論房建工程中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因及防范對策

程磊

（山西四建集團有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

混凝土材料在各類工程建筑中都極為常見，然而其本身作為一種脆性材料，卻缺乏足夠的抗彎與抗壓性能，并且極易受到自身收縮特性的影響。此時一旦受到外界環(huán)境因素干擾，便會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，進而嚴重影響了材料的使用性能。因此混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫預(yù)防問題，一直是施工過程中需要重點關(guān)注的對象，以確保能夠有效提高建筑質(zhì)量，并減少安全問題的發(fā)生。

1 混凝土裂縫的成因

1.1 抗壓性較差

混凝土表面看似堅硬，實則其產(chǎn)生的抗拉力只有抗壓強度的1/10，如此也就決定了其拉伸變形能力非常小，其瞬時拉伸極限值僅為0.6×10-4～1.0×10-4，相當(dāng)于溫度下降降低了6～10℃后所產(chǎn)生的應(yīng)力影響。而哪怕是對混凝土材料進行緩慢加載，其拉伸極限值也只能夠維持在1.2×10-4～2.0×10-4之間。因此盡管通過內(nèi)置鋼筋的形式可以有效提高材料的抗壓抗彎性能，但依舊無法徹底改變其容易受到損壞的特性。

1.2 溫度影響

房建工程中所使用的混凝土材料通常有著較大的截面尺寸，如此也就意味著其受到溫度變化影響極大。特別是在混凝土剛完成澆筑的4～5h 內(nèi)，材料自身的水化熱反應(yīng)最為劇烈，此時混凝土材料內(nèi)部的水分會大量蒸發(fā)，導(dǎo)致材料出現(xiàn)劇烈的收縮現(xiàn)象，大約可達到1%左右、并且由于這一收縮通常是從混凝土結(jié)構(gòu)表面開始發(fā)生，一旦產(chǎn)生裂縫便會伴隨材料內(nèi)部水分的流失而向深處蔓延、擴張，此時利用濕度復(fù)合擴散方程式如式（1）所示。

式中:k——濕度擴散系數(shù)，m2/h；μn——混凝土的濕度，kg；l——混凝土結(jié)構(gòu)深度，m；β1——濕度系數(shù)，m/h。

1.3 自然影響

混凝土材料長期裸露于自然環(huán)境之下，往往會直接與空氣中的水和二氧化碳進行接觸。長此以往，會導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，不但會產(chǎn)生大量的碳酸鈣物質(zhì)對鋼筋產(chǎn)生侵蝕，同時還會進一步導(dǎo)致“碳化收縮裂縫”的形成，且隨著碳酸鈣產(chǎn)化物的不斷增加，引起的收縮裂縫也會逐漸加深、加寬。

1.4 荷載影響

房屋建筑的構(gòu)造特點是隨著工程進度的不斷推移，結(jié)構(gòu)自身的荷載重量也會隨之增加。此時由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的配筋數(shù)量不合理，甚至是出現(xiàn)個別構(gòu)件不配鋼筋的情況，變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自重所產(chǎn)生的拉應(yīng)力只能夠由混凝土自身來承擔(dān)，如此一來便增加了結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的概率[1]。

2 房建工程中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的防范措施

某房建項目為市行政規(guī)劃區(qū)內(nèi)一座高檔住宅小區(qū)，總建筑高度約為56.30m，建筑面積可達面積14486.4m2，其中包含地下建筑面積共958m2。建筑上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土搭配剪力墻結(jié)構(gòu)，墻體內(nèi)部配有水、電氣、天然氣等管道系統(tǒng)。項目于2020年10月6日展開了首層頂板混凝土澆筑工作，次日返回現(xiàn)場進行觀察時，發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)表面存在數(shù)道不規(guī)則裂縫。由于未能形成足夠重視，當(dāng)施工層數(shù)達到3 層時，已出現(xiàn)了大量裂縫情況，甚至局部裂縫已經(jīng)上下貫通。因此急需對施工方案進行整改。

2.1 設(shè)計與構(gòu)造優(yōu)化

當(dāng)前房屋建筑對住宅的智能化水平提出了越來越多的要求，因此該項目在施工過程中需要在樓板中埋設(shè)大量的PVC 管線。如此一來便會對原有樓板結(jié)構(gòu)造成削弱，同時減少了混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋配置，因此容易導(dǎo)致沿管線走向產(chǎn)生大量裂縫。因此工作人員在整改方案中，適當(dāng)增加了局部位置的結(jié)構(gòu)厚度，以避免由于管線交叉而削弱樓板截面。同時改變樓板內(nèi)部的布線方式，涉及多處管線重疊的情況，可采用線盒收納的形式進行連接，同時保證多道管線一放射狀的形式均勻分布在樓板內(nèi)部，避免出現(xiàn)平行排布或密集排布的形式。

