淺析建筑工程施工中混凝土裂縫的成因與治理

羅永新

（湖南省第六工程有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410015）

在建筑施工技術(shù)和材料日新月異的今天，混凝土由于工藝簡(jiǎn)單且具有良好的機(jī)械性能和耐久性，依然是應(yīng)用最為廣泛的施工材料，是絕大部分建筑工程基礎(chǔ)和結(jié)構(gòu)施工的最佳選擇。但是即便在目前的施工和質(zhì)量監(jiān)測(cè)水平下，還是難以完全避免混凝土施工裂縫的產(chǎn)生。而基于保障建筑主體結(jié)構(gòu)的承載力與耐久性，掌握各類裂縫的成因并在施工過程中進(jìn)行及時(shí)的治理十分關(guān)鍵。

1 混凝土裂縫的主要形態(tài)及其發(fā)生規(guī)律

現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)當(dāng)中含有一定比例的水分，其中有一部分是作為膠體材料的水泥完成固化反應(yīng)必須要消耗的水分，而另一部分則是為了滿足混凝土的施工工藝要求和補(bǔ)充因蒸發(fā)作用散失的水分，即使其達(dá)到一定的和易性與坍落度指標(biāo)，讓預(yù)拌混凝土能夠被設(shè)備順利泵送至模板當(dāng)中并均勻分布，并且在接下來的養(yǎng)護(hù)過程中，有足夠的水分完成物理化學(xué)反應(yīng)。當(dāng)澆筑完成之后，隨著混凝土強(qiáng)度不斷提升，這部分不參與混凝土固化反應(yīng)的水會(huì)而沿澆筑形成的細(xì)微孔隙逐漸散失。而這一過程中會(huì)因水灰比、內(nèi)外部溫差、降溫速度、混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)以及外部濕度的不同，產(chǎn)生動(dòng)態(tài)變化的內(nèi)部應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超出混凝土的強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)導(dǎo)致澆筑形成的微小孔隙擴(kuò)大成明顯裂縫。因此通過分析裂縫的形態(tài)、分布，可以找到其形成的原因并加以控制。

1.1 混凝土構(gòu)件表面的細(xì)微裂縫

混凝土表面在施工后出現(xiàn)細(xì)微裂紋比較普遍，大多呈龜裂狀且處于墻面等表面積與厚度比偏大部位。這類裂紋的出現(xiàn)主要是混凝土表面水分過快散失，而混凝土表面尚未達(dá)到足夠的抗拉強(qiáng)度，從而在收縮應(yīng)力作用下形成細(xì)密的裂紋。如果深究其成因，則與混凝土的用水量、施工現(xiàn)場(chǎng)的溫濕度、施工技術(shù)應(yīng)用以及養(yǎng)護(hù)措施都有一定的關(guān)系，即任何一環(huán)控制的不夠精確都有可能造成表面水分散失過快。首先混凝土用水量偏大則會(huì)引發(fā)養(yǎng)護(hù)初期的表面嚴(yán)重泌水，使得表層混凝土當(dāng)中的骨料下沉并影響表面強(qiáng)度，此時(shí)表面水分散失也會(huì)相對(duì)過快，從而極易出現(xiàn)裂紋。其次施工現(xiàn)場(chǎng)如果處于高溫或濕度偏小而同時(shí)養(yǎng)護(hù)措施不當(dāng)，則必然導(dǎo)致混凝土表面迅速失水干縮。

1.2 溫度應(yīng)力引發(fā)的混凝土開裂

混凝土在達(dá)到足夠的強(qiáng)度之前對(duì)溫度變化比較敏感，無(wú)論是外界溫度還是結(jié)構(gòu)自身的內(nèi)外溫差，都會(huì)導(dǎo)致不同層面之間承受溫度應(yīng)力，而當(dāng)其超過混凝土自身的韌性時(shí)就會(huì)發(fā)生塑性收縮并產(chǎn)生裂縫，這類裂縫通常出現(xiàn)在大體積混凝土的內(nèi)部[1]。因此在建筑工程混凝土施工中，需要從施工工藝和混凝土配方設(shè)計(jì)方面，進(jìn)行十分嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算、分析和實(shí)驗(yàn)，為施工過程中控制混凝土內(nèi)外溫差、合理選擇澆筑溫度和實(shí)施溫度應(yīng)力監(jiān)測(cè)等制定詳盡的計(jì)劃，才能夠避免出現(xiàn)這類嚴(yán)重的質(zhì)量缺陷。

1.3 在外部荷載最用下發(fā)生的結(jié)構(gòu)裂縫

建筑工程的混凝土施工要求有一定的連續(xù)性，因此澆筑完成的部分在尚未達(dá)到理想強(qiáng)度時(shí)，便需要承受后續(xù)施工帶來的荷載，在機(jī)械振動(dòng)、施工材料等的重力以及施工作用力的沖擊下，容易在應(yīng)力較為集中的薄弱部位形成結(jié)構(gòu)裂縫。

