建筑施工中的混凝土裂縫控制技術研究

孫磊

摘 要：混凝土是建筑施工中應用最為廣泛、用量最大的建筑材料，具有材料易獲取、制造工藝成熟簡單、施工操作便捷、成本價格低廉等顯著優勢。但混凝土具有自縮性，導熱系數、抗拉強度較低，在成型后容易開裂，對建筑工程整體質量造成不良影響。基于此，筆者從建筑施工中混凝土裂縫分類出發，簡要論述混凝土裂縫的產生機制，重點從裂控設計、材料選擇、材料配合比、施工工藝、施工管理五個方面探究建筑施工中的混凝土裂縫控制技術。

關鍵詞：混凝土裂縫;裂控設計;水泥合縮;水熱化反應

中圖分類號：TU755.7 ? 文獻標志碼：A ? 文章編號：1003-5168（2022）6-0065-04

DOI：10.19968/j.cnki.hnkj.1003-5168.2022.06.015

Research on Concrete Crack Control Technology in Building

Construction

SUN Lei

（CCTV 2024， Jiamusi， 154000，China）

Abstract：Concrete is the most widely used and used building material in building construction. It has significant advantages such as easy access to materials， mature and simple manufacturing process， convenient construction operation， low cost and so on. However， concrete has self shrinkage， low thermal conductivity and tensile strength. It is easy to crack after forming， which has a negative impact on the overall quality of construction engineering.Based on this， starting from the classification of concrete cracks in construction， this paper briefly discusses the generation mechanism of concrete cracks， and focuses on the concrete crack control technology in construction from five aspects： crack control design， material selection， material mix proportion， construction technology and construction management.

Keywords： concrete crack; crack control design;cement shrinkage; hydrothermal reaction

0 引言

混凝土裂縫是常見建筑病害之一，泛指混凝土中所有不連續現象。在建筑施工中，混凝土裂縫主要包括結構性裂縫與非結構性裂縫兩大類型，雖然部分裂縫沒有達到使建筑物倒塌的危險程度，但結構物裂縫會為水體侵蝕提供“通道”，如果裂縫寬度、深度過大，裂縫處理不到位便會引發保護層脫落、鋼筋腐蝕、混凝土碳化等問題，進一步導致建筑物耐久性、安全性及穩定性降低。在建筑施工過程中，誘發混凝土裂縫病害的因素較多，如結構性及非結構性荷載、原材料選擇及配比不科學、施工技術水平較低、施工質量控制不嚴格等。為提升建筑施工技術水平，需要對混凝土裂縫成因及控制措施予以高度重視，根據不同類型的裂縫采取差異化控制技術。

1 建筑施工中混凝土裂縫分類

建筑施工中混凝土裂縫按照不同的分類標準可以劃分為多種類型。按照裂縫成因可將混凝土裂縫劃分為由外部荷載誘發的結構性裂縫及由各類變形變化引發的非結構性裂縫兩種類型;按照形成時間可將混凝土裂縫劃分為施工期間裂縫、使用期間裂縫兩種類型;按照形式可將混凝土裂縫劃分為橫向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫及不規則裂縫四種類型;按照裂縫有害程度可以將混凝土裂縫劃分為有害裂縫、無害裂縫兩種類型[1]。不同分類標準標志著不同意義，在建筑施工中需要根據各類型裂縫形成機理、施工環境及條件、工程建設需求等對裂縫進行分級處理，在此基礎上確定裂縫控制措施，以此保證精準施策、有效解決裂縫質量問題。

2 建筑施工中混凝土裂縫成因

建筑施工中混凝土裂縫成因十分復雜，通過梳理相關文獻及工程資料總結出以下混凝土裂縫形成機理。

2.1 水泥水熱化反應

水泥水熱化反應會產生大量的水化熱，導致混凝土內部溫度急劇升高，與混凝土表面溫度差異逐漸加大，進而使混凝土結構在溫度應力的作用下產生裂縫。數據顯示，普通硅酸鹽水泥放出的熱量可達到500 J/g，再加上混凝土材料導熱性能較差，水泥水熱化反應產生的熱量集中在混凝土結構內部難以散失。同時，工程資料表明建筑工程中混凝土材料內水泥水熱化反應所引發的溫升值可都達到20～30 ℃，不同種類、用量的水泥水熱化反應劇烈程度不一，硅酸三鈣、鋁酸三鈣含量較高的水泥水熱化反應更為劇烈，產生的熱量集中在混凝土成型的早期;水泥用量較高會導致其水熱化反應放熱集中在1～3 d內，此階段溫升梯度最大，很容易導致混凝土表面產生裂縫。

