淺析混凝土施工中的裂縫控制

吳燕龍

(中鐵十八局集團(tuán)第五工程有限公司,天津 300451)

21 世紀(jì)的中國(guó),隨著社會(huì)的飛速發(fā)展和人民生活水平的不斷提升、科學(xué)技術(shù)的大力發(fā)展和社會(huì)運(yùn)作效率的不斷提高,國(guó)家的建設(shè)步伐越來(lái)越快,城鎮(zhèn)化進(jìn)程大步向前,人口也不斷向一、二線(xiàn)城市遷徙,向區(qū)域中心城市集中。 隨著人口密度的增大以及新開(kāi)發(fā)用地的難以取得,高層寫(xiě)字樓的地位越來(lái)越重要。 這既是城市化進(jìn)程中非常重要的一步,也是我國(guó)公共資源中非常重要的一環(huán),對(duì)于提高人民生活質(zhì)量、促進(jìn)社會(huì)的和諧共進(jìn)和穩(wěn)定發(fā)展有著非常重要的作用。 建筑行業(yè)日趨成熟,已成為支撐全民經(jīng)濟(jì)的重要產(chǎn)業(yè)之一,由此超高層建筑應(yīng)運(yùn)而生,但其也存在建筑規(guī)模大、結(jié)構(gòu)難度大、施工風(fēng)險(xiǎn)高、安全隱患高、管理模式經(jīng)驗(yàn)不足等問(wèn)題。

混凝土由于自身的屬性,不僅成本低,而且有較好的耐用性,并且在實(shí)際的施工過(guò)程中易于取得,因此一直是整個(gè)建筑行業(yè)最常見(jiàn)的材料之一。但是混凝土本身有一個(gè)缺陷,即容易受牽拉而變形、抗拉壓的能力較差,受力不均勻時(shí)容易導(dǎo)致建筑物產(chǎn)生裂縫,并且如果縫隙過(guò)大便會(huì)引起建筑整體結(jié)構(gòu)的破壞,致使承載能力大大降低。 而有許多因素如當(dāng)天的天氣、濕度、地下條件等,都會(huì)對(duì)混凝土的性能有較大的影響。 特別是當(dāng)環(huán)境溫度處于25℃以上時(shí),這時(shí)在灌注過(guò)程中產(chǎn)生裂縫的概率明顯上升,在凝結(jié)的過(guò)程中也易發(fā)生變形。 因此在前期施工規(guī)劃時(shí),便要依據(jù)當(dāng)?shù)氐募竟?jié)特點(diǎn),遵循力學(xué)原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理,進(jìn)行混凝土的施工技術(shù)規(guī)劃。 混凝土澆筑的順利開(kāi)展以及后續(xù)建設(shè)是整個(gè)安裝項(xiàng)目的重中之重。 超高層建筑中的澆筑水平的控制為建筑的正常運(yùn)作提供了保障基礎(chǔ)。 近年來(lái),在相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員以及管理人員的努力下,我國(guó)的質(zhì)量控制、安全管理在建筑施工工程中取得了很大的進(jìn)步。 我國(guó)大量的管理學(xué)者和企業(yè)的管理層開(kāi)始投入較多的時(shí)間、資金來(lái)重點(diǎn)研究適合我國(guó)發(fā)展的建筑裂縫質(zhì)量控制管理模式。

總體而言,還是存在著控制水平參差不齊的現(xiàn)象。 而造成這些問(wèn)題的主要原因:一方面,導(dǎo)致砼裂縫發(fā)生的因素多種多樣。 其施工有一定的復(fù)雜性與廣泛性,整個(gè)灌注施工項(xiàng)目中所涉及的部門(mén)與機(jī)構(gòu)非常復(fù)雜,而且互相之間有一定的合作、制約等。 并且,裂縫的不穩(wěn)定性以及失去控制等問(wèn)題,需要更深層次地探究裂縫出現(xiàn)的原因以及相應(yīng)科學(xué)有效的防治方案。 大型混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫發(fā)生機(jī)制及其預(yù)防和控制對(duì)建筑業(yè)的未來(lái)發(fā)展具有重要作用;另一方面,在結(jié)合國(guó)內(nèi)外優(yōu)秀的裂縫質(zhì)量控制管理方法與體系時(shí),未能將自身的實(shí)際情況與所處環(huán)境很好地結(jié)合在一起,未能吸收國(guó)內(nèi)外的優(yōu)秀經(jīng)驗(yàn)合適地運(yùn)用到相關(guān)的具體施工管理案例中。

