建筑地坪大體積混凝土裂縫控制

楊 維[思立博（上海）工程咨詢有限公司， 上海 210499]

0 引 言

伴隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，建筑地坪特別是超平地面在工業(yè)廠房建設(shè)中日益增多?；炷猎诮ㄖ仄侯I(lǐng)域已經(jīng)占據(jù)了十分重要的地位，無論何種地坪，都離不開混凝土和鋼筋。鋼筋和混凝土兩種材料具有明顯的受力特性，兩種材料有各自的承載能力，分別是抗壓和抗拉。然而，科學(xué)研究成果和大量的混凝土工程實(shí)踐證明，混凝土的裂縫在施工過程中始終存在，裂縫也逐漸成為了人們可以接受的一種混凝土成型特性，因?yàn)榛炷潦怯啥喾N材料混合攪拌后形成的一種混合物，同時(shí)又是一種脆性材料，它自身的化學(xué)反應(yīng)和溫度的變化導(dǎo)致其產(chǎn)生了裂縫的可能性。如何將裂縫有害程度控制在可接受范圍之內(nèi)，是我們工程建設(shè)者們一直在思考的問題。

1 術(shù) 語

大體積混凝土：是指幾何尺寸且最小幾何尺寸不小于1 m的大體量混凝土?xí)驗(yàn)楦鞣N因素導(dǎo)致混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻收縮而產(chǎn)生有害裂縫。

建筑地坪：硬化地坪從根本上解決了水泥地面、金剛砂和環(huán)氧地坪及水磨石地面的空鼓、碎裂、粉化、起殼等，使用壽命短的問題。

結(jié)構(gòu)地坪：指的是工業(yè)地坪，主要用于工業(yè)及商業(yè)場(chǎng)所，用于增強(qiáng)混凝土地面的耐磨性能。增加混凝土表面的密度，使其減少灰塵，增加了表面的防油性，形成一個(gè)密度高、易清潔、耐滲透的地面?？膳c混凝土地面一起施工，也可在老式混凝土地面上施工，能夠大大縮短施工工期。好處是價(jià)格低廉，經(jīng)久耐用，變相降低工程成本。

混凝土：是指由膠凝材料將骨料結(jié)合成一個(gè)整體的工程復(fù)合材料，砂、石作集料與水。可用外加劑和摻合料按一定比例配合混合，攪拌成水泥混凝土，也稱普通混凝土，廣泛應(yīng)用于土木工程中。

2 裂縫的表現(xiàn)特點(diǎn)

混凝土裂縫的表現(xiàn)形式多種多樣，常見裂縫特征包括：塑性沉降裂縫、塑性收縮裂縫、干縮裂縫、溫度裂縫、水化熱裂縫、應(yīng)力集中裂縫、地基下沉裂縫等七大類。

2.1 塑性沉降裂縫

通常在澆筑過程中、混凝土初凝前或成型后都會(huì)發(fā)生塑性沉降裂縫。混凝土在澆筑過程中，由于拌合物和水向上懸浮，混凝土集料沉降會(huì)引起混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受力不均勻，從而產(chǎn)生裂縫。

裂縫的產(chǎn)生時(shí)間較長，水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的膠凝物能夠阻止固體顆粒在其中相對(duì)運(yùn)動(dòng)或者增加固體顆粒沉降密實(shí)度，使裂縫停止。通常，結(jié)構(gòu)裂縫長度隨混凝土內(nèi)鋼筋的布置和混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同而變化，深度一般從上部混凝土的上端面一直延伸到鋼筋的上表面，裂縫寬度因混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及混凝土本身的不同而存在差異。

2.2 塑性收縮裂縫

混凝土澆筑完成250 min左右，當(dāng)外界溫度過高、混凝土內(nèi)部水分蒸發(fā)量較大，仍處于塑性狀態(tài)時(shí)，混凝土水泥水化反應(yīng)強(qiáng)烈。此時(shí)混凝土尚未硬化，出現(xiàn)塑性收縮裂縫。裂隙會(huì)出現(xiàn)兩種表現(xiàn)形式，一種是在不同距離處出現(xiàn)一條裂縫，另一種是不規(guī)則龜紋狀或放射狀裂縫；當(dāng)施工環(huán)境惡劣時(shí)，這兩種裂縫都會(huì)在混凝土地面上產(chǎn)生。

2.3 高溫收縮裂縫

高溫收縮裂縫是指在外界溫度急劇變化的情況下，混凝土內(nèi)部變化而產(chǎn)生的脹縮變形，膨脹變形主要由溫度變化引起，混凝土高溫收縮會(huì)產(chǎn)生裂縫。

