建筑工程施工中混凝土裂縫的成因和治理研究

朱德志 西曰兵 山東瑞升建筑集團(tuán)有限公司

1 前言

建筑工程的質(zhì)量關(guān)乎著建筑的總體安全，尤其是混凝土工程中常見的裂縫問題，如不采用合理的預(yù)防與治理方法則后患無窮。因此，混凝土工程的施工技術(shù)人員應(yīng)提前對建筑施工中可能出現(xiàn)的混凝土裂縫類型進(jìn)行分析，依據(jù)成因，通過科學(xué)防治避免裂縫的出現(xiàn)，達(dá)到提高建筑工程質(zhì)量的目的，或者在出現(xiàn)混凝土裂縫后，采用積極的治理方法，降低建筑安全隱患。

2 建筑工程中混凝土裂縫分類與原因

因混凝土本身抗拉強(qiáng)度較低且大部分時(shí)間暴露在室外，受長期外部環(huán)境因素與荷載的影響，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)容易出現(xiàn)開裂的現(xiàn)象?；炷灵_裂不僅影響建筑外觀，也會(huì)導(dǎo)致建筑在后期使用過程中耐久度持續(xù)下降，縮短使用壽命。因此對混凝土裂縫的類型與原因展開分析，能夠最大限度地保障建設(shè)安全，并深入了解混凝土開裂的本質(zhì)。從裂縫時(shí)間上可分為早期、中期與晚期裂縫，經(jīng)過對混凝土裂縫綜合分析后，得出了各裂縫產(chǎn)生的具體時(shí)間（表1）。早期裂縫是施工中出現(xiàn)較多的類型之一，其原因可能與早期混凝土的狀態(tài)、性能參數(shù)等有關(guān)（圖1）。而中后期混凝土裂縫出現(xiàn)的原因則多受外部環(huán)境影響而出現(xiàn)了荷載的變化。

表1 混凝土裂縫的分類與出現(xiàn)的具體時(shí)間

圖1 混凝土早期裂縫各參數(shù)的不同變化過程

倘若對混凝土開裂的原因進(jìn)行劃分，常見的裂縫分類如圖2所示，包括荷載裂縫、收縮裂縫、溫差裂縫以及施工不當(dāng)造成的裂縫等，本文著重對收縮裂縫、沉降裂縫、荷載裂縫以及施工裂縫的成因進(jìn)行分析，并有針對性地提出治理措施。

