建筑混凝土施工的裂縫原因與防治方法

馬錦希

（廣州市第二建筑工程有限公司，廣東廣州 510000）

0 引言

隨著建設(shè)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，為滿足混凝土結(jié)構(gòu)現(xiàn)澆作業(yè)需求，現(xiàn)代建筑工程中，普遍采用大體積混凝土技術(shù)，其有著表面系數(shù)小、內(nèi)部升溫快的工藝局限，在施工期間時(shí)常出現(xiàn)混凝土開裂問題，對建筑物結(jié)構(gòu)性能、使用壽命造成嚴(yán)重影響，由此引發(fā)結(jié)構(gòu)滲漏水、形成抗震薄弱環(huán)節(jié)等多項(xiàng)問題出現(xiàn)。在這一工程背景下，對混凝土裂縫的防治處理，是保障建筑物使用安全、推動(dòng)建筑施工水準(zhǔn)持續(xù)提高的關(guān)鍵。

1 建筑混凝土裂縫類型及形成原因

1.1 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫主要出現(xiàn)在混凝土現(xiàn)澆完畢到硬化成型的時(shí)間段內(nèi)，在混凝土表面形成寬度較大、沿受力鋼筋與箍筋方向規(guī)則性分布的結(jié)構(gòu)裂縫，或是在混凝土結(jié)構(gòu)厚度較小時(shí)在表面形成直線狀的貫穿性裂縫。這類裂縫的形成機(jī)理在于，塑性狀態(tài)下的混凝土固體顆粒受到減水劑等外加劑影響，在表面形成水泥漿，表面水分蒸發(fā)速率明顯高于泌水速率，隨著時(shí)間推移，混凝土水分蒸發(fā)面持續(xù)下降，當(dāng)蒸發(fā)面低于新拌混凝土表面時(shí)，形成凹液面，在毛細(xì)管壓力作用下推動(dòng)周邊固體顆粒相互靠近，由于顆粒平均距離縮短而出現(xiàn)漿體收縮現(xiàn)象，在收縮量超標(biāo)后便會形成裂縫。同時(shí)，當(dāng)混凝土結(jié)束塑性階段后，固體顆粒將恢復(fù)到固定狀態(tài)，停止毛細(xì)作用，不會在后期形成塑性收縮裂縫。在建筑混凝土結(jié)構(gòu)施工期間，如果出現(xiàn)混凝土含水量過高、現(xiàn)場環(huán)境干燥、現(xiàn)場氣溫偏高與風(fēng)速過快、混凝土表面未采取覆蓋保護(hù)措施、混凝土表面水分蒸發(fā)速度過快等情況，會增加混凝土體積收縮量，因?qū)嶋H收縮量遠(yuǎn)超過同時(shí)期混凝土強(qiáng)度而形成塑性收縮裂縫[1]。

1.2 溫度裂縫

混凝土溫度裂縫常見于現(xiàn)場環(huán)境溫差較大、采取大體積混凝土技術(shù)的建筑工程中，因外部氣溫異常變化和內(nèi)表溫差過大而在表面與內(nèi)部形成裂縫。例如，從混凝土內(nèi)外溫差角度來看，當(dāng)混凝土澆筑完畢后會進(jìn)行一段時(shí)間的水化反應(yīng)，持續(xù)向外釋放熱量，由于大體積混凝土表面系數(shù)小和內(nèi)部溫升速度快，如果未采取有效溫控措施，會在結(jié)構(gòu)中形成超過抗拉強(qiáng)度的溫度應(yīng)力，在應(yīng)力作用下形成裂縫，混凝土內(nèi)表溫差越大，則裂縫寬度越大，對結(jié)構(gòu)性能與耐久性造成更為嚴(yán)重的影響。而從外部氣溫角度來看，現(xiàn)場環(huán)境氣溫直接影響到混凝土表面溫度，如果遇到寒潮來襲，或是現(xiàn)場氣溫偏低，會隨之降低混凝土表面溫度，但并不會影響到內(nèi)部溫度，最終因混凝土內(nèi)表溫差過大而形成溫度裂縫。此外，配合比不當(dāng)也是引發(fā)混凝土溫度裂縫形成的一項(xiàng)重要原因，在建筑大體積混凝土施工期間，錯(cuò)誤選用水泥品種、水泥用量超標(biāo)，導(dǎo)致混凝土在水化期間釋放過多的水化熱量，使得混凝土內(nèi)部溫升速度過快、內(nèi)表溫差失控，在混凝土澆筑完畢3～5d內(nèi)形成溫度裂縫。

