土木工程建筑中混凝土裂縫的施工處理技術(shù)分析

彭美坤 中鐵隧道局集團(tuán)有限公司

1 引言

土木工程在發(fā)展過程中，混凝土已經(jīng)成為應(yīng)用最為廣泛的材料，利用混凝土材料構(gòu)建起的土木建筑結(jié)構(gòu)，既能增強(qiáng)建筑的穩(wěn)定性和安全性，還能滿足人們的生活和工作需求。但是在建筑中應(yīng)用混凝土材料時，應(yīng)注意到混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)的裂縫問題，一般是受到外界環(huán)境溫度、混凝土自縮以及水泥水化熱等因素的引起的，針對上述因素實施裂縫控制措施，可以有效降低發(fā)生安全事故的概率。

2 混凝土結(jié)構(gòu)簡介及特點

在制作混凝土材料時，需要根據(jù)建筑工程建設(shè)要求，按照一定的比例將水泥、石料以及水等進(jìn)行混合，經(jīng)過充分的攪拌后，混凝土材料運至施工現(xiàn)場進(jìn)行澆筑，在澆筑時應(yīng)進(jìn)行充分的振搗，最終形成密實的混凝土結(jié)構(gòu)。不同的土木工程建筑需要混凝土構(gòu)筑不同的結(jié)構(gòu)，通常情況下按照結(jié)構(gòu)以及原料，可以將混凝土分為以下幾種：一，素混凝土結(jié)構(gòu)；二，型鋼混凝土結(jié)構(gòu)；三，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；四，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；五，鋼管混凝土結(jié)構(gòu)。

基于不同類型的混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土的主要特點如下：一，混凝土材料可在運輸狀態(tài)進(jìn)行攪拌，有效節(jié)省制作的時間，提高混凝土施工的效率；二，混凝土具備較強(qiáng)的耐腐蝕能力，使用壽命較長；三，混凝土材料可以根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的變化，制作成需要的形狀；四，組成混凝土的主要材料較為常見，制作混凝土成本較低；五，混凝土具備較強(qiáng)的兼容能力，與其它材料配合使用，可以進(jìn)一步增強(qiáng)建筑結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，使建筑結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定。

3 引起混凝土裂縫的常見原因

3.1 外界環(huán)境溫度變化引起

在混凝土施工過程中，極易受到自然環(huán)境溫度的影響。許多土木建筑都是在戶外進(jìn)行施工，若戶外的溫度滿足混凝土施工要求，可以避免混凝土受到較大溫差的作用，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。但是在實際施工過程中，施工企業(yè)無法掌控戶外的溫度，在完成混凝土澆筑施工后，混凝土自身會產(chǎn)生大量的熱量，此時混凝土內(nèi)部和外部存在較大的溫差，混凝土受到溫度應(yīng)力作用后，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。

3.2 混凝土自縮因素引起

混凝土自身存在自縮的現(xiàn)象，引發(fā)混凝土自縮的原因主要為三個方面：首先，水泥引起的自縮。在混凝土材料中水泥是重要的組成部分，水泥在與水反應(yīng)后使混凝土不斷的硬化，但是在硬化過程中，混凝土中的水分不斷流失，據(jù)統(tǒng)計流失占比超過80%，混凝土失去大量的水，進(jìn)而出現(xiàn)自縮現(xiàn)象；其次，使用外加劑引發(fā)的自縮。在混凝土施工時，施工企業(yè)會根據(jù)實際情況向混凝土內(nèi)添加減水劑，投入減水劑可以快速提高混凝土的強(qiáng)度，但是會引發(fā)混凝土出現(xiàn)自縮現(xiàn)象；第三，礦物質(zhì)引發(fā)的自縮。在混凝土中會添加一定比例的礦物質(zhì)，如煤灰等，礦物質(zhì)會引發(fā)混凝土出現(xiàn)自縮現(xiàn)象。

3.3 水泥的水化熱因素引起

在混凝土中按照強(qiáng)度要求，會添加一定比例的水泥，水泥在與水反應(yīng)后，會釋放出大量的熱量。由于熱量聚積在混凝土內(nèi)部，未能及時的排出，混凝土內(nèi)部溫度會高于外部溫度，在溫差的作用下產(chǎn)生溫度應(yīng)力，應(yīng)力超過混凝土的抵抗界限，會使混凝土出現(xiàn)裂縫。

3.4 超高混凝土抗拉極限

混凝土作為建筑結(jié)構(gòu)的主要材料，自身具備較高的抗壓能力，但是抗拉能力較低。在混凝土施工過程中，若建筑結(jié)構(gòu)受到拉應(yīng)力，并且拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉極限，致使混凝土出現(xiàn)裂縫?；炷潦艿娇估瓚?yīng)力的作用，一般是由于建筑自身出現(xiàn)沉降，或者受到外部過大的壓力作用，以及混凝土配合比例不合理等，都會使混凝土受到拉應(yīng)力，從而使結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