圖2 混凝土裂縫形成原因

3 不同類型的混凝土裂縫成因與治理措施

3.1 收縮裂縫

收縮裂縫較為容易理解，當(dāng)混凝土在硬化過程中受外界環(huán)境因素的影響造成混凝土體積縮小，雖體積不?？s小但也會(huì)受到外界的約束，若收縮量超過了拉應(yīng)變的極限，會(huì)導(dǎo)致混凝土開裂，混凝土收縮開裂過程中相關(guān)影響因素較多，如干燥收縮、塑性收縮等。（1）收縮裂縫的成因。①干燥收縮裂縫?；炷猎跀嚢柽^程中自然會(huì)摻入較多的水分，尤其是早期的混凝土，但受外界環(huán)境的改變，水分會(huì)有所蒸發(fā)引起混凝土體積縮小。其原因可能與混凝土毛細(xì)孔蒸發(fā)后產(chǎn)生的收縮以及混凝土中含有的凝膠體吸附了大量水分造成。大部分產(chǎn)生收縮裂縫的時(shí)間為完成混凝土養(yǎng)護(hù)后的7d內(nèi)，此時(shí)混凝土完成澆筑后尚未及時(shí)做好養(yǎng)護(hù)工作，但同時(shí)又受到了外界環(huán)境的干擾，如風(fēng)吹日曬等，導(dǎo)致其表面水分過快流失，而混凝土內(nèi)部因濕度變化小，則表面與內(nèi)部之間所形成的約束力不均，出現(xiàn)裂縫。②塑性收縮裂縫。塑性收縮也是收縮裂縫中常見的類型，也因混凝土表面失水過多而產(chǎn)生。完成混凝土澆筑后，當(dāng)遇大風(fēng)或干熱的天氣時(shí)則會(huì)導(dǎo)致混凝土較容易出現(xiàn)收縮而導(dǎo)致裂縫。造成該裂縫的原因主要與施工結(jié)束后未及時(shí)對混凝土表面覆蓋，受環(huán)境的影響使表面快速失去大量水分，造成毛細(xì)管中產(chǎn)生的負(fù)壓較大使混凝土出現(xiàn)收縮現(xiàn)象，直至混凝土終凝過程其強(qiáng)度始終較低，導(dǎo)致最終因失去對外力的抵制而出現(xiàn)裂縫。（2）收縮裂縫的治理措施。①加強(qiáng)對混凝土原料的選擇與控制。首先是對骨料的選擇。通常，混凝土收縮及水泥漿體收縮與骨料在混凝土中的限制性作用有關(guān)，一般骨料大小、含水泥量等均會(huì)影響混凝土自身的收縮。為此，應(yīng)選擇粒徑較大且含泥量少的骨料，更利于對混凝土裂縫的控制。倘若混凝土中加入細(xì)骨料，則細(xì)度模數(shù)應(yīng)符合混凝土標(biāo)準(zhǔn)，以減低骨料之間的孔隙率，大大降低混凝土的收縮。其次對水泥的選擇。施工人員應(yīng)了解水泥融入水的過程中，若用水量加大，則水灰的比例會(huì)相對較高，且收縮也會(huì)加大。因此，應(yīng)結(jié)合不同的施工條件與建筑特點(diǎn)采用合適的水泥。最后是對摻合料和外加劑的選擇。外加劑的加入可以改變混凝土性能，如在混凝土中加入減水劑，在降低實(shí)際用水量后導(dǎo)致混凝土中的水灰比降低；若在混凝土中加入粉煤灰摻合料時(shí)，則會(huì)提高水泥的密實(shí)性，使混凝土耐久性更高。②積極改善施工工藝。施工工藝對混凝土裂縫的產(chǎn)生有直接關(guān)系。因此，應(yīng)該對施工工藝加以改善。比如可以按照施工配比合理添加水泥量，并控制拌和水的用量；同時(shí)還應(yīng)合理控制混凝土振搗時(shí)間，過長或過短都會(huì)影響混凝土密實(shí)度；若振搗時(shí)間過長，則混凝土更易分層導(dǎo)致開裂。此外，在完成混凝土澆筑后，應(yīng)及時(shí)做好混凝土養(yǎng)護(hù)工作，保持混凝土表面濕潤度，具體方法包括覆蓋塑料薄膜或均勻?yàn)⑺取?/p>

3.2 沉降裂縫

（1）沉降裂縫的成因。沉降就是由于建筑在建設(shè)的過程中，因天然原因或人為作用導(dǎo)致的地基下沉。因本身土壤的性質(zhì)不同，會(huì)導(dǎo)致承載建筑的力量不同，同時(shí)土壤中土層分布的厚度也存在不均勻現(xiàn)象，由此地基下沉的程度會(huì)有所不同，地基在不均勻下沉的過程中，勢必造成拉應(yīng)力和剪應(yīng)力變化，建筑物薄弱的地方則會(huì)因力的影響出現(xiàn)裂縫。（2）沉降裂縫的治理措施。由沉降而導(dǎo)致的裂縫可在混凝土施工前對其進(jìn)行預(yù)防，能夠避免裂縫的出現(xiàn)。施工前，對建筑物的地基進(jìn)行勘察，在設(shè)計(jì)過程中充分考慮建筑物的剛度，應(yīng)盡量避免建筑物較為薄弱的地方。設(shè)計(jì)時(shí)做到“放”與“抗”相結(jié)合，“放”就是建筑物的剛度設(shè)計(jì)應(yīng)小一些，確保地基發(fā)生變形時(shí)能夠與結(jié)構(gòu)相適應(yīng)；“抗”是指整體提高建筑物的剛度，使建筑的上層結(jié)構(gòu)可以承載來自地基沉降而出現(xiàn)的內(nèi)力，從而減少或消除裂縫的出現(xiàn)。