2.2 內外約束條件共同作用

建設施工中，混凝土體積會因溫度影響產生變化，在收縮變形過程中限制其自由變形的約束作用主要包括內約束及外約束兩種類型。其中內約束是指混凝土內部各個單元之間的約束作用;外約束是指混凝土結構與其體外結構的約束作用。澆筑成型后的混凝土結構與地基或其他結構相連，當溫度變化引發的混凝土體積變形受到接觸面層的阻礙時便會產生外部約束力，隨著混凝土體積變形的加大，所受外部約束力也有所增加。早期混凝土彈性模量較小、應力松弛及徐變較大，此時混凝土結構在溫度影響下發生膨脹，接觸面層雖然產生壓力但力度較小。但當混凝土結構內部溫度降低后會產生較大的拉應力，如果混凝土結構形變大于其極限拉伸值便會誘發裂縫問題[2]。

2.3 外界環境溫度變化影響

建筑施工階段，混凝土結構對外部環境溫度十分敏感。混凝土內部溫度由水泥水熱化絕熱溫升、澆筑溫度及表面散熱溫度三部分疊加，其中混凝土澆筑溫度與外界環境溫度聯系緊密，二者呈正向相關關系，當外界環境溫度變化幅度較大、溫度較低時，混凝土內部及表面的溫度梯度便會大幅度增加，隨之產生超限溫度應力，進而導致混凝土結構產生溫度裂縫。尤其是在大體積混凝土結構施工中，因其截面尺寸較大、散熱情況不佳，混凝土內部溫度可能達到80 ℃以上，并且會持續較長的時間。為此需要采取合理的措施降低混凝土內外部溫度差異，避免混凝土結構產生裂縫。

2.4 混凝土收縮變形

混凝土收縮變形包括混凝土沉縮、干縮及水泥合縮三種類型。其中沉縮是指在混凝土表面毛細管抽吸作用、內部粒子重力沉降影響下混凝土內部粒子空隙減小、體積減縮現象，對提升混凝土各種性能具有積極作用。但如果混凝土結構平面尺寸較大、厚度較薄，再加上原材料級配、配合比等不科學，會導致混凝土不均勻沉縮，進而誘發混凝土塑性收縮裂縫。混凝土干縮是指混凝土硬化后水分蒸發、長時間暴露在干燥空氣中所產生的混凝土外包體積減縮現象。在空氣干燥的環境下，混凝土表面的水分會優先蒸發，外界空氣進入表層之內與內部濕空氣進行交換，直至混凝土內部蒸氣壓與外界空氣壓力一致后此種交換才能停止。混凝土干縮會導致混凝土結構表面開裂甚至整體斷裂問題。水泥合縮是指水泥化合物與水結合時產生的體積縮減現象，如果水泥合縮強烈且養護不及時便會誘發混凝土裂縫。

3 建筑施工中混凝土裂縫控制技術

基于對建筑施工中混凝土裂縫類別及成因的深度分析，建議采取以下技術措施防治混凝土裂縫。

3.1 裂縫控制技術

3.1.1 裂控設計技術。由上文論述可知，建筑施工中混凝土裂縫不僅與外部荷載有關，而且受到環境溫度、混凝土材料等因素的影響。為此在混凝土施工前需要做好裂控設計工作。首先為地基處理，結合混凝土澆筑施工工藝、混凝土澆筑厚度、混凝土自重、地基類型等盡量在同一澆筑塊內，避免或減少應力集中，如果是軟土地基需要合理采用換填施工技術，以此提升地基承載力，避免地基不均勻沉降造成混凝土結構裂縫。其次為合理分縫分塊，通過設置施工縫、伸縮縫、后澆帶等保證混凝土塊體有足夠的伸縮空間，降低外約束及內約束，不僅可以利用澆筑塊面層進行散熱、達到釋放內部溫度的目標，還能減輕約束作用、避免裂縫產生[3]。最后，配置防裂鋼筋，鋼筋直徑控制在6～14 mm，鋼筋間距控制在100～150 mm，可以將混凝土應力轉移到鋼筋上，以此避免因混凝土變形超過極限拉伸值誘發裂縫。

