房建工程中混凝土結構裂縫成因及防范措施

馬 超 (山西建筑工程集團有限公司,山西 太原 030002）

混凝土結構在當前建筑行業中應用普遍，廣泛應用于我國的各類建筑工程中，但混凝土材料是一種脆性材料，雖然與鋼筋材料的有效結合可以提高其抗壓抗彎性能，但是混凝土自身具有收縮性，加上內外界因素的綜合影響，出現裂縫的概率較高，對建筑工程的使用性能和壽命來說影響較大，因此，對于混凝土結構裂縫問題的防控一直是工程設計、施工和管理的重點，在實際工程中必須要根據結構裂縫控制等級（見表1）采取合理的措施，以降低質量和安全隱患。

表1 混凝土結構構件的裂縫控制等級及最大裂縫寬度限值/mm

1 房建工程混凝土結構裂縫表現形式及成因

1.1 裂縫形式

①根據裂縫成因：混凝土結構在施工及后期使用過程中，會因為設計、材料、施工原因而出現裂縫，也會因溫度變化、長期荷載作用等出現裂縫；②按照裂縫深度：根據裂縫的發現時期和受不同因素的作用強度，裂縫分為不傷及結構強度等安全性能的淺表裂縫、由表及里的貫穿型裂縫、從內部開始的破壞性裂縫等；③按照裂縫發展方向：有水平、縱向、斜向裂縫，還有呈不規則性的網狀裂縫；④按照裂縫的可觀察性：寬度在0.05mm以下的裂縫，由于目測檢查無法及時發現，對于工程質量和使用性能來說也沒有太大影響，可稱為微觀裂縫，反之寬度較大，較為明顯，且具其危害性的裂縫稱為宏觀裂縫。

1.2 裂縫的類型和成因

1.2.1 收縮裂縫

①塑性收縮裂縫成因：該種裂縫最常見于新澆筑的混凝土結構表面，一是因為施工準備不足，材料選擇失誤，水泥過量、砂石過多，混合料硬化時水分過多蒸發，或是澆筑前沒有充分濕潤基層，導致墊層大量吸水；二是施工操作有誤，振搗不充分導致混凝土內部留有空隙，或是養護不及時、不合理，沒有進行覆蓋處理，使得表面水分蒸發過快，混凝土成型質量不佳，強度不足，不能有效承載變形而引起的拉應力；②干燥收縮裂縫成因：該裂縫根據收縮變形程度，裂縫寬度常處于0.05mm～0.2mm間，主要是因為養護不足，導致表面不夠濕潤，內外部在不同的濕度環境下收縮不同，由此對表層產生拉應力，應力越大產生的裂縫寬度越大，另外砂石含泥量超標也會影響混凝土抗拉強度，若低于收縮應力將導致裂縫產生，此外對超長混凝土結構，長時間的硬化也會導致整體收縮變形；③混凝土自收縮及碳化收縮裂縫成因：混凝土是由砂石、水泥等原材料組成一種復合材料，具有流動性和硬化性特點，這使得其可以澆筑任何尺寸的結構，也使得其會因為原材料特性出現自收縮性，當水灰比低于0.3時，收縮明顯，導致裂縫產生，而碳化收縮是因為混凝土混合液與空氣接觸后發生反應生成碳酸鈣，這種產化物越多，引起的收縮裂縫越深、越寬。

圖1 現澆混凝土結構的貫穿裂縫

1.2.2 溫差裂縫

混凝土施工過程中因水化放熱和環境溫度影響，結構內外部溫度值會不同，且溫度變化是一個動態持續的過程，不同施工時間段、室內外的溫度不同，混合料入模時的溫度不同，使用不同水泥和用量時的水化放熱量也有差別，雖然混凝土攪拌過程是一個散熱過程，且混凝土在凝固過程中溫度會慢慢回落，但是如果早晚溫差大，或是在早期階段缺乏對混凝土構件的有效養護，會導致混凝土結構內部溫度偏高，與結構表層溫度差距變大，由此產生溫度應力，而表層抗拉強度難以抵抗內部拉應力時，從而出現裂縫。由于混凝土施工過程不可避免地會產生溫差，因此需要在施工前后根據氣溫、用料、結構形式進行必要的溫度控制，以降低溫度裂縫出現的可能性。