3.3 荷載裂縫

混凝土澆筑完畢后，從硬化前直至硬化后會(huì)承受來自外界的不同荷載，倘若混凝土拉應(yīng)力明顯超過抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)出現(xiàn)不同程度的裂縫。當(dāng)前建筑工程在施工的過程中最常使用的是普通混凝土，所以抗拉強(qiáng)度會(huì)稍差一些，更容易出現(xiàn)荷載裂縫。（1）荷載裂縫的成因?；炷猎跀嚢璧倪^程中，由于各種原料的性質(zhì)不同，會(huì)使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)孔隙還有微裂紋，若混凝土正常使用，沒有受到外界的任何荷載作用，內(nèi)部即便出現(xiàn)孔隙或微裂紋也不會(huì)對混凝土造成較大的影響；但一旦受到外界的荷載作用，混凝土內(nèi)部的孔隙或微裂紋則會(huì)逐漸擴(kuò)展，最終在混凝土表面形成了肉眼可見的不同裂縫。此外，對現(xiàn)澆筑混凝土來說，結(jié)構(gòu)本身還會(huì)承載在工程施工中而出現(xiàn)的動(dòng)荷載，若承受的荷載混凝土在未硬化后就進(jìn)行拆模，容易使混凝土受到拉應(yīng)力作用而出現(xiàn)表面裂縫，如“田字型”裂縫。（2）荷載裂縫的治理措施。①施工監(jiān)督與原料的選擇。因荷載裂縫的出現(xiàn)大部分均是由施工質(zhì)量和混凝土超過拉應(yīng)力而導(dǎo)致，因此在建筑施工過程中，應(yīng)對混凝土澆筑過程開展細(xì)致而全面的監(jiān)督，確保施工質(zhì)量符合要求或質(zhì)量更高。此外，對混凝土原料的選擇也至關(guān)重要，如原料本身質(zhì)量差，最終所形成的混凝土質(zhì)量必定受到影響。例如，水泥的細(xì)度和穩(wěn)定性是否符合建筑需求、砂子和石子的含泥量等，只有保證原料質(zhì)量符合國家建筑施工安全標(biāo)準(zhǔn)，才能確?；炷猎谑褂玫倪^程中因原料問題而出現(xiàn)的裂縫。由于混凝土在施工過程中也會(huì)出現(xiàn)荷載的情況，施工人員也應(yīng)盡量控制好荷載。②適當(dāng)添加外加劑。原料是保證混凝土不出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵因素，但單純使用原料則會(huì)導(dǎo)致混凝土因其他外界因素影響而出現(xiàn)裂縫的風(fēng)險(xiǎn)，因此可以考慮在混凝土中適當(dāng)加入一些外加劑或者摻合料等，如較常使用的抗裂劑、減水劑等，都能不同程度地提高混凝土的抗裂性能。③禁止在混凝土結(jié)構(gòu)上施加荷載?！疤镒中汀绷芽p出現(xiàn)的原因大多是在混凝土結(jié)構(gòu)上添加了荷載，因此在建筑施工過程中，當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度無法達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度時(shí)，應(yīng)禁止在結(jié)構(gòu)上添加任何荷載，即便達(dá)到了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為了減少或避免裂縫的出現(xiàn)，也要盡量避免施加荷載。

3.4 施工裂縫

施工裂縫是混凝土裂縫中最常出現(xiàn)的一種裂縫。因混凝土在施工過程中會(huì)經(jīng)歷由最初的原料選擇-合適配比-實(shí)施澆筑-最終養(yǎng)護(hù)多個(gè)步驟，每一個(gè)步驟其實(shí)都有固定的規(guī)范。但在實(shí)際的施工中因受環(huán)境、人為因素或機(jī)械等多種因素影響，導(dǎo)致最終形成的混凝土尚不能夠完全符合相關(guān)規(guī)定而出現(xiàn)不同程度的裂縫。常見的施工裂縫類型如建筑裂縫、澆筑裂縫、接槎裂縫以及養(yǎng)護(hù)裂縫。