一、混凝土概述

(一)混凝土定義

混凝土以水泥為主材,摻入一系列的化學(xué)物質(zhì)等,按照科學(xué)配置,由適當(dāng)比例的堅(jiān)硬人造石均勻攪拌而成,具有致密和硬化的形態(tài)特征。 我國(guó)關(guān)于混凝土的概念主要指的是在結(jié)構(gòu)物最小實(shí)心尺寸至少為一米的材料,或由于溫度而形成凝膠材料變化而會(huì)造成裂縫的產(chǎn)生。 國(guó)內(nèi)專(zhuān)家普遍認(rèn)為,堅(jiān)固的建筑物被傾倒在現(xiàn)場(chǎng)或地下建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施中,容易導(dǎo)致裂縫的結(jié)構(gòu)收縮統(tǒng)稱(chēng)為混凝土。 在一些文獻(xiàn)中,混凝土的概念更加注重以下兩點(diǎn):一是截面面積小,在所有方向上都必須至少大于八十厘米;二是由于溫度而導(dǎo)致的裂縫,通過(guò)砼構(gòu)造能夠達(dá)到。

(二)混凝土特點(diǎn)

1.混凝土在外界溫度或者濕度發(fā)生改變時(shí),容易產(chǎn)生形變以及硬化。 相關(guān)的地方可能會(huì)發(fā)生受力不均的狀況,在這些區(qū)域中水泥石的收縮率更大。 在形狀變化的產(chǎn)生和內(nèi)部的約束中,存在有限變化的形變。 如果超過(guò)了其形變極限,便會(huì)提高裂縫產(chǎn)生的概率[1]。

2.砼耐牽引性?xún)H占耐壓性的10%,并且具有拉伸和變形的能力。 另外,由于混凝土本身的尺寸和所用水泥的量,在鑄造過(guò)程中會(huì)迅速散發(fā)大量的熱量,但自身較低的散熱能力,內(nèi)部溫度較低,容易造成內(nèi)部溫度的極速上升,而內(nèi)外溫差極速增大,也容易造成裂縫的產(chǎn)生。 在大多數(shù)情況下,外殼外部的溫度如果超過(guò)25 度,內(nèi)部溫度的急劇升高將導(dǎo)致砼體積發(fā)生重大變化。 在開(kāi)始澆灌的時(shí)候,彈模較低,并且溫度升高引起的溫度應(yīng)力相對(duì)較低。如果力大于其抗拉強(qiáng)度極限,則會(huì)發(fā)生裂紋并發(fā)生泄漏現(xiàn)象,嚴(yán)重的還會(huì)影響建筑的質(zhì)量安全,所以應(yīng)爭(zhēng)取少次多量,盡量一次性地完成澆筑灌注,施工時(shí)須對(duì)施工方進(jìn)行準(zhǔn)確且有效的控制[2]。

3.大部分大型混凝土適用于建筑施工中的基礎(chǔ)工程。 為了防止混凝土滲漏,因此制定了較高的規(guī)定。 大規(guī)模的砼由于固體混凝土基礎(chǔ)設(shè)施的復(fù)雜性和框架的更多使用路徑,熱效率通常在工作中效率較低,并且鋼筋框架具有較大的直徑,而鋼筋傳導(dǎo)熱的能力較強(qiáng),所以在與混凝土進(jìn)行混合的過(guò)程中會(huì)進(jìn)行收縮,容易在鋼筋接觸面產(chǎn)生輻射形狀的裂縫現(xiàn)象。

二、混凝土裂縫原因

(一)收縮裂縫

在混凝土表面上會(huì)出現(xiàn)一些細(xì)小的、不規(guī)則的混凝土收縮裂縫。 這是因?yàn)榛炷烈子谑湛s,對(duì)施工過(guò)程具有重大作用。

裂縫主要從形態(tài)上分為兩類(lèi):第一類(lèi)是表面上能看到的裂縫。 大型混凝土的內(nèi)部熱量緩慢散逸到外部,而外部表面與外界接觸,從而加速了散熱。表面上會(huì)形成溫度梯度,從而導(dǎo)致表面上的拉壓力和內(nèi)部壓力改變。 此階段的混凝土壽命短且抗張強(qiáng)度低。 如果由溫度差引起的表面張力應(yīng)力此時(shí)超過(guò)混凝土的最大抗拉強(qiáng)度,則混凝土表面可能會(huì)出現(xiàn)裂紋。 這些裂縫通常在混凝土的3 ～4 天之內(nèi)發(fā)生;另一類(lèi)是經(jīng)歷了裂縫,混凝土安裝已經(jīng)就位的幾天后,水解熱量和結(jié)構(gòu)的散熱率達(dá)到短期平衡,然后進(jìn)入冷卻階段[3]。