此外，優(yōu)化配筋的設(shè)計方案也是減少混凝土裂縫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋼筋混凝土樓板具有明顯的受彎特征，理論上受彎構(gòu)件必然會受到拉應(yīng)力影響，因此建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的現(xiàn)象。而進行配筋設(shè)計的目的便是為了有效控制裂縫寬度，時期不至于對建筑結(jié)構(gòu)的使用性能產(chǎn)生影響。而鋼筋混凝土樓板的允許最大寬度如式（2）所示。

式中：WMAX——當(dāng)前配筋設(shè)計下的允許最大裂縫寬度；C——最外層縱向鋼筋距離構(gòu)件受拉區(qū)域的距離；acr——混凝土樓板的受力特征系數(shù)，通常取值為acr=2.1；dep——受拉位置縱向鋼筋的直徑；dte——受拉位置非預(yù)應(yīng)力鋼筋的直徑；ψ——縱向受拉鋼筋的不均勻應(yīng)變系數(shù)，通常取值為ψ=1～0.2；σsk——縱向受拉鋼筋的應(yīng)力；Es——受拉位置的相對粘結(jié)特性系。

由此可知，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的直徑越大混凝土樓板所產(chǎn)生的寬度也就隨之增長，因此在調(diào)整配筋設(shè)置的過程中，應(yīng)盡量采用高強鋼筋，同時適當(dāng)縮小鋼筋直徑，以此滿足建筑截面需求[2]。

因此在隨后的方案調(diào)整中，為了進一步分散混凝土荷載，工作人員采用了φ6～φ8 抗裂鋼筋，沿管線預(yù)埋位置保持150mm 間距進行錨固補強，且兩端錨固長度應(yīng)至少在300mm 以上。同時調(diào)整非預(yù)應(yīng)力鋼筋直徑，將原有的φ8～φ12 鋼筋全部代換成φ6～φ10 鋼筋，并縮短鋼筋排列間距，從而進一步提高樓板的結(jié)構(gòu)強度，避免受拉應(yīng)力影響導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

2.2 施工材料的選用

該工程1～3 層所使用的混凝土材料配比情況如表1所示。

表1 混凝土材料配比

該配比方案中，材料水灰比為0.46，砂率為41%，完全符合施工設(shè)計標準。但在實際施工過程中，發(fā)現(xiàn)材料坍落度較大，大概在14～16cm 左右。同時振搗施工過程中發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)生大量泌水，并伴隨骨料沉淀、漿體上浮的現(xiàn)象，并且在水分蒸發(fā)之后會產(chǎn)生許多塑性收縮裂縫。為此在后續(xù)的施工管理過程中，工作人員對混凝土材料的配比方案作出了以下調(diào)整。

（1）進一步控制好粗細骨料的級配問題，保證細骨料的細度模數(shù)控制在2.3 以下，且需要經(jīng)過水洗減少骨料的含泥量，控制其最大含量不超過3%；粗骨料級配應(yīng)控制在5～25mm，同樣控制其含泥量不超過2%。

（2）改善混凝土性能，在保證其原有用水量180kg/m3不變的基礎(chǔ)上，適當(dāng)上調(diào)粉煤灰的使用比例，并摻入高效泵送劑材料，最后需要控制材料水灰比不大于0.46。

（3）調(diào)整混凝土砂率為42%，同時需要嚴格保證粉煤灰用量為水泥的20%，粗骨料用料至少在1000kg/m3以上。

（4）嚴格控制混凝土材料的坍落度，在材料送達現(xiàn)場正式展開施工之前，需要由專業(yè)試驗人員進行檢測，保障材料坍落度控制在12～16cm。同時冬季作業(yè)還需要對混凝土溫度進行檢測，保證其作業(yè)溫度不低于5℃。

（5）合理選擇混凝土材料的強度等級，將其控制在C20～C35 之間?；炷翉姸炔⒎窃礁咴胶茫駝t不但會浪費施工成本，同時過高的強度等級也必然意味著水泥用量的增加，因此會產(chǎn)生更多的水化熱，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂。因此在施工過程中，強調(diào)工作人員應(yīng)充分把握好混凝土養(yǎng)護達60d 或90d 后的材料強度，以此適當(dāng)減少材料中的水泥用量，同時避免混凝土固化期間受到溫差影響[3]。

2.3 施工工藝的控制

（1）鋼筋支架布置。該項目在前期施工過程中，由于建筑自身重量不斷增加，導(dǎo)致建筑下部混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多處開裂現(xiàn)象。為了解決這一問題，需要在施工過程中對工程項目增設(shè)鋼筋支撐架結(jié)構(gòu)，具體措施為選用直徑為20mm 的Ⅲ級鋼筋，在筏板底筋平面設(shè)置立桿，立桿下部與筏板底筋之間進行焊接固定，采用100×（100×50）mm3規(guī)格的混凝土墊塊作為支撐；上部結(jié)構(gòu)則取代原有的水平通常架立筋，并選取φ20 鋼筋與立桿呈30°夾角焊接，以此起到斜撐作用，并分擔(dān)建筑下部結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力荷載避免在后續(xù)施工過程中出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

