試論建筑混凝土裂縫成因及施工防治措施

如何控制混凝土開裂是工程中的一大難題。首先對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行了歸類，其次從施工全過程提出了針對(duì)裂縫的防治措施。

混凝土; 裂縫; 溫度; 防治

TU755.7B

［定稿日期］2023-06-19

［作者簡(jiǎn)介］劉潔（1983—），男，本科，工程師，研究方向?yàn)楣こ坦芾怼?/p>

0 引言

城市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展助力了城市化的發(fā)展進(jìn)程，也推動(dòng)了建筑業(yè)的高速發(fā)展，混凝土施工便利、價(jià)格實(shí)惠，被視為建筑業(yè)使用最多、最廣泛的材料之一。大多基礎(chǔ)建筑設(shè)施的建造都要使用混凝土?；炷亮芽p制約著建筑物的整體質(zhì)量，建筑質(zhì)量的優(yōu)劣與人們的工作生活息息相關(guān)，也直接關(guān)系著人民生命財(cái)產(chǎn)安全。而在混凝土結(jié)構(gòu)中，由于其材料配比不當(dāng)、結(jié)構(gòu)變形、施工條件、荷載、溫度及其他原因等，常出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象。裂縫一旦出現(xiàn)，常造成人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)及安全的恐慌。經(jīng)分析總結(jié)認(rèn)為，80%以上的裂縫均是在混凝土結(jié)構(gòu)尚未承受荷載前就已形成，裂縫是不可避免且具有可控性的。因此，要鑒別混凝土裂縫類型、成因，并采取相應(yīng)的技術(shù)措施來確保建筑物的安全性、耐久性和適用性。

1 混凝土裂縫類型

混凝土裂縫根據(jù)構(gòu)件受力與否可分為荷載裂縫和變形裂縫，也可理解為受力裂縫和非受力裂縫。將材料自身性質(zhì)、收縮、溫度、沉降、施工、構(gòu)造等因素造成的裂縫歸為非受力裂縫，將外部荷載及其次應(yīng)力引起的裂縫歸為受力裂縫即荷載裂縫。根據(jù)凝結(jié)硬化時(shí)間分為混凝土水化反應(yīng)前裂縫、水化反應(yīng)中裂縫及水化反應(yīng)后裂縫，根據(jù)發(fā)生位置可分為表面裂縫和深層裂縫［1］。表面裂縫產(chǎn)生于構(gòu)件表面，一般肉眼可見，而深層裂縫常出現(xiàn)在構(gòu)件內(nèi)部，很難看到，可以發(fā)生于水泥石、骨料石內(nèi)部，也可以發(fā)生于水泥石和骨料石的交接部位，且發(fā)生率高，將直接影響建筑物的安全和穩(wěn)固。

2 不同混凝土裂縫的成因

2.1 荷載裂縫

受靜荷載、動(dòng)荷載、次應(yīng)力影響產(chǎn)生的荷載裂縫有直接應(yīng)力裂縫和次應(yīng)力裂縫。裂縫多出現(xiàn)在拉力區(qū)、剪力區(qū)或高振動(dòng)頻率的位置，且規(guī)律較強(qiáng)。如牛腿受力構(gòu)件的裂縫一般從集中荷載點(diǎn)向外部斜面擴(kuò)展。需要注意的是，荷載裂縫的出現(xiàn)，標(biāo)志著建筑結(jié)構(gòu)承載力已接近極限，結(jié)構(gòu)即將破壞。造成破壞的原因是構(gòu)件截面尺寸變小。不少學(xué)者采用分形理論和標(biāo)度理論研究混凝土構(gòu)件在荷載作用下的裂縫規(guī)律，對(duì)混凝土構(gòu)件的設(shè)計(jì)和維護(hù)具有借鑒意義［2-3］。

2.2 溫度裂縫

混凝土自身具有熱脹冷縮的性能，當(dāng)混凝土內(nèi)部溫度與表面溫度相差過大或外界氣溫變化幅度過大時(shí)，其內(nèi)部溫度應(yīng)力也會(huì)提升，導(dǎo)致產(chǎn)生裂縫，也稱之為溫差裂縫?；炷翝仓捌跁?huì)產(chǎn)生大量水化熱，由于混凝土熱傳導(dǎo)差，熱量就會(huì)在其內(nèi)部聚集，構(gòu)件內(nèi)部溫度急劇上升，導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差加大，內(nèi)部為受壓狀態(tài)，外部則受內(nèi)部膨脹，表現(xiàn)為受拉狀態(tài)，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫?；炷翝仓瓿?，拆除模板早期表面溫度下降較快，導(dǎo)致溫度應(yīng)力反向變化，拉應(yīng)力高出混凝土的抗拉承載度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。由此可見，升溫、降溫階段均有可能產(chǎn)生裂縫，施工時(shí)要盡量減小或控制溫差［4］。