1.2.3 沉降裂縫

當地基出現不均勻沉降時，會產生較大的拉應力，從而形成貫穿性裂縫，產生原理參見圖2，該裂縫多出現在結構件的上下兩端，且一旦出現對房屋建筑的安全性會產生極大威脅，而這種裂縫的出現主要是因為建筑工程地基軟硬不均勻，在打造地基時沒有將地面鋪平，也沒有進行合理有效的地基加固處理，地基不穩，在后續施工環節，荷載逐漸加大時會壓縮空隙部分，由于不同地基部分的空隙率不同，從而產生的沉降程度不同，出現的裂縫大小和深度也不同。此外還有混凝土模板的原因，由于模板剛度不夠，沒有進行加固處理，或是對于特殊施工地區的模板支撐體系設置不當，支撐模板不牢固，或是過早拆除模板，這些都會影響混凝土結構的使用性能，從而導致其耐久性和強度等變弱而無法承壓，造成混凝土開裂。

圖2 基礎不均勻沉降產生的裂縫

1.2.4 其他裂縫

①結構性裂縫：不同混凝土結構部位所承受的荷載不同，有些梁板構件由于施工不規范，隨著工程推進承受的荷載越來越大，施工期間或使用過程中都有可能產生裂縫；②非結構性裂縫：這種裂縫一般是長年累月的效果，在不同氣候環境的長期作用下，或是因地質災害等原因發生變形而形成裂縫；③鋼筋銹蝕引起的裂縫：由于混凝土結構內部鋼筋受濕度、化學物質等因素影響逐漸銹蝕，從而形成沿鋼筋方向的縱向裂縫，而混凝土結構內部鋼筋較多，有些還形成連通，還存在加密區，出現此種裂縫時會造成保護層成片剝落，鋼筋與混凝土的結合效果將受到影響。

2 房建工程混凝土結構裂縫影響因素分析

2.1 材料因素

混凝土是一種復合型材料，各種原材料的自身性能會影響最終混合料的使用效果以及混凝土結構的穩定性和安全性，如水泥等級與混凝土強度等級有關，強度越高，脆性越大，越易開裂，且不同規格水泥的水化放熱量也不同，從而對溫差的影響也不同，此外若砂石的含泥量偏高，集料顆粒級配不正常，導致混凝土收縮嚴重而出現裂縫。總的來說，只要材料的品種、物理或力學等性能檢測指標與工程實際情況不匹配，或是各種原材料在拌和過程中沒有按照配比進行，都可能造成收縮、溫差等裂縫的出現。

2.2 設計因素

設計是指導施工的重要依據，對于混凝土結構來說，設計環節需要確定構造方式、預留孔洞、構件截面形式、配筋率和鋼筋布置方式等對鋼筋混凝土結構的最終狀態和性能影響較大的參數，如果結構設計出現了缺陷，會使混凝土結構受力偏移，或是承載能力降低，結構出現不均勻沉降，此外具體的施工方案也需要參照設計圖紙，確定施工方式、布置施工平面、計劃施工時間、安排施工人員與機械等，若是在設計階段未能充分考慮混凝土實際施工要求和標準，將會極大地影響施工效率和質量，從而導致裂縫的產生。

2.3 施工因素

混凝土施工是一個連續的、需多個部門協調配合完成的過程，如果在某一道工序出現不規范的行為，都有可能導致不同程度的開裂，如攪拌時間不充分，運輸時間過長；支護鋼筋混凝土的模板設置不科學，模板密封固定不良；鋼筋綁扎環節存在漏綁或者間距過大的問題，或是鋼筋表面出現銹蝕，澆筑時鋼筋移位；振搗時沒有嚴格按照施工要求進行，混凝土出現離析狀態；拆模時間過早或是沒有按規定程序拆模，不重視早期養護，養護不到位等，這些施工過程中的疏忽，或是工序銜接上的問題都會給混凝土結構質量帶來影響。

