土木工程建筑中混凝土裂縫的施工處理技術分析

彭美坤 中鐵隧道局集團有限公司

1 引言

土木工程在發展過程中，混凝土已經成為應用最為廣泛的材料，利用混凝土材料構建起的土木建筑結構，既能增強建筑的穩定性和安全性，還能滿足人們的生活和工作需求。但是在建筑中應用混凝土材料時，應注意到混凝土結構出現的裂縫問題，一般是受到外界環境溫度、混凝土自縮以及水泥水化熱等因素的引起的，針對上述因素實施裂縫控制措施，可以有效降低發生安全事故的概率。

2 混凝土結構簡介及特點

在制作混凝土材料時，需要根據建筑工程建設要求，按照一定的比例將水泥、石料以及水等進行混合，經過充分的攪拌后，混凝土材料運至施工現場進行澆筑，在澆筑時應進行充分的振搗，最終形成密實的混凝土結構。不同的土木工程建筑需要混凝土構筑不同的結構，通常情況下按照結構以及原料，可以將混凝土分為以下幾種：一，素混凝土結構；二，型鋼混凝土結構；三，鋼筋混凝土結構；四，預應力混凝土結構；五，鋼管混凝土結構。

基于不同類型的混凝土結構，混凝土的主要特點如下：一，混凝土材料可在運輸狀態進行攪拌，有效節省制作的時間，提高混凝土施工的效率；二，混凝土具備較強的耐腐蝕能力，使用壽命較長；三，混凝土材料可以根據建筑結構的變化，制作成需要的形狀；四，組成混凝土的主要材料較為常見，制作混凝土成本較低；五，混凝土具備較強的兼容能力，與其它材料配合使用，可以進一步增強建筑結構的強度，使建筑結構更加穩定。

3 引起混凝土裂縫的常見原因

3.1 外界環境溫度變化引起

在混凝土施工過程中，極易受到自然環境溫度的影響。許多土木建筑都是在戶外進行施工，若戶外的溫度滿足混凝土施工要求，可以避免混凝土受到較大溫差的作用，導致混凝土結構出現裂縫。但是在實際施工過程中，施工企業無法掌控戶外的溫度，在完成混凝土澆筑施工后，混凝土自身會產生大量的熱量，此時混凝土內部和外部存在較大的溫差，混凝土受到溫度應力作用后，導致混凝土出現裂縫。

3.2 混凝土自縮因素引起

混凝土自身存在自縮的現象，引發混凝土自縮的原因主要為三個方面：首先，水泥引起的自縮。在混凝土材料中水泥是重要的組成部分，水泥在與水反應后使混凝土不斷的硬化，但是在硬化過程中，混凝土中的水分不斷流失，據統計流失占比超過80%，混凝土失去大量的水，進而出現自縮現象；其次，使用外加劑引發的自縮。在混凝土施工時，施工企業會根據實際情況向混凝土內添加減水劑，投入減水劑可以快速提高混凝土的強度，但是會引發混凝土出現自縮現象；第三，礦物質引發的自縮。在混凝土中會添加一定比例的礦物質，如煤灰等，礦物質會引發混凝土出現自縮現象。

3.3 水泥的水化熱因素引起

在混凝土中按照強度要求，會添加一定比例的水泥，水泥在與水反應后，會釋放出大量的熱量。由于熱量聚積在混凝土內部，未能及時的排出，混凝土內部溫度會高于外部溫度，在溫差的作用下產生溫度應力，應力超過混凝土的抵抗界限，會使混凝土出現裂縫。

3.4 超高混凝土抗拉極限

混凝土作為建筑結構的主要材料，自身具備較高的抗壓能力，但是抗拉能力較低。在混凝土施工過程中，若建筑結構受到拉應力，并且拉應力超過混凝土的抗拉極限，致使混凝土出現裂縫。混凝土受到抗拉應力的作用，一般是由于建筑自身出現沉降，或者受到外部過大的壓力作用，以及混凝土配合比例不合理等，都會使混凝土受到拉應力，從而使結構出現裂縫。

4 混凝土裂縫的危害

4.1 影響結構的承載力和使用安全性

在樓板等受彎結構處，應將混凝土結構產生的裂縫控制在合理的范圍內。但是受彎結構持續受到應力的作用，會影響到受彎結構的承載力和使用安全性，一旦受彎結構的承載力超過抵抗極限，導致受彎結構遭到破壞，最終影響到結構的整體性和安全性。

4.2 影響結構的防水性

在土木工程建筑中，屋面、墻面等都是由混凝土材料組成，一旦上述位置出現裂縫，會影響到結構的防水性，并且上述位置長期受到水體的侵蝕，會破壞結構的整體性，最終導致出現安全事故。