2.3 收縮裂縫

實(shí)際工程中收縮裂縫最為常見?；炷了苄允湛s、干縮、自生收縮、碳化收縮均可導(dǎo)致變形，甚至產(chǎn)生裂縫。塑性收縮一般發(fā)生在澆筑前期（4～5 h），此階段水分快速蒸發(fā)，混凝土因失水而體積縮小，尚未硬化、強(qiáng)度不足以抵抗這種收縮應(yīng)力。干縮產(chǎn)生于硬化之后，表面溫度隨水分散失而減小，這種混凝土體積的減小稱為干縮失水過程，表層快，內(nèi)部慢，表層收縮大，內(nèi)部收縮小，拉力不均勻，故產(chǎn)生裂縫。自身收縮與外界環(huán)境無關(guān)，是由水泥和水產(chǎn)生的水化反應(yīng)導(dǎo)致的。碳化收縮是由于二氧化碳與水泥中水化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)引起的，由于發(fā)展較晚、具有局限性而一般不予計(jì)算。

2.4 沉降裂縫

沉降裂縫與地基變形有關(guān)。工程施工中部分建筑物基址土質(zhì)松軟、土質(zhì)不均勻，加之回填土未完全夯實(shí)、土壤含水量過高，都會(huì)引發(fā)地基沉降，進(jìn)一步出現(xiàn)沉降裂縫。也有專家指出模板剛度不足、布設(shè)間距過大、底座不牢，也會(huì)導(dǎo)致沉降裂縫。如在凍脹地區(qū)，冬季土壤中游離水轉(zhuǎn)為冰，水分呈凍結(jié)狀態(tài)，體積膨脹，在春季解凍后體積收縮，地基會(huì)豎向不均勻沉陷，支承在土壤中的模板也會(huì)產(chǎn)生沉降，從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)附加應(yīng)力大于其抗拉能力而開裂。沉降裂縫多產(chǎn)生于剛度較低的位置，且多為深度或貫穿構(gòu)件，其裂縫寬窄與沉降量和氣溫有關(guān)。

2.5 鋼筋銹蝕裂縫

當(dāng)混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫并逐步加大時(shí)，空氣中的二氧化碳會(huì)侵入構(gòu)建內(nèi)部，不僅混凝土保護(hù)層被碳化，鋼筋表面的氧化膜也會(huì)遭到破壞，進(jìn)而表現(xiàn)為鋼筋銹蝕、承載力降低，直接影響到構(gòu)件的安全性能、耐久壽命。許多學(xué)者研究表明，構(gòu)件裂縫會(huì)沿鋼筋銹蝕方向延伸，常見的橫向垂直裂縫和順鋼筋裂縫兩種［5］。研究表明，橫向裂縫只是開啟鋼筋銹蝕的鑰匙，并不能控制其銹蝕速度，且銹蝕程度在海水、化學(xué)氣體等特殊環(huán)境下較一般環(huán)境更嚴(yán)重。順鋼筋裂縫在混凝土保護(hù)層開裂前，對(duì)鋼筋與混凝土的粘接力影響不大，一旦保護(hù)層開裂，二者粘結(jié)力會(huì)加速下降，混凝土構(gòu)件安全隱患隨即產(chǎn)生。在實(shí)際工程中，不同鋼筋表面特征不同，導(dǎo)致銹蝕不均勻，應(yīng)深入分析銹蝕產(chǎn)物的體積膨脹系數(shù)，來進(jìn)一步研究銹蝕裂縫，為實(shí)際工程提供科學(xué)理論依據(jù)。

2.6 材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土是由水泥、摻合料、水、外加劑等按一定比例配制而成的膠凝材料。其中水泥為主要粘結(jié)劑，水泥的種類、用量、粒徑會(huì)直接制約混凝土的質(zhì)量?；炷临|(zhì)量的好壞取決于原材料的把控，若未嚴(yán)格按設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)采購(gòu)材料或未按規(guī)定比例配制，都會(huì)直接導(dǎo)致混凝土開裂?；炷涟柚茣r(shí)要合理控制外加劑的劑量?；炷羶?nèi)部的水熱化、骨料的均勻度、砂石含泥率不當(dāng)都會(huì)造成混凝土開裂。如混凝土攪拌時(shí)應(yīng)控制砂石含量，過高會(huì)導(dǎo)致混凝土的密實(shí)度下降，抗拉強(qiáng)度變小，收縮性增大，引起混凝土開裂。目前建筑市場(chǎng)大多為商品混凝土，為保證混凝土的質(zhì)量，配制時(shí)會(huì)加適量的減水劑、引氣劑、泵送劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑、防凍劑、著色劑等，優(yōu)化混凝土的性質(zhì)，減小內(nèi)部應(yīng)力，降低裂縫產(chǎn)生的可能性。

2.7 施工工藝引起的裂縫

混凝土澆筑過程中操作不合理，振搗力度過大或不足，易造成混凝土離析、空洞等質(zhì)量問題。在混凝土構(gòu)件支?！獫仓谱鳌鹉！\(yùn)輸—堆放—起吊過程中，施工工藝不合理安排，會(huì)造成縱向、橫向、斜向、貫穿等裂縫，故應(yīng)加強(qiáng)施工工藝規(guī)范化，保證混凝土質(zhì)量。