(二)干縮裂縫

收縮裂縫通常在混凝土固化后的某個(gè)時(shí)間或澆筑混凝土的一周后發(fā)生。 收縮裂縫的發(fā)生主要原因是混凝土內(nèi)部和外部的水變形是不同的,導(dǎo)致了不同的變形。 混凝土受外界條件影響,表面水分流失過(guò)快,變形量大,而內(nèi)部水分移動(dòng)和擴(kuò)散較慢,水分變化越小,變形越小,表面收縮變形越大,在混凝土內(nèi)部受力,導(dǎo)致應(yīng)力和裂縫增加,致使混凝土收縮裂紋容易發(fā)生。 收縮裂紋多為平行、線(xiàn)性或網(wǎng)狀的淺裂紋。 劈裂影響混凝土的承載能力等。 混凝土的干收縮率主要與混凝土的水灰比、水泥的組成、水泥的量、骨料的性質(zhì)和量以及添加劑的量有關(guān)[4]。

(三)塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫通常出現(xiàn)在干熱或大風(fēng)天氣中。 塑性收縮是指混凝土凝固前水的快速流失而導(dǎo)致的表面收縮。 裂紋大多中間寬、兩端薄、長(zhǎng)度不同,是不連貫的。 塑性收縮主要原因是混凝土在最終硬化之前幾乎沒(méi)有強(qiáng)度或抵抗力。剛硬化之后幾乎沒(méi)有抵抗力,剛完成凝固并且強(qiáng)度很小,在氣候較熱的時(shí)候或強(qiáng)風(fēng)的影響下,混凝土表面失水太快而無(wú)法形成毛細(xì)管。 塑性收縮裂紋通常出現(xiàn)在干熱或大風(fēng)天氣中,這是混凝土凝固前水的快速流失導(dǎo)致的表面收縮。 高負(fù)壓會(huì)大大收縮混凝土的體積,此時(shí),混凝土的強(qiáng)度無(wú)法抵抗其去除,從而導(dǎo)致開(kāi)裂。 影響消除混凝土可塑性和開(kāi)裂的關(guān)鍵因素包括混凝土材料的配比、氣候、溫度、濕度等。

三、裂縫控制在當(dāng)下建筑施工中存在的問(wèn)題

(一)影響質(zhì)量因素多

建筑施工中的質(zhì)量管理主要集中在人、物、機(jī)、法、環(huán)這五個(gè)方面。 因?yàn)槠浔旧碣|(zhì)量要求以及客觀因素的不同,這五個(gè)方面也有千差萬(wàn)別的不同,最終對(duì)施工項(xiàng)目施工質(zhì)量、進(jìn)度和成本造成很大的影響,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成事故、停工等。

(二)質(zhì)量波動(dòng)因素大

由于混凝土對(duì)于質(zhì)量要求較高,所以只有原材料質(zhì)量過(guò)關(guān)、存儲(chǔ)得當(dāng),且在施工時(shí)采用合理的混凝土配比,才能提高質(zhì)量。 如遇雨雪天氣、大風(fēng)天氣,濕度溫度不適合影響材料特性,也會(huì)有很大的影響,都很難進(jìn)行施工,必然會(huì)影響施工進(jìn)度以及操作難度,因此質(zhì)量控制波動(dòng)因素大。

(三)檢驗(yàn)手段的局限性

建筑工程勞動(dòng)密集,不僅技術(shù)要求高,技術(shù)更新?lián)Q代的速度特別快,對(duì)于質(zhì)量的要求也在逐漸提高。 針對(duì)不同的混凝土結(jié)構(gòu)物,要選取不同的澆筑工藝,并且控制時(shí)間等,以減少內(nèi)外溫差造成的質(zhì)量波動(dòng)。 其中涉及非常多的隱蔽工程,極難檢驗(yàn),而建筑項(xiàng)目周期長(zhǎng)、檢驗(yàn)項(xiàng)目多、隱蔽工程多、檢驗(yàn)技術(shù)要求高,因此需要相關(guān)人員要進(jìn)行每一步的檢驗(yàn),沒(méi)有問(wèn)題了才能進(jìn)行下一步,才能保障項(xiàng)目的質(zhì)量,不留下安全隱患。

(四)施工實(shí)體不能拆除檢驗(yàn)

建筑普遍是大型的工程項(xiàng)目,不能像其他零部件、半成品等進(jìn)行拆除檢修,定期檢修維護(hù)難度高,而且不定因素多,增加安全隱患。 因此只能盡量以預(yù)防為主,在施工前期進(jìn)行科學(xué)、合理的規(guī)劃,在安裝過(guò)程中一定要及時(shí)對(duì)隱蔽工程進(jìn)行驗(yàn)收,并實(shí)行嚴(yán)格的監(jiān)管制度,對(duì)過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題及時(shí)提出解決方案,將安全風(fēng)險(xiǎn)降到最低[5]。