3.1.2 原材料選擇技術。建筑施工中混凝土材料的科學選擇可以有效防止各種裂縫病害。其一，集料占混凝土體積的80%，應當優選顆粒接近球形、表面光滑且最大粒徑、含水量、所含黏土礦物、級配、相對密度符合設計標準的集料，此種集料能夠降低水泥砂漿用量，保證集料均勻，拌合后混凝土抗裂性能較高;其二，不同種類及用量的水泥其水熱化反應的劇烈程度不同，凝結時間、產生的熱量等也有著較大的差異，在建筑施工中應選擇中低熱水泥，盡量降低水泥用量，實際工程允許的情況下以56 d或90 d強度作為設計強度，可以使混凝土水泥用量減少80 kg/m3;其三，正確選擇外加劑。在混凝土中摻入水泥質量0.2%～0.3%的緩凝型減水劑，如木鈣、糖蜜等有助于熱量散失，控制混凝土硬化過程中的溫升極值與溫度走勢。同時摻入膨脹劑可產生溫度補償效應，有效緩解混凝土收縮，以此避免裂縫的產生。

3.1.3 材料配合比技術。建筑施工中混凝土材料配比除嚴格控制水泥用量之外需采取多種措施提升混凝土性能，保證混凝土成型強度。在實際施工中應通過計算獲得初步配合比，再通過實驗室試驗確定不同截面尺寸、位置，混凝土結構中粗細骨料、水泥砂漿、外加劑、摻合料的用量。同時，以第一道工序作為標準段，經分縫分塊、澆筑施工后對混凝土結構質量進行驗收，綜合考慮外界環境溫度、空氣濕度、地質條件等對混凝土結構質量的影響，在確定最佳施工時間、施工工藝后以標準段為參照組織后續施工，可以促進混凝土施工標準化與規范化，并通過合理科學的材料配合比解決混凝土裂縫問題。

3.1.4 混凝土施工工藝。工程實踐表明，混凝土澆筑溫度越高，水泥水熱化放熱速度越快，且澆筑溫度每升高10℃，混凝土內部溫度便升高3～5 ℃。為避免混凝土產生溫度裂縫，需要在建筑施工中降低原材料溫度。其一，采取浸水法、干法、真空汽化法等對混凝土原材料進行預冷卻處理，其中浸水法是指混凝土原材料直接與冷水進行接觸;干法是指利用冷風降低原材料溫度;真空汽化法是指在真空環境下使原材料內的水分蒸發并吸熱，以此冷卻原材料。其二，在混凝土初凝前或澆筑期間，在混凝土內部預埋冷卻水管，借助冷卻水循環降低混凝土內部溫度。其三，做好混凝土保溫工作，利用模板、草袋等縮小混凝土內部與表面的溫度差[4]。

3.1.5 施工質量管理技術。建筑施工中混凝土裂縫集中在強度最薄弱的位置，因此須加強混凝土施工質量管理，尤其要注重混凝土澆筑工序控制，盡量做到分層澆筑、短間歇與均勻上升。與此同時，密切關注混凝土材料拌和與澆筑中的溫度變化，盡量在低溫季節進行混凝土澆筑。除此之外，根據混凝土等級、初凝時間等確定養護方案，保證養護期間內混凝土表面處于濕潤狀態，可以緩慢降溫、減小混凝土產生的收縮應力，以此切實避免混凝土裂縫的產生。

3.2 實施要點

3.2.1 科學制定施工計劃。施工前，相關工作人員應當科學、合理地制定施工計劃。在實際對鋼筋混凝土的主體結構進行設計時，應當盡可能避免對于中低層高強度鋼筋混凝土的應用，同時，還不能直接使用其他高強度鋼筋混凝土。為了能夠有效保障承臺結構本身所具有的整體性，并在原有的基礎上實現溫度差異以及裂縫寬度的進一步縮小，相關工作人員可以綜合考慮各方面影響因素，在滿足相關條件的基礎上，在承臺結構表面上對承臺鋼筋收縮用量進行增加。工作人員應當從裂縫施工要求以及溫度的實際情況出發，開展水平混凝土施工分塊工作，與此同時，還應當強化落實對于水平連接施工方式的高效應用，在正式開展對于內部支撐架以及主體模板的搭設工作之前，盡可能減少樓板墻體出現裂縫問題的可能性[5]。

