房建施工中混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的原因及預(yù)防措施

彭 彪 龐文陽 辛 星

混凝土是以水泥、粗骨料、細骨料、水和外加劑共同混合而成的建筑材料，可以根據(jù)具體結(jié)構(gòu)和應(yīng)用需求差異，配置出具有不同強度和性能的建筑材料，在既往的應(yīng)用過程中體現(xiàn)出極佳的耐久性。應(yīng)用鋼筋與混凝土材料制成鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土構(gòu)件，可大大提高結(jié)構(gòu)的抗裂性和剛度，延緩或避免裂縫的出現(xiàn)。但如果忽視設(shè)計、施工工藝和使用環(huán)境等方面的影響因素，就會導(dǎo)致裂縫的產(chǎn)生，從而影響構(gòu)件質(zhì)量。

1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫概述及分類

1.1 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫概述

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是一種常見現(xiàn)象，是指混凝土結(jié)構(gòu)受到設(shè)計、施工、材料以及外界環(huán)境等多方面因素影響，在完成施工或投入使用后產(chǎn)生的，將會對結(jié)構(gòu)壽命和質(zhì)量造成影響并且無法準確預(yù)知的縫隙。在混凝土終凝前后，裂縫現(xiàn)最易產(chǎn)生，主要原因是這個階段中相關(guān)材料抵抗變形的能力較低，在受到外力影響后將導(dǎo)致裂縫問題。同時，在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計、配制、攪拌、澆筑和養(yǎng)護等各個環(huán)節(jié)中，相關(guān)工作往往無法達到理想化的程度，混凝土結(jié)構(gòu)在終凝后受到溫度、載荷等因素影響，仍可能產(chǎn)生裂縫。

根據(jù)以往的房建施工經(jīng)驗，混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的具體原因和后續(xù)發(fā)展等方面難以準確把握。通常來說，相關(guān)裂縫在結(jié)構(gòu)施工階段受環(huán)境和施工工藝等的影響將會呈現(xiàn)持續(xù)上升的趨勢；從施工結(jié)束至正常投入使用的階段，裂縫問題一般會較為穩(wěn)定；而至結(jié)構(gòu)即將失效的階段，裂縫問題會再次嚴重。裂縫水平與發(fā)展趨勢詳見圖1，其中T1、T2 為結(jié)構(gòu)施工階段；T3 為結(jié)構(gòu)正常使用階段；T4 為結(jié)構(gòu)失效階段。

圖1 裂縫水平與發(fā)展趨勢（來源：網(wǎng)絡(luò)）

1.2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫分類

常見裂縫形式有塑性裂縫、沉降裂縫、干縮裂縫、溫差裂縫、施工以及承載力裂縫等，不同的裂縫對應(yīng)不同的階段和環(huán)境。有效預(yù)防混凝土裂縫必須立足于識別不同裂縫的形態(tài)，針對性地擬定對應(yīng)策略。下文詳細介紹施工裂縫、承載力裂縫和溫差裂縫。

（1）施工裂縫。施工裂縫是指由于各種施工原因造成的裂縫現(xiàn)象，其形成原因較為復(fù)雜，一般可分為建筑材料裂縫、模板裂縫、澆筑裂縫、接茬裂縫和養(yǎng)護裂縫等。其中，建筑材料裂縫現(xiàn)象主要是由于在建設(shè)過程中，材料質(zhì)量把握不準確、混凝土配比不恰當和拌合物選擇不合理等原因造成的裂縫現(xiàn)象，也可納入先天裂縫范疇；模板裂縫通常是由于模板剛度不足引發(fā)模板變形和跑模等問題而形成的裂縫；澆筑裂縫是由于在澆筑振搗過程中操作不規(guī)范引發(fā)混凝土離析、分層及漏漿問題，從而產(chǎn)生的裂縫現(xiàn)象；接茬裂縫是由于施工接茬及后澆帶留置不合理所引發(fā)的裂縫現(xiàn)象，也被稱為原生裂縫。此外，由于在養(yǎng)護過程中沒有按照規(guī)范實施養(yǎng)護導(dǎo)致混凝土構(gòu)件驟冷，以及使用過程中預(yù)應(yīng)力張拉失控驟然張放等現(xiàn)象，也可能引發(fā)裂縫問題，這些情況被統(tǒng)稱為后天裂縫。