收縮裂縫的主要特征：收縮裂縫隨著外界溫度的變化出現(xiàn)在混凝土澆筑過程中，不同的溫度場(chǎng)分布使大體積建筑地坪混凝土出現(xiàn)大面積收縮結(jié)晶，高溫產(chǎn)生的收縮裂縫的部位也不相同，存在較大差異。因此在建筑地坪大體積混凝土裂縫控制中，高溫收縮裂縫是比較復(fù)雜的裂縫。

2.4 干縮裂縫

隨著混凝土表層水分的逐漸蒸發(fā)，結(jié)構(gòu)內(nèi)部濕度逐漸降低。由于混凝土澆筑完成表面水分迅速流失，而內(nèi)部的混凝土結(jié)構(gòu)復(fù)雜水分流失速度較慢，會(huì)產(chǎn)生內(nèi)外壓差，導(dǎo)致混凝土開裂。表層收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，致使混凝土表面承受拉力，混凝土表面承受的拉力大于其混凝土自身抗拉強(qiáng)度時(shí)出現(xiàn)干縮裂縫?；炷羶?nèi)部鋼筋也會(huì)導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)龜裂裂紋。

2.5 水化熱裂縫

一般來說，混凝土施工過程中，由于混凝土內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的水化熱溫度較高，散熱不均勻時(shí)混凝土表面會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)變化，加之外界環(huán)境溫度變化不一，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生的水化熱裂縫風(fēng)險(xiǎn)極高。

水化熱裂縫的種類主要包括：表面貫穿裂縫和地坪結(jié)構(gòu)柱陰陽角熱應(yīng)力集中裂縫，在工業(yè)地坪中尤為常見。裂縫的形狀也是變化多端，常見的是斜向不均勻裂縫和水平向延伸裂縫。

2.6 應(yīng)力集中裂縫

建筑地坪大體積混凝土澆筑后24 h內(nèi)會(huì)出現(xiàn)應(yīng)力集中裂縫，裂縫主要分布在地坪存在集中荷載的位置。一般會(huì)沿著結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)角處裂紋，根據(jù)之前項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，解決的辦法主要是控制好切縫時(shí)間和切縫深度。

裂縫一般特征：應(yīng)力集中裂縫一般發(fā)生在轉(zhuǎn)角部、平面突出凹進(jìn)的轉(zhuǎn)角處。在集中荷載較大的部位，易產(chǎn)生劈裂狀的裂縫。應(yīng)力集中裂縫要盡早發(fā)現(xiàn)，采取切縫法消除集中應(yīng)力，能有效減少裂縫。

2.7 地基沉陷裂縫

建筑地坪混凝土強(qiáng)度較大時(shí)，能夠抵抗較強(qiáng)的地層沉陷，但是地基處理不滿足規(guī)范要求時(shí)，地基沉陷（膨脹）裂縫時(shí)有發(fā)生。

常見的裂縫特征：地基沉陷裂縫具有底層重、上部輕，外墻重、內(nèi)墻輕、開洞墻重、實(shí)體墻輕等特點(diǎn)，且大多為斜向裂縫，少數(shù)為豎向和水平裂縫。當(dāng)上部主體結(jié)構(gòu)剛度較大時(shí)，有時(shí)也在獨(dú)立基礎(chǔ)與柱根處出現(xiàn)水平裂縫，這是地基沉陷裂縫最早出現(xiàn)的。

3 地坪混凝土塑性收縮裂縫的因素分析

3.1 水 泥

為提高混凝土的強(qiáng)度，施工時(shí)經(jīng)常采用強(qiáng)行增加水泥用量的方法，收縮應(yīng)力會(huì)明顯增大。

3.2 水灰比

建筑地坪使用的混凝土水灰比過大，會(huì)降低混凝土的強(qiáng)度等級(jí)；建筑地坪使用的混凝土水灰比小會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生的水化熱增大，很容易引起地坪開裂。

建筑中水灰比和抗壓強(qiáng)度及水泥的實(shí)際強(qiáng)度三者之間的關(guān)系公式為：f=A×F(C/W-B)。其中f表示混凝土的抗壓強(qiáng)度，A表示骨料種類系數(shù)，F(xiàn)表示水泥的實(shí)際強(qiáng)度，B表示骨料種類的系數(shù)，（W/C）為水灰比。在配合比一致的情況下，水灰比的值越小，建筑地坪混凝土的強(qiáng)度也就越高；水灰比的值越大，建筑地坪混凝土的強(qiáng)度也就越低。我們可以得出這樣一個(gè)結(jié)論：水灰比大，混凝土的流動(dòng)性好，但是容易出現(xiàn)離析現(xiàn)象；水灰比過小，影響混凝土泵送，混凝土流動(dòng)性較差，不利于工程施工，但是混凝土的強(qiáng)度將會(huì)增大。