3 房建工程混凝土結構裂縫的防范措施

3.1 合理選擇和使用材料

①對于混凝土所需的各種原材料，需要結合施工要求和材料對裂縫的影響合理選擇，如對于水泥，在滿足混凝土結構強度要求的基礎上，應盡量選擇水化熱較低的類型，同時也要考慮工程所處環境來考慮水泥的抗裂性、抗凍性、抗酸堿性，嚴禁使用安定性不合格的水泥；對于粗細骨料，需要考慮其粒徑、形狀及含泥量等，如粗骨料應選擇表面粗糙、顆粒較大且空隙較小、堿性反應相對較小的類型；對于摻加材料，通常采用緩凝型減水劑，可以提升混凝土材料的自身性能，降低因混凝土水泥水化熱出現裂縫的概率；②科學設計混凝土配合比，經過嚴密S計算確定各材料的添加量，在保證新拌混凝土作業所需坍落度、可泵性的基礎上，盡可能降低水灰比，減少水泥用量，控制砂率（見表2），降低水膠比，這樣可以降低水化放熱量，減小混凝土孔隙率，提高混凝土的耐久性和抗裂性能。

表2 砂率取值參考表

3.2 優化設計

①保證整體設計的合理性。為了提高建筑結構的穩定性，避免或消除裂縫問題，在設計階段需要從局部著手，兼顧整體，考慮結構在受力等方面的關聯性，加強設計的整體性；②嚴格參照設計規范。設計需要建立在相關標準的基礎之上，并結合工程實際進行相應的調整，如為了控制墻體結構裂縫出現，需要根據極限狀態下的結構受力計算來確定澆筑截面尺寸，混凝土結構的長寬比等技術指標，以提高結構的剛度；③完善細節設計。如根據地質條件合理調整基礎埋置深度及墊層厚度，根據施工環境等設置伸縮縫、沉降縫及抗震縫，或是在必要位置設置后澆帶，以有效防控因沉降、溫度等引起的裂縫問題；④科學配置鋼筋。鋼筋的主要作用是抗拉，在應力集聚處增加受力鋼筋數量，確保鋼筋保護層厚度達標，這些合理的配筋設計可以約束混凝土收縮，提高結構的抗裂性能，從而避免構造裂縫出現。

3.3 強化施工指導和監督

①加強施工技術指導和監督，在施工前要做好人員培訓和技術交底工作，確保施工人員掌握更成熟、更先進的技術，同時全面了解當下工程施工所采用的技術方案和施工要點、注意事項等重點，在技術準備充分的條件下開展施工；②優化工序管理，既要保證工序銜接順暢，也要確保各道工序施工質量合格，如要加強模板工程施工質量管理，保證模板與支架均具有足夠的剛度，澆筑混凝土時要合理控制振搗力度及時間；③嚴厲制止不規范的施工行為，監督質量問題整改情況，按照施工規范和管理制度來約束現場施工人員，及時改正檢查發現的問題，避免因人員松懈、責任心不強而導致施工質量不達標；④注意對上道完工內容的保護，如鋼筋綁扎完畢且驗收合格后，要避免人員隨意踩踏，避免擱置重物或大力撞擊，對于完成澆筑的板面，需要強度達到要求后才可以上人。

4 結語

綜上所述，從混凝土結構施工技術、施工原材料、施工環境、工程規模等方面來說，裂縫問題的出現概率很高，如果沒有及時處理，不僅會影響觀感，還會影響建筑物的整體功能和承載力，由此可見對裂縫問題進行防范不僅可以保障混凝土結構施工質量，維護建筑物安全，也是確保行業競爭力的重要方式，因此需要加強對混凝土原材料、結構設計和施工的管控，通過積極有效的防范降低裂縫問題造成的不利影響，同時相關人員也應該繼續研究不同裂縫的修復處理技術，從而形成科學防控、有效處理的全過程管理，協助施工單位獲得預期效益。