（2）承載力裂縫。承載力裂縫是指混凝土構(gòu)件受到自身重量和梁板重量等影響導(dǎo)致的裂縫現(xiàn)象，也被稱為載荷裂縫。這種裂縫通常會在混凝土構(gòu)件表面形成相互平行、較為短小且不連貫的裂縫，隨著裂縫的發(fā)展逐步連貫成一片，并在縱向劈裂的影響下出現(xiàn)側(cè)向膨脹，混凝土在膨脹過程中逐步剝落。此后混凝土進一步受壓破碎，縱向鋼筋屈服，整個構(gòu)件壓潰破壞。

（3）溫差裂縫。溫差裂縫是指由于季節(jié)變化和晝夜變化等情況下，溫度差引發(fā)材料變形所致的裂縫現(xiàn)象，屬于間接裂縫。一般在大體積混凝土構(gòu)件表層常見較為細微的溫差裂縫，通常不會對混凝土構(gòu)件的性能造成嚴重影響。但對于檐口、雨棚等長期暴露于環(huán)境中的混凝土構(gòu)件，溫差裂縫所造成的危害性將顯著增高。

另外，根據(jù)裂縫的深度也可將其分為表層裂縫、淺層裂縫、縱深裂縫和貫穿裂縫，這種分類方法能夠更直觀地了解裂縫的危害。不同裂縫類型深度對比詳見表1，其中H 代表混凝土構(gòu)件厚度，h 代表裂縫深度。

表1 不同裂縫類型深度對比

2 房建施工中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

從上述內(nèi)容可以了解到，混凝土裂縫產(chǎn)生的原因較為多樣，具體把握相關(guān)因素可劃分為以下幾種。

（1）混凝土原材料和配合比。首先，水泥是混凝土結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵原材料，其在強度、品種、化學成分以及凝結(jié)時間等方面均存在一定的差異，而在這些因素的影響下，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。例如，在混凝土結(jié)構(gòu)實際施工過程中，采用細度較小的水泥將會較大程度提高水化速度，使水泥的水化程度更為充分；同時相較于傳統(tǒng)的混凝土結(jié)構(gòu)，其整體硬化過程時間更短，從而導(dǎo)致混凝土在硬化早期存在較大的收縮。其次，骨料的級配將會直接影響混凝土的和易性、水灰比、均勻性以及彈性模量等，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫問題。再次，水和添加劑也是導(dǎo)致混凝土裂縫的重要原因。當施工用水中存在較多的不溶物、可溶物和氯化物等物質(zhì)時，將會影響混凝土的水化過程，從而出現(xiàn)干縮并導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的強度下降，引發(fā)裂縫。最后，在施工過程中，如果混凝土結(jié)構(gòu)水灰比相對較大或用水較多，那么也會導(dǎo)致混凝土拌合物出現(xiàn)離析現(xiàn)象，大幅增加混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的可能性[1]。

（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計是造成混凝土裂縫產(chǎn)生的重要原因。目前，混凝土結(jié)構(gòu)在設(shè)計階段采用超靜定結(jié)構(gòu)的比例越來越高，這種結(jié)構(gòu)在應(yīng)用過程中內(nèi)部約束相對較多，如果出現(xiàn)局部變形或受力現(xiàn)象都會導(dǎo)致應(yīng)力的產(chǎn)生，進而在構(gòu)件相對薄弱的位置造成裂縫。部分結(jié)構(gòu)在設(shè)計過程中，相關(guān)單位和人員對鋼筋布置缺乏合理性，構(gòu)造鋼筋布置不足或鋼筋間距過大，都容易導(dǎo)致裂縫現(xiàn)象。另外，在樓板、墻壁等薄壁構(gòu)件的設(shè)計中，需要考慮水電管直徑過大甚至重疊、較差等情況，因此需要調(diào)整鋼筋的配置。該過程中如果未充分兼顧構(gòu)件本身的剛度，貿(mào)然減少鋼筋配置，則將造成應(yīng)力集中，引發(fā)裂縫問題。