1.4 基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)不均勻沉降導(dǎo)致的裂縫

建筑工程的施工從基礎(chǔ)開挖到主體結(jié)構(gòu)混凝土澆筑完畢周期較長(zhǎng)，時(shí)常需要跨越一年四季，因此環(huán)境溫濕度以及風(fēng)力等的變化十分明顯，如果不能根據(jù)實(shí)際氣象條件適時(shí)調(diào)整施工工藝，或者前期對(duì)工程地質(zhì)和水文條件勘查不夠深入，就會(huì)導(dǎo)致建筑的基礎(chǔ)或現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)出現(xiàn)不均勻沉降。而當(dāng)沉降導(dǎo)致的變形超過設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)伸縮量，就會(huì)在應(yīng)力集中部位出現(xiàn)嚴(yán)重的裂紋。而這類裂紋一旦出現(xiàn)是最難以控制和修復(fù)的，需要經(jīng)過專業(yè)的安全性評(píng)估才能確定能否繼續(xù)施工。

2 影響混凝土裂縫形成的主要因素分析及其控制策略

雖然不同類型混凝土裂縫的主要成因有所區(qū)別，但是其各自的影響因素之間又存在十分復(fù)雜的聯(lián)系，例如混凝土的水灰比與溫度應(yīng)力以及養(yǎng)護(hù)措施之間，不僅各自對(duì)某類裂紋的形成有主要作用，這幾個(gè)因素自身還相互影響。所以在混凝土施工當(dāng)中必須找到其中的控制要點(diǎn)，才能夠?qū)λ幸蛩夭扇∽罴训目刂撇呗裕M量降低裂紋產(chǎn)生的概率。

2.1 建筑工程結(jié)構(gòu)和施工工藝設(shè)計(jì)的合理性

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性是確保建筑主體和基礎(chǔ)各個(gè)部分受力均勻、能夠有效傳遞荷載以及達(dá)到強(qiáng)度等參數(shù)要求的基礎(chǔ)，因此也是避免發(fā)生基礎(chǔ)不均勻沉降、應(yīng)力集中以及混凝土抗拉強(qiáng)度不足等問題的關(guān)鍵[2]。所以為了防止出現(xiàn)塑性收縮、沉降以及結(jié)構(gòu)性裂縫，首先需要對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，在進(jìn)行充分的現(xiàn)場(chǎng)勘查、受力分析和結(jié)構(gòu)參數(shù)計(jì)算的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)和完善施工圖。其次需要根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和強(qiáng)度等技術(shù)參數(shù)合理的確定混凝土施工工藝，對(duì)大體積混凝土的水灰比、骨料級(jí)配以及澆筑工藝流程進(jìn)行細(xì)致規(guī)劃，以便有效控制混凝土內(nèi)外溫差、固化過程中的溫降速度以及保證澆筑過程有序進(jìn)行。

2.2 施工環(huán)境因素

環(huán)境因素對(duì)混凝土裂縫的形成具有最復(fù)雜、也最難控制的影響力，因此建筑工程混凝土施工能否取得理想的質(zhì)量，往往取決于是否能夠?qū)Νh(huán)境因素進(jìn)行充分的評(píng)估，設(shè)計(jì)出混凝土施工各個(gè)環(huán)節(jié)的有效應(yīng)對(duì)措施。首先應(yīng)根據(jù)氣象條件安排混凝土澆筑施工的時(shí)間，避開風(fēng)力過大和溫度極高極低等天氣，避免混凝土因水分過度蒸發(fā)或承受過高溫度應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫[3]。其次對(duì)基礎(chǔ)等大體積以及結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度、表面積和體積比偏大的混凝土結(jié)構(gòu)，要經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治稣撟C設(shè)計(jì)各項(xiàng)工藝參數(shù)和澆筑流程，從而為澆筑過程提供詳細(xì)的技術(shù)指導(dǎo)，避免因施工技術(shù)問題導(dǎo)致溫度和收縮裂縫等缺陷。

2.3 施工過程中的管理因素及其優(yōu)化措施

建筑工程的混凝土澆筑需要保持合理的節(jié)奏，在多個(gè)環(huán)節(jié)需要精確控制時(shí)間、幾何與位置精度等工藝參數(shù)以及施工作業(yè)的規(guī)范性等，才能保證按照設(shè)計(jì)方案形成對(duì)施工質(zhì)量的嚴(yán)密監(jiān)控。因此做好現(xiàn)場(chǎng)管理對(duì)于控制混凝土裂縫的形成也非常關(guān)鍵，首先應(yīng)根據(jù)具體施工環(huán)境、氣象條件以及設(shè)計(jì)要求，做好預(yù)拌混凝土質(zhì)量的管理，按照實(shí)測(cè)的砂石料含水率和含泥量等控制用水量。其次混凝土的配比在經(jīng)過實(shí)驗(yàn)確定之后需要嚴(yán)加控制，澆筑后采用二次振搗避免混凝土質(zhì)地不均勻，并且及時(shí)對(duì)表面進(jìn)行人工抹面處理。最后要對(duì)拆模和養(yǎng)護(hù)時(shí)間進(jìn)行合理安排，根據(jù)檢測(cè)到的混凝土強(qiáng)度等參數(shù)進(jìn)行靈活調(diào)整，從而降低發(fā)生裂縫的概率。