（1）施工裂縫的成因。不同的施工裂縫類型其成因也不相同，其成因大致分為以下幾個(gè)方面。①原料的選擇。原料的選擇與混凝土最終的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)有直接關(guān)系。如水泥的穩(wěn)定性不佳，使混凝土體積出現(xiàn)膨脹導(dǎo)致裂縫的出現(xiàn)；粗骨料作為混凝土中的重要原料，如粗骨料的摻量不當(dāng)或質(zhì)量不符合標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)氣泡或微裂紋，影響混凝土的外觀。此外，原料中的礦物摻合料以及外加劑的添加也是裂縫成因的重要因素。②配合比設(shè)計(jì)。由混凝土在配比的過程中設(shè)計(jì)不合理所造成裂縫。如水膠比的添加、用水量以及摻合料的含量等都會(huì)導(dǎo)致配比量的不同，而最終形成的混凝土在澆筑后產(chǎn)生施工裂縫。③運(yùn)輸控制。澆筑前運(yùn)輸?shù)目刂乒ぷ魇鞘┕ち芽p產(chǎn)生的關(guān)鍵因素。施工人員若在運(yùn)輸過程中未對混凝土配合比以及強(qiáng)度等級(jí)加以確認(rèn)，沒有明確檢查具體的運(yùn)輸時(shí)間以及測量混凝土的坍落度與擴(kuò)展度等，都會(huì)對澆筑過程造成不同的影響。④養(yǎng)護(hù)工作。混凝土的養(yǎng)護(hù)工作是保證混凝土不出現(xiàn)裂縫的關(guān)鍵。如果硬化后未及時(shí)采取相應(yīng)的養(yǎng)護(hù)措施，將直接導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫或影響混凝土的裂縫程度。（2）施工裂縫的治理措施。①做好原料的質(zhì)量控制。若想從根本上有效治理施工裂縫，首先應(yīng)做好原料的質(zhì)量控制。如水泥品種和強(qiáng)度的選擇，應(yīng)根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)和施工要求等加以確定，盡量選擇水凝強(qiáng)度高且細(xì)度小的水泥，以提高混凝土的強(qiáng)度；對于粗骨料的選擇則應(yīng)控制好粒徑，盡量選擇與水泥黏性好的碎石，以便更好地控制裂縫。一般不選用卵石作為粗骨料，因黏性較差，澆筑后的建筑更易出現(xiàn)裂縫；摻合料可以選擇礦渣或煤粉，因其活性較好，更容易控制混凝土的收縮，減少裂縫的發(fā)生。②配合比設(shè)計(jì)更加精準(zhǔn)。積極做好原料的配合比設(shè)計(jì)，混凝土配合比應(yīng)符合國家規(guī)定的建筑實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)，并且按照實(shí)際工程所處的環(huán)境以及需要，提升混凝土強(qiáng)度等級(jí)和耐久等。③做好運(yùn)輸控制工作。運(yùn)輸控制工作是完成混凝土澆筑前的重要工作。因此施工人員需加強(qiáng)重視。在澆筑前，再次確認(rèn)混凝土的送料單。核對原料的配合比，確定好混凝土的強(qiáng)度等級(jí)，做好混凝土坍落度和拓展度的測定工作，才可以實(shí)施澆筑工作。運(yùn)輸過程中時(shí)間的長短也會(huì)影響到混凝土的質(zhì)量，若長時(shí)間的運(yùn)輸過程中混凝土不能一直攪拌，會(huì)造成混凝土凝結(jié)或攪拌不均，最終導(dǎo)致澆筑的質(zhì)量受到影響，進(jìn)而出現(xiàn)混凝土裂縫現(xiàn)象。④做好混凝土硬化后的養(yǎng)護(hù)工作。養(yǎng)護(hù)工作是有效保證混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵，任何建筑工程在混凝土硬化過程中，都會(huì)制定詳細(xì)的養(yǎng)護(hù)方案，根據(jù)建筑所處環(huán)境及設(shè)計(jì)有針對性地進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，并由專人負(fù)責(zé)。一般混凝土在澆筑后都要進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，如均勻的灑水或涂抹養(yǎng)護(hù)劑等。其次應(yīng)做好養(yǎng)護(hù)工作，最為常見的就是利用塑料布進(jìn)行覆蓋，或在塑料布上另加麻袋或草簾等，并在其表面灑水保濕，避免因養(yǎng)護(hù)工作不當(dāng)造成的混凝土裂縫。若遇見大風(fēng)干燥的天氣，則應(yīng)利用防風(fēng)帶約束。

4 結(jié)束語

建筑施工過程中混凝土裂縫作為影響建筑質(zhì)量的關(guān)鍵性因素，施工人員及建筑單位應(yīng)予以重視，避免對預(yù)見性混凝土裂縫而不加以干預(yù)和處理，導(dǎo)致建筑在投入使用后出現(xiàn)安全隱患，對企業(yè)和使用者造成不同程度的損失。應(yīng)結(jié)合不同的建筑物以及環(huán)境等相關(guān)因素，對建筑工程中常見的混凝土裂縫類型以及成因進(jìn)行綜合分析，從而有針對性地提出預(yù)防與治理辦法，最大程度上避免混凝土在澆筑后出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，提高建筑的總體質(zhì)量，進(jìn)一步促進(jìn)建筑企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。