1.3 沉降裂縫

混凝土沉降裂縫是因下方基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降現(xiàn)象和產(chǎn)生過大沉降量而形成的一種裂縫，主要表現(xiàn)為深入型裂縫和貫穿型裂縫，裂縫與地面基本保持垂直狀態(tài)。在建筑混凝土施工期間，沉降裂縫形成原因包括下方地基軟硬不均、過早拆模、直接在凍土層上支設(shè)模板與現(xiàn)澆混凝土。例如，在凍土層上直接現(xiàn)澆混凝土?xí)r，如果混凝土結(jié)構(gòu)未在冬季結(jié)束前達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，隨著氣溫回升，凍土層逐漸解凍，土層強(qiáng)度與承載性能隨之降低，在承受較大上部荷載的情況下出現(xiàn)化凍下沉現(xiàn)象，由此引發(fā)沉降裂縫的形成[2]。

1.4 化學(xué)反應(yīng)膨脹裂縫

化學(xué)反應(yīng)膨脹裂縫常見于混凝土表面，呈現(xiàn)龜裂形狀和網(wǎng)狀裂縫形狀，形成原因包括使用安定性較差水泥、骨料堿性超標(biāo)、振搗不良、鋼筋銹蝕。例如，在選用堿性超標(biāo)的骨料來制備混凝土?xí)r，在混凝土攪拌、澆筑與硬化成型期間，活性骨料與堿性離子相互接觸后進(jìn)行一系列化學(xué)反應(yīng)，并在反應(yīng)期間持續(xù)吸收外部水分，致使混凝土體積膨脹、形成裂縫。而在使用安定性較差水泥材料時(shí)，將在混凝土水化過程中持續(xù)生成鈣礬石，形成膨脹裂縫。

1.5 干縮裂縫

干縮裂縫常見于混凝土平面部位和結(jié)構(gòu)變截面處，呈現(xiàn)為走向縱橫交錯(cuò)、缺乏規(guī)律性的細(xì)小裂縫。干縮裂縫形成原因在于，混凝土養(yǎng)護(hù)操作不當(dāng)，在養(yǎng)護(hù)期間的水分蒸發(fā)速率過快，表面長時(shí)間處于干燥狀態(tài)或干濕交替狀態(tài)，因缺乏水分而導(dǎo)致體積收縮，在內(nèi)部約束作用下產(chǎn)生過大拉應(yīng)力，最終形成干縮裂縫。

2 建筑混凝土裂縫通病的防治方法

2.1 材料質(zhì)控

為減小材料因素對混凝土裂縫形成概率、結(jié)構(gòu)性能造成的影響系數(shù)，必須嚴(yán)格控制材料質(zhì)量，從原材料性能檢驗(yàn)、混凝土運(yùn)輸、成品材料檢驗(yàn)3方面著手，具體如下。

2.1.1 原材料性能檢驗(yàn)

在混凝土拌和前，對拌合水pH、粗細(xì)骨料粒徑、水泥品種與干燥程度、外加劑品種進(jìn)行全面檢查，退回存在質(zhì)量缺陷與規(guī)格有誤的材料，如不得使用潮濕結(jié)塊水泥。隨后，根據(jù)混凝土拌和要求，對原材料進(jìn)行預(yù)處理，篩除粗細(xì)骨料中夾雜的腐殖土等雜質(zhì)，將骨料含泥量控制在3%以內(nèi)，把水泥運(yùn)往干燥庫房內(nèi)進(jìn)行密封堆放，濾除拌合水中的雜質(zhì)，或直接使用水質(zhì)較高的飲用水作為拌和水。