4.3 影響結構的耐久性和使用壽命

混凝土結構出現裂縫后，自然環境中的二氧化碳、二氧化硫等氣體，會進入到結構內與鋼筋接觸，并且在水的作用下，產生的電解反應會腐蝕鋼筋，鋼筋一旦受到腐蝕后，剛度和承載能力不斷降低，導致結構的耐久性和使用壽命受到影響，一旦鋼筋無法承載結構應力，并且未能產生抗彎應力，在結構應力作用下，鋼筋會發生斷裂，嚴重威脅建筑結構的安全，導致用戶在建筑內受到生命的威脅。

5 建筑結構在設計過程中裂縫問題的有效控制策略

5.1 合理確定混凝土材料的配合比

在土木建筑的設計階段，設計人員應根據建筑的規模以及功能要求，合理規劃建筑結構，在不同的結構合理確定混凝土材料的配合比，不僅使不同結構的混凝土強度滿足使用要求，還能有效控制成本。以設計梁板結構為例，由于梁板結構承擔應力荷載，需要降低混凝土材料的強度，一般將梁板結構的混凝土強度等級設計在C35 以下。在設計C35 或者以下等級的混凝土材料配合比時，通常選用粒徑較大的粗骨料，并在配合時放置一定比例的細骨料，合理搭配粗細骨料，會使混凝土硬化階段，減少裂縫的出現。此外在完成混凝土施工后，混凝土出現收縮的時間較長，為將收縮控制在有效的范圍內，可以在施工過程中向混凝土添加膨脹劑，利用膨脹劑擴大混凝土，有效抵消收縮產生的應力，從而降低混凝土出現裂縫的概率。

當確定好混凝土的配合比例時，在根據施工中的實際要求，最好攪拌實驗的計劃，根據其水膠比以及排列的組合形式等，對不同等級的混凝土、不同等級的水膠比、不同級別的水泥進行多次攪拌實驗，在根據水膠比試驗結果，選擇的合適的參數。根據混凝土凝固的時間、粘聚性等指標，做出相關的調整，在進行攪拌。最后混凝土應當符合施工指標，可防止裂縫等。

5.2 控制好建筑物的不均勻沉降

在土木工程的準備階段，設計人員應對施工環境進行全面的勘察，通過勘察選用合適的基礎形式，一般分為天然基礎和樁基礎。在選用天然基礎時，需要設計人員詳細計算每個區域基礎可能出現的沉降量，若整個區域沉降量未出現較大的差值，并且在有效的范圍內，可以避免混凝土由于建筑沉降產生裂縫。若區域內出現較為明顯的沉降量差值，應對設計進行調整，使天然基礎的沉降量控制在合理的范圍內。在選用樁基礎時，設計人員應詳細計算樁基礎的沉降量。在計算過程中，若建筑規模較大、內部結構較為復雜，應提高相鄰建筑樁基礎承載的負荷能力，以便控制沉降差在合理的范圍內，避免相鄰建筑出現沉降，導致混凝土結構出現裂縫。在控制建筑物不均勻沉降時，許多施工企業采用后澆帶施工方法，樁基礎沉降量穩定后，繼續進行澆筑施工。

5.3 提高混凝土機表性能

完成混凝土施工后，需要提高混凝土的機表性能，通過提高機表性能，有效減少結構裂縫的產生：首先，在混凝土中加入添加劑，利用添加劑增強混凝土的粘合度，混凝土具有較高的粘合度后，會避免受到人為或者外界自然因素的影響，減少裂縫的產生；其次，選用具備較高抗壓性能的材料，充分利用每個材料的特點，提高混凝土的整體性；第三，嚴格控制混凝土的材料比例。由于混凝土是由不同的材料組成，每種材料都會影響到混凝土的性能，并且引發混凝土結構出現裂縫。根據工程的建設要求，應對不同強度的混凝土進行試驗，在試驗中精準把控混凝土材料的配合比，以便確定合理的材料配合比，制作出的混凝土既能滿足強度需求，還能防止混凝土結構出現裂縫。

5.4 對建筑樓板配筋進行重點設計

在建筑的樓板結構處，由于樓板結構會承受較大的應力，尤其是外轉角結構，在承受較大的應力后，混凝土會出現斜向裂縫，斜向裂縫的角度通常為45°。為提高樓板結構處承載應力的能力，并且避免上述位置出現裂縫，需要對建筑樓板配筋進行重點設計，一般在樓板位置配置雙層雙向鋼筋，要求每層每向鋼筋配筋率，應超過0.3%。在不規則樓板位置，如凹凸不平的樓板，在配筋設計過程中，應注意到該類型的樓板會產生集中應力，尤其是在凹入陰角位置，設計人員應在該位置配置斜向板筋，以此提升該位置抵抗應力的能力。此外設計人員在樓板配筋設計過程中，應遵循小間距、小直徑配筋原則，使樓板位置的配筋密度增大，在提升樓板位置承載應力的同時，還能避免樓板位置出現裂縫。