(五)施工過(guò)程具有靈活可變性

在施工過(guò)程中,由于跨度較大,溫度變化較劇烈,所以應(yīng)隨時(shí)注意外界環(huán)境對(duì)混凝土裂縫產(chǎn)生的影響,隨時(shí)進(jìn)行靈活工藝的調(diào)整。 在混凝土的過(guò)程中,必須選擇合適的外部溫度澆水。 例如,如果在使用過(guò)程中環(huán)境的外部溫度突然變化(如溫度突然下降等),則必須采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施,以防止混凝土結(jié)構(gòu)因溫差太大而出現(xiàn)裂縫等情況。

四、混凝土裂縫控制措施

(一)我們一般需要嚴(yán)格選擇、控制水泥用量,盡量選用后期強(qiáng)度較高的水泥品種,以延緩峰值。在滿(mǎn)足混凝土力學(xué)特征、基礎(chǔ)性質(zhì)、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定等的前提下,降低混凝土的最高溫升,降低混凝土所受的應(yīng)力。

(二)可以根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的混合物,添加一定量的混合物,如防水劑、膨脹劑、緩凝劑和其他添加劑。 如果減少了其中水所占的比例,便可以降低裂縫產(chǎn)生的概率,增加凝結(jié)的時(shí)間。

(三)選擇合適的材料混合比例,使用分級(jí)良好的原材料。 如果能降低水灰比,即主要在混凝土中混合粉煤灰和摻合料,可以降低混凝土在灌注時(shí)產(chǎn)生的熱能,進(jìn)而減少裂縫產(chǎn)生的概率。

(四)選取施工工藝時(shí)候結(jié)合實(shí)際情況,綜合混凝土泵送方法。 泵送的效率問(wèn)題關(guān)系到混凝土的澆筑效率,一般這種逐級(jí)的推進(jìn)澆筑模式,可以更好地適應(yīng)泵送過(guò)程,簡(jiǎn)化了混凝土的滲漏處理,并確保了上部的澆筑間隔,從而降低混凝土超過(guò)初始設(shè)定時(shí)間的概率[6]。

(五)對(duì)混凝土進(jìn)入模具的時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格的控制,最好在春季和秋季選擇以降低模具溫度。 在施工過(guò)程中,可以通過(guò)噴灑少量水的辦法來(lái)降低溫度,并可以先將自來(lái)水倒入地下儲(chǔ)罐中冷卻。

(六)加強(qiáng)技術(shù)管理和原材料檢驗(yàn),適應(yīng)施工需求以及環(huán)境的變化。 對(duì)于裂縫控制的管理不僅局限于施工過(guò)程中的安全質(zhì)量管理,對(duì)于前期的施工計(jì)劃、力學(xué)知識(shí)、結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)、原材料零部件采購(gòu)、配比調(diào)試以及竣工后的驗(yàn)收和維護(hù)、相關(guān)培訓(xùn)等也都應(yīng)有相關(guān)人員進(jìn)行負(fù)責(zé)。 應(yīng)嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)章制度,按章施工[7]。

五、結(jié)語(yǔ)

材料是構(gòu)成施工項(xiàng)目物質(zhì)基礎(chǔ),是保障質(zhì)量安全的基石。 為保障施工項(xiàng)目的質(zhì)量過(guò)關(guān),在混凝土等相關(guān)灌注材料質(zhì)量控制上應(yīng)高度重視,健全材料管理制度。 在建筑工程混凝土的灌注實(shí)施前,應(yīng)做好相應(yīng)的預(yù)防工作和計(jì)劃,盡量降低可預(yù)料到的風(fēng)險(xiǎn)和隱患,降低裂縫發(fā)生的概率。而且裂縫控制管理的過(guò)程是貫穿全過(guò)程并且處于動(dòng)態(tài)之中的,在質(zhì)量管理過(guò)程中需要不斷地結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與改進(jìn),以適應(yīng)施工需求以及環(huán)境的變化。

在質(zhì)量管理中無(wú)時(shí)無(wú)刻不強(qiáng)調(diào)著“人”的作用,在施工項(xiàng)目中應(yīng)當(dāng)以人為本,保障每一步驟都有專(zhuān)業(yè)人員、經(jīng)驗(yàn)人士的參與,進(jìn)而降低裂縫產(chǎn)生的概率,提高施工質(zhì)量。 施工過(guò)程中應(yīng)堅(jiān)守職業(yè)道德,遵紀(jì)守法,遵守當(dāng)?shù)氐囊?guī)章制度以及客戶(hù)的要求,以高尚的職業(yè)操守,嚴(yán)格執(zhí)行相關(guān)的規(guī)定與要求,堅(jiān)持以科學(xué)、客觀、公正的態(tài)度進(jìn)行裂縫管理。