2.1.2 混凝土運(yùn)輸

準(zhǔn)備專用混凝土罐車來運(yùn)輸材料，在運(yùn)輸期間始終保持罐車勻速轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)，避免混凝土分層離析。同時(shí)，嚴(yán)格控制混凝土運(yùn)輸時(shí)間，要求所制備混凝土在限定時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸入場、投入使用，如果存放時(shí)間過長，和易性等多項(xiàng)性能都將出現(xiàn)明顯下滑現(xiàn)象，容易在后續(xù)澆筑、硬化成型期間形成裂縫。

2.1.3 成品材料檢驗(yàn)

待混凝土材料運(yùn)輸入場后，對混凝土的坍落度、密度、和易性、抗壓/抗析強(qiáng)度、劈裂強(qiáng)度等多項(xiàng)性能進(jìn)行逐項(xiàng)檢測，對比檢測結(jié)果與性能指標(biāo)要求，禁止將質(zhì)量不達(dá)標(biāo)材料投入使用。以混凝土坍落度為例，一般情況下，要求混凝土坍落度保持在18～22cm以內(nèi)。同時(shí)，為預(yù)防產(chǎn)生不必要的材料損耗，對離析混凝土進(jìn)行重復(fù)攪拌，在混凝土流動(dòng)性不達(dá)標(biāo)添加少量減水劑進(jìn)行二次調(diào)整，再將處理后的混凝土材料投入使用[3]。

2.2 配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

在配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)通常采取原材料優(yōu)選、混凝土試拌兩項(xiàng)防治措施，具體如下：①原材料優(yōu)選是綜合分析現(xiàn)場環(huán)境條件、混凝土施工標(biāo)準(zhǔn)、工藝技術(shù)等因素來選擇恰當(dāng)?shù)脑牧掀贩N。例如，在采取大體積混凝土技術(shù)時(shí)，需要選用連續(xù)級配碎石作為粗骨料、選用粉煤灰或礦渣粉作為摻合料、選用中砂作為細(xì)骨料，選用粉煤灰硅酸鹽水泥等低水化熱品種水泥，以及在攪拌期間使用到高效減水劑、緩凝劑和引氣劑等外加劑。②混凝土試拌是按照既定配合比方案來制備少量混凝土，將樣品送至實(shí)驗(yàn)室化驗(yàn)檢測，根據(jù)檢驗(yàn)報(bào)告與混凝土表現(xiàn)情況來調(diào)整配合比方案，如在混凝土泌水量較多時(shí)增加減水劑用量，在混凝土抗裂性能不佳時(shí)摻入適量纖維材料。

2.3 混凝土溫度控制

為有效控制混凝土內(nèi)表溫差與澆筑溫度，避免因內(nèi)表溫差、混凝土表面與現(xiàn)場溫度差值過大、混凝土溫升速度過快而形成溫度裂縫，需要采取入模溫度控制、內(nèi)表溫差控制、現(xiàn)場溫度控制3項(xiàng)措施，具體如下。

2.3.1 入模溫度控制

混凝土入模溫度與內(nèi)部最高溫度有著緊密聯(lián)系，在入模溫度過高、過低時(shí)，都會影響到混凝土硬化成型效果，容易形成溫度裂縫。因此，在混凝土現(xiàn)澆作業(yè)開始前，施工人員需要對混凝土溫度進(jìn)行測量，把溫度控制在5～30℃區(qū)間內(nèi)，必要時(shí)采取冷卻降溫、預(yù)加熱等方法來調(diào)節(jié)溫度。