4 混凝土裂縫的危害

4.1 影響結(jié)構(gòu)的承載力和使用安全性

在樓板等受彎結(jié)構(gòu)處，應(yīng)將混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的裂縫控制在合理的范圍內(nèi)。但是受彎結(jié)構(gòu)持續(xù)受到應(yīng)力的作用，會影響到受彎結(jié)構(gòu)的承載力和使用安全性，一旦受彎結(jié)構(gòu)的承載力超過抵抗極限，導(dǎo)致受彎結(jié)構(gòu)遭到破壞，最終影響到結(jié)構(gòu)的整體性和安全性。

4.2 影響結(jié)構(gòu)的防水性

在土木工程建筑中，屋面、墻面等都是由混凝土材料組成，一旦上述位置出現(xiàn)裂縫，會影響到結(jié)構(gòu)的防水性，并且上述位置長期受到水體的侵蝕，會破壞結(jié)構(gòu)的整體性，最終導(dǎo)致出現(xiàn)安全事故。

4.3 影響結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命

混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫后，自然環(huán)境中的二氧化碳、二氧化硫等氣體，會進(jìn)入到結(jié)構(gòu)內(nèi)與鋼筋接觸，并且在水的作用下，產(chǎn)生的電解反應(yīng)會腐蝕鋼筋，鋼筋一旦受到腐蝕后，剛度和承載能力不斷降低，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的耐久性和使用壽命受到影響，一旦鋼筋無法承載結(jié)構(gòu)應(yīng)力，并且未能產(chǎn)生抗彎應(yīng)力，在結(jié)構(gòu)應(yīng)力作用下，鋼筋會發(fā)生斷裂，嚴(yán)重威脅建筑結(jié)構(gòu)的安全，導(dǎo)致用戶在建筑內(nèi)受到生命的威脅。

5 建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中裂縫問題的有效控制策略

5.1 合理確定混凝土材料的配合比

在土木建筑的設(shè)計階段，設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑的規(guī)模以及功能要求，合理規(guī)劃建筑結(jié)構(gòu)，在不同的結(jié)構(gòu)合理確定混凝土材料的配合比，不僅使不同結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度滿足使用要求，還能有效控制成本。以設(shè)計梁板結(jié)構(gòu)為例，由于梁板結(jié)構(gòu)承擔(dān)應(yīng)力荷載，需要降低混凝土材料的強(qiáng)度，一般將梁板結(jié)構(gòu)的混凝土強(qiáng)度等級設(shè)計在C35 以下。在設(shè)計C35 或者以下等級的混凝土材料配合比時，通常選用粒徑較大的粗骨料，并在配合時放置一定比例的細(xì)骨料，合理搭配粗細(xì)骨料，會使混凝土硬化階段，減少裂縫的出現(xiàn)。此外在完成混凝土施工后，混凝土出現(xiàn)收縮的時間較長，為將收縮控制在有效的范圍內(nèi)，可以在施工過程中向混凝土添加膨脹劑，利用膨脹劑擴(kuò)大混凝土，有效抵消收縮產(chǎn)生的應(yīng)力，從而降低混凝土出現(xiàn)裂縫的概率。

當(dāng)確定好混凝土的配合比例時，在根據(jù)施工中的實際要求，最好攪拌實驗的計劃，根據(jù)其水膠比以及排列的組合形式等，對不同等級的混凝土、不同等級的水膠比、不同級別的水泥進(jìn)行多次攪拌實驗，在根據(jù)水膠比試驗結(jié)果，選擇的合適的參數(shù)。根據(jù)混凝土凝固的時間、粘聚性等指標(biāo)，做出相關(guān)的調(diào)整，在進(jìn)行攪拌。最后混凝土應(yīng)當(dāng)符合施工指標(biāo)，可防止裂縫等。