3.3 外加劑

施工中往往在混凝土攪拌的過程中定量摻入外加劑，雖然混凝土外加劑的摻量較小，但是外加劑品種繁多，對(duì)混凝土的影響較大，如有的外加劑能有效提高混凝土的抗凍性能。外加劑其實(shí)是一種高分子化合物減水劑，要求控制Cl-含量不大于0.5%，Na2SO4的含量不大于10%。

3.4 骨 料

骨料中石英、石灰?guī)r、白云巖、花崗巖、長石等吸水率較小、收縮性較低；而砂巖、板巖、角閃巖等吸水率較大、收縮性較高。另外，骨料粒徑大收縮小，含水量大收縮越大。

3.5 養(yǎng) 護(hù)

混凝土的養(yǎng)護(hù)質(zhì)量對(duì)控制裂縫影響較大，一般養(yǎng)護(hù)要分階段進(jìn)行，養(yǎng)護(hù)效果好則混凝土收縮小?；炷烈?guī)范及時(shí)地養(yǎng)護(hù)可以加速結(jié)構(gòu)內(nèi)部的水化反應(yīng)，提高混凝土的強(qiáng)度。

3.6 環(huán) 境

環(huán)境因素始終對(duì)混凝土產(chǎn)生影響，外界環(huán)境的多變會(huì)使混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生物理或化學(xué)變化，建筑地坪混凝土尤其對(duì)環(huán)境敏感，建筑地坪大體積的混凝土施工大多采用激光整平機(jī)械加機(jī)械布料施工。環(huán)境的濕度、溫度都會(huì)對(duì)混凝土澆筑質(zhì)量及收縮裂縫產(chǎn)生影響。

3.7 振 搗

混凝土的振搗在工程施工中尤為重要，一般使用震動(dòng)棒振搗澆筑混凝土，這樣能夠有效排除混凝土中的氣泡，有效減少澆筑混凝土面層的蜂窩麻面及密實(shí)度，能夠保證混凝土的澆筑質(zhì)量，減少建筑地坪的裂縫。

4 產(chǎn)生水化熱裂縫的原因及控制措施

混凝土澆筑后水化熱反應(yīng)的熱量會(huì)使建筑地坪表面產(chǎn)生裂縫，將影響混凝土的強(qiáng)度和性能。

建筑地坪大體積混凝土在冬季澆筑更有利于控制裂縫，因?yàn)橥饨鐪囟容^低水化熱反應(yīng)熱量流失較快，能夠很快提高混凝土的早期強(qiáng)度。在使用水化熱較高的水泥時(shí)，應(yīng)采取措施，防止混凝土內(nèi)部的水化熱過高，使水泥產(chǎn)生膨脹性的裂縫。

4.1 水泥品種

建筑地坪工程施工中應(yīng)選取能達(dá)到減輕水化熱目的的水泥品種。

4.2 水泥用量

建筑地坪工程施工中改善骨料級(jí)配、降低水灰比、摻加混合料等方法能夠有效減少水泥用量，達(dá)到減輕水化熱的效果。

4.3 控制澆筑層厚度

減小澆筑層厚度，加快混凝土散熱速度，能有效減輕水化熱。

4.4 直埋循環(huán)冷水管

在混凝土里埋設(shè)冷卻管通水冷卻，控制溫度在25℃左右，能夠有效減輕水化熱。

4.5 分段分層澆筑

建筑地坪一般會(huì)設(shè)置分隔縫，工業(yè)地坪澆筑中使用成品的鎧甲縫進(jìn)行分倉，能夠有效消除應(yīng)力減少裂縫，鎧甲縫的使用大大提高了建筑地坪的施工質(zhì)量。同時(shí)，采用二次振搗的方法加強(qiáng)混凝土密實(shí)度，有利于混凝土水化熱的散失，但在施工時(shí)要注意保持混凝土終凝前上下層結(jié)合良好，有效控制地坪裂縫。

4.6 加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)

混凝土澆筑完成后要加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)，遇到低溫天氣要及時(shí)采取保溫措施，防止裂縫產(chǎn)生。

5 混凝土裂縫的處理

5.1 灌注法處理

針對(duì)建筑地坪大體積混凝土裂縫，一般采用環(huán)氧樹脂低壓灌注漿對(duì)裂縫處進(jìn)行加固處理。灌注漿體材料進(jìn)入裂縫后，要等漿材無安全硬化后拆除注射設(shè)備，保證裂縫有融合。

5.2 自閉合法處理

處理建筑地坪大體積混凝土裂縫，也可讓水泥摻水后接觸空氣中的CO2，使其發(fā)生碳化反應(yīng)生成一種晶體材料，這種晶體材料能夠在裂縫中生長，起到填充作用。自閉合法多用于潮濕環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫修補(bǔ)，自閉合時(shí)期必須要連續(xù)保持水飽和，因此多用在地下室和水泵房等。