2.3.2 內(nèi)表溫差控制

提前在澆筑區(qū)內(nèi)設(shè)置感溫探頭，定期對混凝土表面、結(jié)構(gòu)內(nèi)部與現(xiàn)場環(huán)境溫度進(jìn)行測量。在混凝土內(nèi)表溫差臨近限值，或是混凝土內(nèi)部溫升速度超出預(yù)期時(shí)，則在澆筑區(qū)內(nèi)預(yù)埋管路中流通冷卻水來帶走內(nèi)部釋放的多余熱量，或是在混凝土表面蓄積熱水來提高表面溫度[4]。

2.3.3 現(xiàn)場溫度控制

在工程現(xiàn)場氣溫異常變化時(shí)，采取相應(yīng)措施來控制現(xiàn)場氣溫，或是減小環(huán)境溫度對混凝土溫度造成的影響。例如，在現(xiàn)場氣溫偏低時(shí)在混凝土表面包裹棉簾等保溫材料，也可以采取蒸汽養(yǎng)護(hù)法，持續(xù)在作業(yè)區(qū)域生成高溫蒸汽。而在現(xiàn)場氣溫偏高時(shí)，搭建遮陽擋棚，阻擋太陽光直接照射混凝土。

2.4 工藝過程控制

在現(xiàn)代建筑工程中，混凝土技術(shù)有著工藝流程煩瑣、作業(yè)難度大、成型質(zhì)量可控性差的施工特點(diǎn)，如果在工藝過程中出現(xiàn)提前拆模、混凝土振搗時(shí)間不足、前后層混凝土澆筑間隔時(shí)間過長等問題，都有可能形成結(jié)構(gòu)性裂縫，存在質(zhì)量安全隱患。因此，為預(yù)防混凝土裂縫問題的出現(xiàn)，必須加強(qiáng)工藝過程控制力度，正確掌握各道工序的技術(shù)操作要點(diǎn)，確保施工技術(shù)方案得到貫徹執(zhí)行。

（1）基層處理。對混凝土結(jié)構(gòu)下方基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的平整度、承載性能與穩(wěn)定性進(jìn)行檢查，如果在松軟土層、凍土層上支設(shè)模板與澆筑混凝土，為預(yù)防沉降裂縫形成，需要采取注漿加固、強(qiáng)夯、堆載預(yù)壓等方法對基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理，或是合理安排工序流程，在凍土層解凍前完成拆模作業(yè)。

（2）混凝土澆筑。在混凝土結(jié)構(gòu)幾何尺寸較大情況下，采取分層澆筑方式，混凝土層厚度不宜超過0.3m，并把澆筑高度控制在2m內(nèi)，或是額外設(shè)置溜槽等裝置，避免出現(xiàn)混凝土離析現(xiàn)象。同時(shí)，為預(yù)防施工冷縫形成，要求連續(xù)性完成混凝土現(xiàn)澆作業(yè)，待下層混凝土初凝前，必須完成上層混凝土澆筑振搗操作，可選擇添加緩凝劑來延緩初凝時(shí)間。而在混凝土中斷澆筑、下層提前初凝時(shí)，施工人員對初凝混凝土進(jìn)行強(qiáng)力攪拌。

（3）混凝土振搗。在混凝土水化反應(yīng)期間，會產(chǎn)生一定的混凝土收縮量與徐變量，在混凝土表面形成細(xì)微裂縫，對混凝土觀感質(zhì)量造成影響。因此，在一次振搗完畢后，需要在混凝土臨近初凝1h時(shí)重復(fù)開展振搗作業(yè)，起到改善混凝土結(jié)構(gòu)狀態(tài)、增強(qiáng)抗?jié)B性能的作用。隨后，在混凝土臨近終凝時(shí)開展二次抹面作業(yè)，施工人員手持滾筒反復(fù)滾壓混凝土表面，消除表面裂縫、保持表面光滑狀態(tài)。