5.5 對跨度大，荷載大，反復荷載的結構的處理措施

許多建筑規模不斷擴大，致使建筑跨度不斷增大，并且會承受較大的荷載，結構在受到反復荷載的作用后，會使混凝土出現裂縫。由于建筑跨度大、荷載大以及反復荷載，會使混凝土結構出現裂縫的問題。由于建筑在使用過程中混凝土會承受較大的應力，在承受應力的同時，還會產生徐變收縮，會加劇混凝土結構出現裂縫，針對跨度大、荷載大以及反復荷載引發的混凝土出現裂縫問題，需要在建筑結構中增加預應力鋼筋，借助預應力鋼筋提升混凝土結構的整體性，并極大的抵消混凝土承受的拉應力，一旦拉應力對混凝土結構的作用減少，會減少混凝土結構中裂縫的產生。所以在混凝土結構中配置預應力鋼筋，應根據建筑的結構形態變化，合理應用預應力鋼筋，有效提升混凝土結構的整體性，降低混凝土結構出現裂縫的概率。

5.6 加強后澆帶設計的應用

采用后澆帶施工技術，可以有效減少混凝土結構中產生的裂縫。設計人員應加強后澆帶設計的應用，在土木工程建筑規劃設計階段，應根據工程實際情況以及建筑結構要求，將后澆帶設置在合理的位置。通常情況下后澆帶會設置在混凝土結構承受應力較少的位置，避免后澆帶承受較大的應力，導致后澆帶無法正常的使用。此外后澆帶一般使用時間為兩個月，在使用過程中可以有效避免混凝土結構出現裂縫。設計人員應根據建筑結構應力變化，調整后澆帶結構，以便消除前期混凝土結構中的裂縫，并且有效控制混凝土結構的伸縮范圍，防止混凝土結構出現裂縫。

圖1 后澆帶設計

5.7 選擇水化熱較低的水泥

由于混凝土施工期間，會在內部產生較多的熱量，熱量主要來源于水泥的水化熱反應。為減少水化熱產生的熱量，需要在混凝土配置過程中，選用水化熱低的水泥。水化熱低的水泥，在遇到水以后不會產生較多的熱量，使混凝土內部和外部的溫差控制在合理的范圍內，避免混凝土受到溫度應力的作用后，混凝土結構出現裂縫。選用水化熱較低的水泥，可以有效控制水泥的使用量。與水化熱高的水泥相比，若在混凝土內增加水泥的用量，在水化熱反應過程中會產生大量的熱量，致使混凝土出現裂縫。水化熱低的水泥，根據混凝土材料配比要求，向混凝土內放入相同量的水泥，水化熱低的水泥會產生較小的熱量，并且與水化熱高的水泥相比，水化熱低的水泥用量較少，有效降低混凝土的施工成本。此外還應注意的是，使用水化熱低的水泥，應控制好混凝土配合比，施工人員應根據施工需要，對配置的混凝土進行試驗，通過試驗確定水泥的具體用量，并經過嚴格的檢驗，檢驗合格后才能進行具體的施工。

5.8 加強后期的保養工作

混凝土施工包括混凝土配比、混凝土攪拌、混凝土澆筑以及混凝土養護，其中后期養護工作尤為重要，許多施工企業缺乏對后期養護的重視，未能嚴格按照要求進行養護，導致混凝土出現裂縫。所以施工企業應加強后期的保養工作，首先在完成混凝土澆筑后，應及時向混凝土表面注入冷水，通過冷水對混凝土進行強制降溫，使混凝土內部的溫度與外部溫度避免產生較大的溫差。此外在澆灌冷水后，應使用塑料薄膜或者草墊鋪蓋在混凝土表面，避免受到陽光直射，導致混凝土內部溫度升高。通過情況下完成混泥土澆筑后，7天后混凝土強度會到達85%，混凝土強度到達100%，需要經過28天，施工企業應在完成澆筑后的7 天時間內，應不斷的對混凝土進行養護，在7天后根據混凝土的實際情況進行相應的養護。施工企業對混凝土進行后期的保養工作，可以有效控制混凝土的自縮狀態，避免混凝土在自縮狀態下出現裂縫。

6 結語

綜上所述，在土木工程建筑建設過程中，會使用到大量混凝土，為提高混凝土的應用效果，強化建筑工程的穩定性和安全性，需要參與工程建設的單位給予混凝土施工足夠的重視，尤其是重點關注混凝土出現的裂縫問題。針對混凝土出現的裂縫問題，一方面要求施工企業合理配比混凝土材料，另一方面根據結構的變化，控制沉降、設計重點結構位置的配筋等，避免混凝土出現裂縫。