国建筑工业出版社2002

[3] 建筑材料（第二版），主编：符芳,东南大学出版社 2001

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。