（3）溫度因素。混凝土結(jié)構(gòu)施工完成后，還有可能在日照和水化熱的影響下產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象。主要是由于結(jié)構(gòu)內(nèi)外部不同區(qū)域的溫度狀況不一致，導(dǎo)致其變形不一致，從而造成裂縫問題。

（4）施工工藝及養(yǎng)護因素。首先，在當前的房建施工過程中，為了保證混凝土的流動性，往往會增加水和水泥的使用量，或者由于其他施工因素影響而加大了水灰比，這些情況將會導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時收縮量增加，易產(chǎn)生裂縫。其次，從養(yǎng)護層面來看，如果相關(guān)混凝土結(jié)構(gòu)完成施工后，大氣中濕度較小、溫度較高以及風速較大，則將導(dǎo)致混凝土的蒸發(fā)速度加快，混凝土表面失水并迅速干燥；而混凝土的硬化強度不足以抵抗塑性收縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，最終導(dǎo)致塑性裂縫的形成。

3 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的防治措施

3.1 強化混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計工作

混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫現(xiàn)象與多種因素相關(guān)，而結(jié)構(gòu)設(shè)計是現(xiàn)階段較為常見的一種影響因素。目前，隨著混凝土建筑施工技術(shù)的進步，超靜定結(jié)構(gòu)的應(yīng)用愈加廣泛，但是該結(jié)構(gòu)設(shè)計在附加應(yīng)力計算方面仍然處于經(jīng)驗階段，且受到的限制較多，導(dǎo)致相關(guān)建筑在完成建設(shè)后裂縫現(xiàn)象極為普遍。盡管可以采取預(yù)應(yīng)力技術(shù)解決部分問題，但裂縫現(xiàn)象仍然比較常見。針對這種現(xiàn)象，相關(guān)單位在設(shè)計過程中可以采取簡支、懸臂等靜定結(jié)構(gòu)或設(shè)置微動、滑動構(gòu)造以減少約束，從而降低混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的可能性[2]。

同時，在設(shè)計過程中也可以通過設(shè)置相應(yīng)的結(jié)構(gòu)縫來達到進一步消除混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部約束應(yīng)力和變形現(xiàn)象的目的。目前，比較常見的結(jié)構(gòu)縫包括伸縮縫、沉降縫、抗震縫和拼接縫等，為了確保相關(guān)工程最終能夠有效減少裂縫，在設(shè)計和施工過程中可以根據(jù)情況將多種結(jié)構(gòu)縫進行合并使用。在設(shè)計階段，必須根據(jù)工程的實際情況準確計算結(jié)構(gòu)縫的具體位置和間距等，以確保結(jié)構(gòu)縫充分發(fā)揮自身作用。值得注意的是，在房建施工中，地基不均勻沉降所導(dǎo)致的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫對于工程質(zhì)量影響極大，相關(guān)單位在施工中可以通過換填、砂樁和強夯等措施來強化地基處理工作，并根據(jù)當?shù)氐刭|(zhì)條件的綜合分析結(jié)果實施針對性處理，從而降低地基沉降對混凝土構(gòu)件產(chǎn)生的不良影響，避免出現(xiàn)裂縫。