3.2.2 優化完善施工方案。除了要科學制定施工計劃以外，相關工作人員還應對現有的施工方案進行優化完善，科學有效的裂縫施工方案可以為后續所開展的施工操作提供必要的支撐，還能夠幫助工作人員更加全面詳細地了解當前基層混凝土墻體裂縫的實際施工狀況。針對大型建筑工程結構所設計的施工方案應當將重點集中在混凝土結構運輸、澆筑量檢測以及振搗位置等內容上。針對一次水平澆筑的厚度而言，工作人員需要立足于一次水平澆筑施工過程中的預留空間位置以及縫隙的具體情況展開相應的設定工作。在實際開展施工的過程中需要合理進行接縫位置的把控，進而使其能夠同變形橫截面線的位置相遠離，或者確保其所設置的位置不會同受力鋼筋線的位置相接近。工作人員在開展基層澆筑工作時應當強化對于天氣狀況的把控，以免在溫度過高的情況下展開施工，導致混凝土出現相對較大的內外溫差進而增加其產生裂縫的隱患。

3.2.3 高效開展溫度控制。從實際情況來看，溫度是混凝土出現裂縫問題的重要原因之一，若想加強控制混凝土裂縫的出現便應當積極開展溫度控制工作，具體來看應當從內部和外部環境溫度兩方面著手進行控制。高效落實對于內部水化溫度的合理控制最根本的目標在于進一步減少在低熱水泥內部水化階段所產生的內部溫升現象，所以，工作人員在對低熱水泥涂料品種進行選擇的過程中應當盡可能選用那些中低熱溫度水泥涂料品種，與此同時，工作人員還應當強化對于低熱水泥涂料使用數量的控制工作。現階段應用最為廣泛的方法是在水泥中添加一些涂料外加劑，以達到控制低熱水泥內水化熱的效果。

除此以外，相關工作人員應當從現階段建筑工程的具體應用要求出發，在綜合考慮各方面條件的基礎上對建筑混凝土的規模體積進行適當的減小，此舉能夠幫助混凝土更加迅速地實現散熱，進而高效實現混凝土內外部溫差的合理控制。在針對外部環境溫度展開監測工作的過程中相關人員需要做到實時動態地勘察施工過程中的外部環境，若是發現當前存在一些不可避免的極端外部條件有可能會影響混凝土的實際應用效果，便應當第一時間暫停施工，若是必須要開展施工便需要采取妥善的安全防護措施，以免施工質量和工作人員的生命安全受到嚴重的威脅。對于建筑工程施工來說，混凝土吊頂是其中至關重要的組成部分，所以工作人員在開展施工操作的過程中應當強化對于該環節溫度的合理控制。具體來看應當盡量避免寒、熱等極端天氣條件對施工的影響[6]。

3.2.4 妥善實施竣工養護。竣工養護工作直接關系到混凝土施工的實際成效，但相關調查研究表明，在眾多的建筑工程混凝土施工中都忽略了該環節的重要性。在日常工作的過程中，工作人員需要促進混凝土養護管理的常態化落實，這樣便能夠為室內混凝土的勞動濕度以及室內溫度提供充足的保障，進而幫助工作人員更加高效地實現對于室外混凝土內外溫差的合理控制，以便于支撐勞動強度的合理發展，從源頭上落實對于混凝土裂縫問題的有效控制。從一期工程的具體狀況出發進行分析，施工隊伍能夠針對其調整養護時間展開科學合理的調整工作，在完成拆模工作之后需要第一時間實施基層保護，與此同時還應當采取妥善的措施，以避免寒冷天氣對其的影響，進而實現對于內外墻之間溫差的科學控制，以免鋼筋混凝土在中期和早期產生嚴重的裂縫問題。

4 結語

綜上所述，建筑施工中混凝土裂縫成因較為復雜，水泥水熱化反應、內外部約束、外界環境溫度、混凝土收縮變形都會誘發混凝土裂縫。為此，在建筑施工過程中應做好裂縫控制設計，處理好地基，避免地基不均勻沉降產生混凝土結構性裂縫。同時，合理、科學地選擇混凝土原材料，通過試驗確定最佳材料配合比。此外，完善混凝土施工工藝操作流程，做好原材料冷卻及混凝土保溫工作。最后，注重混凝土施工質量管理，加強混凝土裂縫控制。

參考文獻：

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