5.2 控制好建筑物的不均勻沉降

在土木工程的準(zhǔn)備階段，設(shè)計人員應(yīng)對施工環(huán)境進(jìn)行全面的勘察，通過勘察選用合適的基礎(chǔ)形式，一般分為天然基礎(chǔ)和樁基礎(chǔ)。在選用天然基礎(chǔ)時，需要設(shè)計人員詳細(xì)計算每個區(qū)域基礎(chǔ)可能出現(xiàn)的沉降量，若整個區(qū)域沉降量未出現(xiàn)較大的差值，并且在有效的范圍內(nèi)，可以避免混凝土由于建筑沉降產(chǎn)生裂縫。若區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)較為明顯的沉降量差值，應(yīng)對設(shè)計進(jìn)行調(diào)整，使天然基礎(chǔ)的沉降量控制在合理的范圍內(nèi)。在選用樁基礎(chǔ)時，設(shè)計人員應(yīng)詳細(xì)計算樁基礎(chǔ)的沉降量。在計算過程中，若建筑規(guī)模較大、內(nèi)部結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，應(yīng)提高相鄰建筑樁基礎(chǔ)承載的負(fù)荷能力，以便控制沉降差在合理的范圍內(nèi)，避免相鄰建筑出現(xiàn)沉降，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。在控制建筑物不均勻沉降時，許多施工企業(yè)采用后澆帶施工方法，樁基礎(chǔ)沉降量穩(wěn)定后，繼續(xù)進(jìn)行澆筑施工。

5.3 提高混凝土機(jī)表性能

完成混凝土施工后，需要提高混凝土的機(jī)表性能，通過提高機(jī)表性能，有效減少結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生：首先，在混凝土中加入添加劑，利用添加劑增強(qiáng)混凝土的粘合度，混凝土具有較高的粘合度后，會避免受到人為或者外界自然因素的影響，減少裂縫的產(chǎn)生；其次，選用具備較高抗壓性能的材料，充分利用每個材料的特點，提高混凝土的整體性；第三，嚴(yán)格控制混凝土的材料比例。由于混凝土是由不同的材料組成，每種材料都會影響到混凝土的性能，并且引發(fā)混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。根據(jù)工程的建設(shè)要求，應(yīng)對不同強(qiáng)度的混凝土進(jìn)行試驗，在試驗中精準(zhǔn)把控混凝土材料的配合比，以便確定合理的材料配合比，制作出的混凝土既能滿足強(qiáng)度需求，還能防止混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

5.4 對建筑樓板配筋進(jìn)行重點設(shè)計

在建筑的樓板結(jié)構(gòu)處，由于樓板結(jié)構(gòu)會承受較大的應(yīng)力，尤其是外轉(zhuǎn)角結(jié)構(gòu)，在承受較大的應(yīng)力后，混凝土?xí)霈F(xiàn)斜向裂縫，斜向裂縫的角度通常為45°。為提高樓板結(jié)構(gòu)處承載應(yīng)力的能力，并且避免上述位置出現(xiàn)裂縫，需要對建筑樓板配筋進(jìn)行重點設(shè)計，一般在樓板位置配置雙層雙向鋼筋，要求每層每向鋼筋配筋率，應(yīng)超過0.3%。在不規(guī)則樓板位置，如凹凸不平的樓板，在配筋設(shè)計過程中，應(yīng)注意到該類型的樓板會產(chǎn)生集中應(yīng)力，尤其是在凹入陰角位置，設(shè)計人員應(yīng)在該位置配置斜向板筋，以此提升該位置抵抗應(yīng)力的能力。此外設(shè)計人員在樓板配筋設(shè)計過程中，應(yīng)遵循小間距、小直徑配筋原則，使樓板位置的配筋密度增大，在提升樓板位置承載應(yīng)力的同時，還能避免樓板位置出現(xiàn)裂縫。

5.5 對跨度大，荷載大，反復(fù)荷載的結(jié)構(gòu)的處理措施

許多建筑規(guī)模不斷擴(kuò)大，致使建筑跨度不斷增大，并且會承受較大的荷載，結(jié)構(gòu)在受到反復(fù)荷載的作用后，會使混凝土出現(xiàn)裂縫。由于建筑跨度大、荷載大以及反復(fù)荷載，會使混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的問題。由于建筑在使用過程中混凝土?xí)惺茌^大的應(yīng)力，在承受應(yīng)力的同時，還會產(chǎn)生徐變收縮，會加劇混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，針對跨度大、荷載大以及反復(fù)荷載引發(fā)的混凝土出現(xiàn)裂縫問題，需要在建筑結(jié)構(gòu)中增加預(yù)應(yīng)力鋼筋，借助預(yù)應(yīng)力鋼筋提升混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，并極大的抵消混凝土承受的拉應(yīng)力，一旦拉應(yīng)力對混凝土結(jié)構(gòu)的作用減少，會減少混凝土結(jié)構(gòu)中裂縫的產(chǎn)生。所以在混凝土結(jié)構(gòu)中配置預(yù)應(yīng)力鋼筋，應(yīng)根據(jù)建筑的結(jié)構(gòu)形態(tài)變化，合理應(yīng)用預(yù)應(yīng)力鋼筋，有效提升混凝土結(jié)構(gòu)的整體性，降低混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的概率。