2.8 養(yǎng)護(hù)不到位引起的裂縫

按標(biāo)準(zhǔn)落實(shí)混凝土養(yǎng)護(hù)工作，利于后期混凝土的質(zhì)量保證。施工單位要重視養(yǎng)護(hù)技術(shù)，尤其在養(yǎng)護(hù)期關(guān)注外部天氣環(huán)境溫濕度變化，為控制混凝土整體溫濕度，要選擇正確的養(yǎng)護(hù)方法。夏季對(duì)混凝土用草編袋、塑料膜、保濕被等覆蓋保溫，灑水保濕，防止表面失水干燥引起裂縫。冬季應(yīng)采取保溫隔熱措施，保證混凝土表層溫度，以免溫差應(yīng)力過大引起開裂。養(yǎng)護(hù)過程中，施工單位應(yīng)記錄數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)監(jiān)控澆筑體內(nèi)外溫差，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)采取技術(shù)措施，以保證混凝土的施工質(zhì)量。

3 混凝土裂縫施工防治

3.1 施工前防治

3.1.1 優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

施工前，施工單位要組織專業(yè)的施工隊(duì)伍對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行全面勘察，熟悉場(chǎng)地地質(zhì)條件，根據(jù)工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和建筑使用要求，優(yōu)化設(shè)計(jì)混凝土結(jié)構(gòu)，與設(shè)計(jì)單位共同制定科學(xué)的施工方案。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員也應(yīng)綜合考慮設(shè)計(jì)與施工條件，合理設(shè)計(jì)構(gòu)件預(yù)應(yīng)力，提高整體結(jié)構(gòu)的抗拉強(qiáng)度，減少溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，避免產(chǎn)生裂縫。

3.1.2 嚴(yán)把原材料關(guān)

混凝土內(nèi)部水泥水化熱過高是導(dǎo)致其開裂的主要原因之一。因此，施工前要優(yōu)化混凝土各組成材料的配比，尤其水泥應(yīng)嚴(yán)格控制。影響水泥水化熱的因素有水灰比、水泥熟料中礦物質(zhì)、養(yǎng)護(hù)溫度等，配制時(shí)可以降低水灰比，選擇水化熱低的硅酸鹽水泥，同時(shí)選用高品質(zhì)的砂、碎石等骨料。混凝土進(jìn)場(chǎng)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)核驗(yàn)準(zhǔn)確無誤，澆筑前應(yīng)落實(shí)坍落度試驗(yàn)，并按要求制作試塊，全部檢驗(yàn)合格后方可澆筑。

3.2 施工中防治

3.2.1 把控施工方法

正確的施工方法及有效的施工管理對(duì)工程質(zhì)量的保障至關(guān)重要。混凝土澆筑要嚴(yán)格按施工方案中的流程進(jìn)行，澆筑順序應(yīng)科學(xué)合理，澆筑前將模板與構(gòu)件的接觸面清理干凈，并驗(yàn)收鋼筋綁扎、保護(hù)層厚度等。澆筑過程管理人員應(yīng)全程監(jiān)督跟蹤，振搗表面要平整，無漏振、過振現(xiàn)象，振搗至無氣泡，混凝土不再下沉，開始泛漿時(shí)停止。

3.2.2 控制施工溫度

混凝土澆筑應(yīng)盡量選擇晴朗的天氣，并根據(jù)氣溫控制澆注溫度。如夏季可適當(dāng)增加混凝土坍落度，搭建遮陽棚以降低太陽直射度，也可在水中加冰，同時(shí)在混凝土結(jié)構(gòu)中嵌冷卻管，以降低內(nèi)部溫度。遇到下雨天應(yīng)立即停止?jié)仓?duì)已完成澆筑的部位用防雨布覆蓋。

3.3 施工后防治

混凝土澆筑后，科學(xué)的養(yǎng)護(hù)能提高混凝土的質(zhì)量。養(yǎng)護(hù)人員應(yīng)著重監(jiān)控混凝土的溫濕度，對(duì)于混凝土與空氣接觸面應(yīng)及時(shí)用塑料布、塑料膜等覆蓋，降低表面水分蒸發(fā)速率［6］。混凝土保濕養(yǎng)護(hù)應(yīng)達(dá)到規(guī)定齡期，便于后期順利拆模?；炷两K凝后每日進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)，根據(jù)天氣情況調(diào)整灑水量，要確保混凝土表面濕潤(rùn)但無積水。

4 結(jié)束語

混凝土裂縫制約著混凝土結(jié)構(gòu)的安全性及壽命年限。對(duì)于混凝土裂縫的防治，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，管理施工兩手抓，對(duì)已產(chǎn)生裂縫的構(gòu)件詳細(xì)分析鑒別，普通裂縫可采取表面修復(fù)、壓力灌漿、化學(xué)灌漿、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)、混凝土置換等方法進(jìn)行處理，提高建筑物的質(zhì)量安全，確保建筑企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

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