2.4 混凝土配比與預(yù)拌材料的選擇和控制

建筑工程施工中的混凝土配比選擇和控制受到非常多因素的影響，在設(shè)計(jì)階段根據(jù)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等要求初步計(jì)算之后，還需要根據(jù)試拌檢驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整，才能夠確認(rèn)具體的用水量、摻和料以及外加劑種類等。而且當(dāng)工程持續(xù)時(shí)間跨度大、骨料和砂石品質(zhì)不穩(wěn)定時(shí)，還需要根據(jù)實(shí)際情況重新進(jìn)行調(diào)整[4]。因此要想減少混凝土裂縫這一質(zhì)量缺陷，需要在原料選擇環(huán)節(jié)盡量保證其品質(zhì)的穩(wěn)定性，并且在確定每一批砂石、骨料的粒徑和級(jí)配、含水率以及含泥量等參數(shù)之后使用。最后要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度狀況合理控制預(yù)拌混凝土的溫度，以便有效控制混凝土澆筑后的溫度應(yīng)力。

2.5 結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境與現(xiàn)澆構(gòu)件特點(diǎn)設(shè)計(jì)養(yǎng)護(hù)計(jì)劃

養(yǎng)護(hù)過程的關(guān)鍵在于為混凝土的物化反應(yīng)提供最佳條件，使其內(nèi)部發(fā)生勻速的反應(yīng)并減小內(nèi)部應(yīng)力的影響，才能有效避免出現(xiàn)孔隙及裂縫等內(nèi)外部缺陷。而對(duì)于結(jié)構(gòu)形式和體量不同的混凝土構(gòu)件，在這一過程中需要根據(jù)環(huán)境狀況設(shè)計(jì)不同的養(yǎng)護(hù)和監(jiān)測(cè)措施，才能夠有效控制其反應(yīng)過程和防止出現(xiàn)裂縫。首先在常規(guī)的保濕等防護(hù)措施之外，應(yīng)注意對(duì)混凝土內(nèi)外溫差、內(nèi)部降溫速度以及強(qiáng)度進(jìn)行定期檢測(cè)和記錄，觀察表面或復(fù)雜結(jié)構(gòu)部位是否出現(xiàn)細(xì)微裂紋，從而由工程技術(shù)人員決定是否需要調(diào)整養(yǎng)護(hù)措施或進(jìn)行處理[5]。其次大體積混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)可根據(jù)需要在內(nèi)部布置的散熱水管中充水，達(dá)到控制溫度和降溫速度的目的。

3 對(duì)已形成的裂縫進(jìn)行評(píng)估和設(shè)計(jì)修復(fù)方案

雖然經(jīng)過理論分析能夠找到所有混凝土裂縫的成因并加以控制，但是依然無(wú)法百分百的沒有裂縫問題。因此在建筑工程施工中，也需要做好應(yīng)對(duì)這一缺陷的準(zhǔn)備。在由專業(yè)技術(shù)人員對(duì)其進(jìn)行科學(xué)評(píng)估后，決定采用何種手段修復(fù)，確保建筑工程的質(zhì)量不受影響[6]。具體的修復(fù)方法首先是對(duì)淺表裂紋，可以使用水泥漿等材料進(jìn)行簡(jiǎn)單的涂抹，而對(duì)于有嚴(yán)格防水要求的部分，需要使用防水材料進(jìn)行修復(fù)。其次當(dāng)裂紋相對(duì)明顯且較深時(shí)，可以利用專用設(shè)備將水泥漿等膠體材料注入裂縫，從而重新形成一個(gè)牢固的整體結(jié)構(gòu)。此外對(duì)于較寬裂縫，一般可以直接進(jìn)行填充和加固處理。

4 結(jié)語(yǔ)

混凝土裂縫的形成機(jī)理實(shí)際上非常復(fù)雜，裂縫的顯現(xiàn)時(shí)間涵蓋了澆筑初期到養(yǎng)護(hù)尾聲階段，因此在對(duì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、施工工藝進(jìn)行優(yōu)化并嚴(yán)格執(zhí)行各項(xiàng)控制措施的基礎(chǔ)上，還需要通過持續(xù)的觀察和檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)裂縫出現(xiàn)的跡象并采取相應(yīng)措施調(diào)整工藝參數(shù)或進(jìn)行修復(fù)，避免裂紋發(fā)展成為危害結(jié)構(gòu)安全和耐久性的嚴(yán)重質(zhì)量問題。