5.6 加強(qiáng)后澆帶設(shè)計的應(yīng)用

采用后澆帶施工技術(shù)，可以有效減少混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的裂縫。設(shè)計人員應(yīng)加強(qiáng)后澆帶設(shè)計的應(yīng)用，在土木工程建筑規(guī)劃設(shè)計階段，應(yīng)根據(jù)工程實際情況以及建筑結(jié)構(gòu)要求，將后澆帶設(shè)置在合理的位置。通常情況下后澆帶會設(shè)置在混凝土結(jié)構(gòu)承受應(yīng)力較少的位置，避免后澆帶承受較大的應(yīng)力，導(dǎo)致后澆帶無法正常的使用。此外后澆帶一般使用時間為兩個月，在使用過程中可以有效避免混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。設(shè)計人員應(yīng)根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)應(yīng)力變化，調(diào)整后澆帶結(jié)構(gòu)，以便消除前期混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫，并且有效控制混凝土結(jié)構(gòu)的伸縮范圍，防止混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

圖1 后澆帶設(shè)計

5.7 選擇水化熱較低的水泥

由于混凝土施工期間，會在內(nèi)部產(chǎn)生較多的熱量，熱量主要來源于水泥的水化熱反應(yīng)。為減少水化熱產(chǎn)生的熱量，需要在混凝土配置過程中，選用水化熱低的水泥。水化熱低的水泥，在遇到水以后不會產(chǎn)生較多的熱量，使混凝土內(nèi)部和外部的溫差控制在合理的范圍內(nèi)，避免混凝土受到溫度應(yīng)力的作用后，混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。選用水化熱較低的水泥，可以有效控制水泥的使用量。與水化熱高的水泥相比，若在混凝土內(nèi)增加水泥的用量，在水化熱反應(yīng)過程中會產(chǎn)生大量的熱量，致使混凝土出現(xiàn)裂縫。水化熱低的水泥，根據(jù)混凝土材料配比要求，向混凝土內(nèi)放入相同量的水泥，水化熱低的水泥會產(chǎn)生較小的熱量，并且與水化熱高的水泥相比，水化熱低的水泥用量較少，有效降低混凝土的施工成本。此外還應(yīng)注意的是，使用水化熱低的水泥，應(yīng)控制好混凝土配合比，施工人員應(yīng)根據(jù)施工需要，對配置的混凝土進(jìn)行試驗，通過試驗確定水泥的具體用量，并經(jīng)過嚴(yán)格的檢驗，檢驗合格后才能進(jìn)行具體的施工。

5.8 加強(qiáng)后期的保養(yǎng)工作

混凝土施工包括混凝土配比、混凝土攪拌、混凝土澆筑以及混凝土養(yǎng)護(hù)，其中后期養(yǎng)護(hù)工作尤為重要，許多施工企業(yè)缺乏對后期養(yǎng)護(hù)的重視，未能嚴(yán)格按照要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫。所以施工企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)后期的保養(yǎng)工作，首先在完成混凝土澆筑后，應(yīng)及時向混凝土表面注入冷水，通過冷水對混凝土進(jìn)行強(qiáng)制降溫，使混凝土內(nèi)部的溫度與外部溫度避免產(chǎn)生較大的溫差。此外在澆灌冷水后，應(yīng)使用塑料薄膜或者草墊鋪蓋在混凝土表面，避免受到陽光直射，導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度升高。通過情況下完成混泥土澆筑后，7天后混凝土強(qiáng)度會到達(dá)85%，混凝土強(qiáng)度到達(dá)100%，需要經(jīng)過28天，施工企業(yè)應(yīng)在完成澆筑后的7 天時間內(nèi)，應(yīng)不斷的對混凝土進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在7天后根據(jù)混凝土的實際情況進(jìn)行相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)。施工企業(yè)對混凝土進(jìn)行后期的保養(yǎng)工作，可以有效控制混凝土的自縮狀態(tài)，避免混凝土在自縮狀態(tài)下出現(xiàn)裂縫。

6 結(jié)語

綜上所述，在土木工程建筑建設(shè)過程中，會使用到大量混凝土，為提高混凝土的應(yīng)用效果，強(qiáng)化建筑工程的穩(wěn)定性和安全性，需要參與工程建設(shè)的單位給予混凝土施工足夠的重視，尤其是重點關(guān)注混凝土出現(xiàn)的裂縫問題。針對混凝土出現(xiàn)的裂縫問題，一方面要求施工企業(yè)合理配比混凝土材料，另一方面根據(jù)結(jié)構(gòu)的變化，控制沉降、設(shè)計重點結(jié)構(gòu)位置的配筋等，避免混凝土出現(xiàn)裂縫。