5.3 表面封閉法處理

表面封閉法能有效處理混凝土基層裂縫，此種方法要確保裂縫處清潔干燥，修補(bǔ)膠要按照比例配合，常溫下裂縫修補(bǔ)時(shí)間為1 h左右。

6 建筑地坪大體積混凝土防裂控制

6.1 控制養(yǎng)護(hù)溫度

控制建筑地坪裂縫，養(yǎng)護(hù)是重點(diǎn)。灑水養(yǎng)護(hù)能夠降低混凝土水化熱的溫度，需要混凝土終凝后反復(fù)灑水養(yǎng)護(hù)，并及時(shí)覆蓋保濕薄膜，保證混凝土內(nèi)部溫度均勻以減少裂縫的產(chǎn)生。

6.2 控制施工過程

建筑地坪澆筑過程中要控制面層收光，抹壓次數(shù)至少要分三面進(jìn)行，磨光機(jī)磨光時(shí)間要掌握好，面層收面過程中嚴(yán)禁撒干水泥。

當(dāng)建筑地坪混凝土中摻合鋼纖維時(shí)，混凝土的坍落度尤為重要，機(jī)械整平磨光平整度一定要控制在規(guī)范要求內(nèi)。

建筑地坪對(duì)平整度要求很高，施工過程采用大型激光整平機(jī)械，整體偏差不大于4 mm，采用3 m靠尺和塞尺檢查其平整度。

6.3 控制澆筑材料

建筑地坪混凝土中應(yīng)減少水泥用量，控制好水灰比以降低混凝土的水化熱溫度。水泥的用量很大程度上保證了混凝土的流動(dòng)性，保證著混凝土質(zhì)量。

建筑地坪大體積混凝土中骨料的選擇是控制裂縫的關(guān)鍵，在選取粗細(xì)骨料時(shí)要保證滿足規(guī)范要求，因?yàn)樵诨炷林泄橇掀鸬搅藳Q定性作用，所以控制好粗、細(xì)骨料的含泥量，確?；炷恋呐浜媳确弦螅ㄖ仄夯炷烈欢ㄒ刂品勖夯业膿搅?，才能有效控制地坪裂縫。

建筑地坪中要控制好摻入外加劑的量，適量的外加劑摻入后可以減少裂縫產(chǎn)生。在現(xiàn)代工業(yè)廠房建設(shè)中，建筑地坪需要承受重載力，混凝土的配合比和坍落度是控制的重點(diǎn)。經(jīng)驗(yàn)表明，建筑地坪中越來越多地加入了成品鋼纖維，使得地坪的收縮性能減弱，有效地阻礙了裂縫的擴(kuò)散。

6.4 控制設(shè)計(jì)構(gòu)造

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中應(yīng)該考慮施工過程的特征。當(dāng)氣候條件極其惡劣時(shí)，要增設(shè)后澆縫，設(shè)置間距滿足設(shè)計(jì)規(guī)范要求，一般間距為20 m～30 m。

建筑地坪一般都會(huì)存在應(yīng)力較為集中的區(qū)域（薄弱環(huán)節(jié)），設(shè)計(jì)時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注薄弱環(huán)節(jié)，采取有效的加強(qiáng)措施。

建筑地坪一次性澆筑面積較大，在設(shè)計(jì)的過程中要注意增設(shè)構(gòu)造筋，通常采用間距和直徑較小的配筋，其中要控制好配筋率在0.3～0.5范圍內(nèi)，還要注意在容易開裂的邊緣部位也要提高有效的配筋率，從而提高混凝土的拉伸極限。

7 結(jié) 語

在工程建設(shè)中特別是建筑地坪的大體積混凝土澆筑中，裂縫的產(chǎn)生不可避免，這要求我們每個(gè)工程管理人員要科學(xué)施工，積極應(yīng)對(duì)裂縫產(chǎn)生。還要以預(yù)防為主，以科學(xué)治理為方針，全面掌握大體積混凝土裂縫控制方法。

建筑地坪裂縫的預(yù)防和修補(bǔ)不僅能保證質(zhì)量，還能保證安全。保證建筑地坪的平整度和裂縫，要結(jié)合施工實(shí)際情況進(jìn)行。耐磨地坪施工時(shí)還要在收面磨光前由機(jī)械或人工布撒金剛砂，提高混凝土表面的硬度。

發(fā)生裂縫修補(bǔ)后要對(duì)修補(bǔ)結(jié)果進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果必須是權(quán)威檢測(cè)機(jī)構(gòu)出具的檢測(cè)報(bào)告，檢測(cè)報(bào)告中顯示檢測(cè)結(jié)果合格后方可認(rèn)定為裂縫修補(bǔ)合格。施工過程中出現(xiàn)大面積裂縫時(shí)，必須要求施工單位返工處理，大面積返修后要督促施工單位進(jìn)行地坪鉆芯取樣送檢。