3.2 強化混凝土原材料控制過程

混凝土原材料對于混凝土構(gòu)件裂縫的形成具有巨大的影響，如果施工過程中所采用的集料粒徑超標，那么一方面會增大拌和難度，導(dǎo)致機器設(shè)備出現(xiàn)不必要的磨損現(xiàn)象，增加施工成本；另一方面也將無法有效保障混凝土構(gòu)件的均勻性和平整性。由此可見，集料級配將會影響混凝土結(jié)構(gòu)的強度。以天然沙礫為例，由于缺少細集料，級配不佳，需要加入7%～8%的水泥來提高相關(guān)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性，確?；炷两Y(jié)構(gòu)的強度符合要求[3]。在配入對應(yīng)的細集料之后，還需要加入4%～5%的水泥，通過這種方式能起到穩(wěn)定加固的效果。

在房建施工過程中，大體積混凝土出現(xiàn)開裂現(xiàn)象的主要原因是水化熱，相關(guān)單位和人員可通過水和水泥的科學配比充分調(diào)控水化熱，避免混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度應(yīng)力而發(fā)生裂縫現(xiàn)象。因此，在選擇水泥材料的過程中，還需合理考量材料的強度、水化熱和坍落度等。目前，市場上部分水泥材料在應(yīng)用過程中整體發(fā)熱量較高，容易產(chǎn)生裂縫。而礦渣硅酸鹽水泥材料的水化熱相對較低，且干縮性較小，混凝土構(gòu)件發(fā)生貫穿裂縫的可能性較低，施工中可優(yōu)選此類材料。此外，在混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中，相關(guān)單位還需充分把控水質(zhì)，盡可能選擇飲用水，最大程度避免水中的雜質(zhì)影響混凝土的性能，起到防范裂縫的作用[4]。

3.3 合理實施養(yǎng)護工作

采取正確有效的養(yǎng)護措施能夠在較大程度上防范混凝土裂縫問題。實施養(yǎng)護工作時，相關(guān)單位需要根據(jù)具體的環(huán)境、氣候和混凝土特點來具體落實，并重點關(guān)注以下3 個方面。

（1）及時進行修整?；炷两Y(jié)構(gòu)施工完成后，需要合理修整和抹光結(jié)構(gòu)的裸露部分，尤其是需要在混凝土終凝前進行相應(yīng)的壓抹，從而有效消除塑性和干縮裂縫。

（2）準確把握混凝土養(yǎng)護時間[5]。目前，混凝土的常規(guī)養(yǎng)護包括覆蓋薄膜、草簾和噴灑養(yǎng)護劑等措施，相關(guān)措施均可在不同程度上達到對混凝土的養(yǎng)護效果。房建施工中，混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護應(yīng)盡可能采取覆蓋塑料薄膜和噴灑化學漿液的方式。為了充分避免混凝土出現(xiàn)裂縫問題，通常而言，應(yīng)在收漿后盡快采取養(yǎng)護措施，使混凝土結(jié)構(gòu)表面保持相對濕潤的狀態(tài)，養(yǎng)護持續(xù)時間通常為7 d。

（3）嚴格控制模板及支架拆除的時間和順序。在施工過程中，需要充分考慮混凝土的拆模時間，且拆模過程中應(yīng)確?；炷恋恼w溫度相對較低，避免因與外界空氣溫度相差較大而出現(xiàn)快速降溫，導(dǎo)致開裂現(xiàn)象。同時，在混凝土強度達到2.5 MPa 前，相關(guān)單位應(yīng)嚴格禁止在其上面使用運輸工具、腳手架和支架等，以防止荷載過大造成開裂。

4 結(jié)語

混凝土結(jié)構(gòu)在建設(shè)完成后，裂縫的產(chǎn)生將會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的性能受到嚴重影響，甚至帶來巨大的安全風險，因此人們對于混凝土裂縫的關(guān)注程度顯著上升?；炷两Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的原因較為多樣，且對應(yīng)的裂縫類型也不同，在進行混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的防范和治理過程中，相關(guān)單位和人員應(yīng)著重從材料與施工工藝等角度入手，在施工完成后強化對混凝土結(jié)構(gòu)的養(yǎng)護，達到防范裂縫的目的。