（2）混凝土澆筑施工。建筑混凝土施工過程中，可以采用分層澆筑工藝，向模板中給料時可以采用1:6 的設(shè)計坡度，確?；炷敛牧夏軌蜃龅阶匀涣魈?，并沿斜坡緩慢流動到頂端，以確保這一過程中能夠充分散發(fā)熱量。同時每層澆筑厚度應(yīng)控制在40～50cm 之間，完成一層澆筑之后，需要采用“前、中、后”3 道振搗程序同時施工，確保振搗棒間距控制在35cm 左右，單次振搗時長需要控制在20～30s，直到混凝土表面變得平整，不再由氣泡泛出為止。此時工作人員需要注意的是，澆筑完成后應(yīng)每間隔30min 進行二次振搗，進一步排出粗骨料與鋼筋周圍的水分以及氣泡，是混凝土能夠完全包裹鋼筋，從而減少裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（3）排出泌水。為了有效清除混凝土表面泌水，施工過程中應(yīng)注意采用斜面澆筑的方法，即先從一側(cè)進行澆筑，當(dāng)混凝土材料逐漸到達模板頂端后往回澆筑，目的是為了是混凝土層形成一個斜面，并起到集水效果。隨后工作人員可分別從模板兩側(cè)進行混凝土澆筑，以此逐漸縮小集水坑范圍，并在這一過程中同步使用抽水泵將坑內(nèi)積水排出。

2.4 后期養(yǎng)護的管理

（1）測溫管理。混凝土進入初凝階段，不再進行持續(xù)放熱之后，即可進行人工覆膜養(yǎng)護。這一階段混凝土的硬度剛剛達到人在上面行走只能夠留下腳印的程度，此時進行養(yǎng)護的目的是為了更好地發(fā)揮混凝土的徐變特性，并減少溫度對其帶來的影響。因此工作人員可以在覆膜的基礎(chǔ)上再覆蓋一層麻袋，并根據(jù)外界溫度情況來適當(dāng)灑水保濕，避免混凝土內(nèi)外產(chǎn)生溫差梯度，以此來減少溫度裂縫的出現(xiàn)。為此再養(yǎng)護工作中，工作人員需要重點關(guān)注的工作便是對混凝土進行測溫管理。

具體方法可以更具混凝土結(jié)構(gòu)的平面軸線來劃分測溫區(qū)域，要求在同一軸線內(nèi)至少擁有4 個測溫點；同時根據(jù)澆筑面縱向高度度，應(yīng)分別在其上、中、下3 個區(qū)域內(nèi)均勻設(shè)置軸線，控制其最大間距不得超過60cm。確立測點后，工作人員便可以隨著混凝土養(yǎng)護周期的變化，來定期測量混凝土的結(jié)構(gòu)溫度。具體標準如表2所示。

表2 測溫控制

（2）降溫管理。工作人員在進行測溫讀數(shù)采集的過程中，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度差異較大的情況后，不可盲目采取措施進行降溫，而是應(yīng)確保其抗裂安全度符合以下條件的情況下來進行降溫，如式（3）所示。

式中：K——抗裂安全度；ft——混凝土抗拉強度值；σ（t）——當(dāng)前階段混凝土最大溫縮效應(yīng)力。

（3）表面涂抹環(huán)氧膠泥。完成養(yǎng)護后，對建筑表面一些較為集中的但寬度不足2mm 的細小裂縫，工作人員可以采用環(huán)氧膠泥進行涂抹，如此不僅能夠起到有效的修復(fù)作用，同時還可以避免混凝土結(jié)構(gòu)在使用過程中，由于受到外力因素影響而引發(fā)的碳化問題。具體措施為在100mL 環(huán)氧樹脂中，加入10mL 鄰苯二甲酸丁酯、30～40mL 二甲苯、9～12mL 乙二胺、25～45g 粉料，充分拌勻后涂抹在混凝土結(jié)構(gòu)表面即可。

3 結(jié)語

綜上所述，引發(fā)建筑混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素，大多集中在荷載、溫差以及材料配置等三個方面。因此在預(yù)防建筑結(jié)構(gòu)裂縫問題的過程中，工作人員需要明確誘發(fā)裂縫的原因所在，進而在施工工藝與設(shè)計方案上進行調(diào)整優(yōu)化，以此避免建筑工程出現(xiàn)質(zhì)量問題。