（4）混凝土養(yǎng)護(hù)。為預(yù)防干縮裂縫與溫度裂縫形成，重點(diǎn)做好保溫、保濕方面的養(yǎng)護(hù)工作。其中，在保溫方面，定期測量混凝土內(nèi)表溫度與養(yǎng)護(hù)環(huán)境溫度，在環(huán)境氣溫偏低時(shí)采取蒸汽養(yǎng)護(hù)法來維持5℃以上溫度，在表面溫度偏低時(shí)采取蓄水養(yǎng)護(hù)法來提高表面溫度，在內(nèi)部溫度偏高時(shí)采取循環(huán)冷卻法來降低內(nèi)部溫度、控制溫升速度[5]。而在保濕養(yǎng)護(hù)方面，在混凝土表面覆蓋塑料薄膜或是堆放浸濕麻布袋起到表面鎖水作用，定期在表面灑水潤濕，同步檢查混凝土水分蒸發(fā)速率和養(yǎng)護(hù)環(huán)境空氣濕度，根據(jù)蒸發(fā)速率、空氣濕度變化情況來實(shí)時(shí)調(diào)整灑水養(yǎng)護(hù)方案。

（5）模板拆除。要求施工人員根據(jù)混凝土強(qiáng)度提升情況來選擇恰當(dāng)拆模時(shí)機(jī)，在養(yǎng)護(hù)持續(xù)時(shí)間到達(dá)預(yù)定值后，對試塊強(qiáng)度進(jìn)行檢測，如果試塊強(qiáng)度達(dá)到一定比例的設(shè)計(jì)強(qiáng)度值，即可組織開展拆模作業(yè)，按順序先后拆除非承重部位與承重部位模板。同時(shí)，禁止施工人員采取野蠻拆模行為，如果在拆模期間出現(xiàn)混凝土與模板粘連、表面形成裂縫、缺棱掉角等問題，需要對缺陷部位進(jìn)行修補(bǔ)處理，如采取灌縫修補(bǔ)法，清理裂縫內(nèi)部與表面灰塵污漬，在縫內(nèi)灌注環(huán)氧樹脂膠液，由灌縫膠與混凝土形成整體結(jié)構(gòu)。

2.5 編制專項(xiàng)裂縫防治方案

考慮到混凝土裂縫問題有著種類繁多、成因復(fù)雜的特征，不同類型裂縫的表現(xiàn)形式、出現(xiàn)時(shí)間、形成原因和造成影響存在明顯差異。因此，為提高混凝土裂縫防治工作的針對性，必須結(jié)合裂縫類型來編制專項(xiàng)防治處理方案。例如，針對混凝土塑性收縮裂縫問題，需要采取潤濕混凝土表面、縮短工序交接時(shí)間、優(yōu)化配合比方案三項(xiàng)防治措施，通過控制混凝土塑性收縮量來預(yù)防裂縫形成。①潤濕混凝土表面，提前把模板板材在水中浸泡一段時(shí)間、在基面上灑水潤濕，以及在定期在混凝土表面以噴霧形式噴淋少量水分，避免基面和模板吸收過多混凝土水分，保持水分蒸發(fā)速率和泌水速率的穩(wěn)定狀態(tài)。②縮短工序交接時(shí)間，待混凝土現(xiàn)澆完畢后，施工人員必須在限定時(shí)間內(nèi)開展養(yǎng)護(hù)作業(yè)，避免因工序交接不及時(shí)而導(dǎo)致混凝土長期受到外部環(huán)境侵蝕而散失過多水分。③配合比優(yōu)化，在混凝土攪拌期間摻加適量粉煤灰、緩凝減水劑等摻合料與外加劑，也可以添加纖維材料，如PP聚丙烯纖維、PVA聚乙烯醇纖維、玻璃纖維等，纖維體將在基體中均勻分散，起到抑制收縮程度、增強(qiáng)結(jié)構(gòu)韌性、減小裂縫寬度等多重作用。

3 結(jié)語

綜上所述，混凝土裂縫是現(xiàn)代建筑工程中的一類典型質(zhì)量通病，建筑企業(yè)與工程人員需要對混凝土裂縫防治工作予以充分重視，深入了解裂縫類型、明確裂縫形成原因，針對性采取裂縫防治方案，盡最大努力降低混凝土裂縫形成概率，做到對癥下藥。