混凝土施工中裂縫的成因及其防治措施

姜銘海

上海晶成建筑安裝工程有限公司，中國·上海 201906

1 引言

在中國城市化進(jìn)程中，建筑行業(yè)作為一種重要的產(chǎn)業(yè)已逐步發(fā)展起來，并在一定程度上帶動(dòng)了其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在進(jìn)行建筑施工時(shí)，會(huì)使用大量的混凝土，這不僅是由于它能從各種原材料中選擇材料，而且它的價(jià)格優(yōu)勢也是非常明顯?；炷恋膬?yōu)點(diǎn)很多，但在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)了一些混凝土開裂的問題，嚴(yán)重影響了工程的質(zhì)量。對此，建筑單位應(yīng)高度重視，全面分析其成因，加強(qiáng)預(yù)防，提高建設(shè)工程的整體質(zhì)量。

2 混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外因素共同作用而產(chǎn)生的物理結(jié)構(gòu)變化?；炷潦且环N非勻質(zhì)性材料，它與常見的鋼筋、卷材、模板等建筑材料有很大的不同。由于組成混凝土原材料的多樣性、結(jié)構(gòu)成型方式的多樣性、可塑性強(qiáng)等特點(diǎn)，從而使得混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的時(shí)間和形狀不好把握。為此，我們應(yīng)該要了解混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理。

2.1 混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)

混凝土是一種由固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種不同的不均勻三相體材料混合而成。每兩種相接觸的面稱為界面，混凝土中界面的存在是不可避免的，正因?yàn)橛薪缑娴拇嬖冢鼤?huì)導(dǎo)致混凝土性能產(chǎn)生一系列病害。混凝土中固體材料包括粗集料、細(xì)集料、礦物摻和料等；液體是指水，外加劑溶液，水泥漿體等；氣態(tài)材料包括混凝土中的氣泡、微小的引氣劑氣泡、混凝土內(nèi)部的氣孔、毛細(xì)孔道等?；炷恋姆莿蛸|(zhì)性，是導(dǎo)致混凝土內(nèi)部到表面不連續(xù)的根本原因，從而使得混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)內(nèi)部裂縫和表面裂縫。

2.2 混凝土的內(nèi)應(yīng)力

內(nèi)應(yīng)力是在卸下外力之后，仍然存在于物體內(nèi)部的應(yīng)力。這是因?yàn)樵谖镔|(zhì)中，宏觀和微觀結(jié)構(gòu)的體積發(fā)生改變?；炷猎诠袒冇驳臅r(shí)候，混凝土中的水和其他成分不斷產(chǎn)生變化的緣故，會(huì)引起混凝土的體積收縮，它們都是在硬化后的水泥石中進(jìn)行的，但是在混凝土中，粗細(xì)集料的體積卻是不變的。因此，混凝土的收縮會(huì)引起水泥石塊的側(cè)向壓力，從而限制了水泥石塊的變形，從而在水泥中形成拉應(yīng)力（見圖1）。

圖1 混凝土內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)

3 混凝土裂縫類型

3.1 收縮裂縫

在混凝土固化過程中，由于水分不斷蒸發(fā)，體積減小，濕度下降，會(huì)出現(xiàn)收縮變形的問題。在收縮時(shí)，如果受構(gòu)件的限制，混凝土材料會(huì)產(chǎn)生一定的張應(yīng)力，例如，在現(xiàn)澆樓板的拐角處，會(huì)受到梁、柱和墻的約束；從而在拐角處產(chǎn)生張應(yīng)力。如果這種張應(yīng)力超過了樓面混凝土的抗拉強(qiáng)度，那么就會(huì)產(chǎn)生一條垂直于拉應(yīng)力的切角型裂紋，并穿過樓板。在樓面后澆板和跨中預(yù)埋長管道處，其抗拉強(qiáng)度較低，而一旦發(fā)生收縮變形，在此部位產(chǎn)生裂縫的可能性極大。由此可以看出，混凝土材料的開裂是由收縮變形引起的。在混凝土澆筑過程中，由于溫度過高，在材料的冷卻和收縮過程中也會(huì)產(chǎn)生同樣的拉伸變形，從而產(chǎn)生更大的開裂幾率。

3.2 溫差裂縫

溫差裂縫通常出現(xiàn)于大面積混凝土表面或溫度差別很大的區(qū)域，其發(fā)展變化趨勢和收縮裂縫的規(guī)律幾乎沒有差別。收縮裂紋是由于其本身體積的縮小而造成的，而溫差開裂則是由溫度的變化造成的，其內(nèi)部張力超過了混凝土的極限，從而造成了體積的收縮（見圖2）。

圖2 混凝土的溫差裂縫

①季節(jié)差異：四季是由于地球的自轉(zhuǎn)和日夜交替而產(chǎn)生的。因?yàn)樗募窘惶?，所以這里的氣溫也不一樣，時(shí)時(shí)刻刻都在發(fā)生著變化，不過這種變化并不明顯。因此，四季度的溫差通常會(huì)使地板產(chǎn)生較小的縱向位移，通?？梢圆捎没炷辽炜s縫來補(bǔ)償，通常情況下，在混凝土結(jié)構(gòu)的變形量超出了規(guī)范規(guī)定的范圍之后，就會(huì)產(chǎn)生溫度開裂。

②模具入模溫度：在高溫季節(jié)（夏天）施工時(shí)，特別要注意混凝土的入模溫度不得超過30 ℃，而在低溫期（冬天）施工時(shí)，必須保證在5 ℃以下。由于模具的入模溫度太高或太低，都會(huì)對混凝土造成不良影響。通過控制混凝土的溫度、控制混凝土的溫度和輸送溫度，可以對混凝土的入模溫度進(jìn)行控制。

3.3 沉降裂縫

地基基礎(chǔ)上的土質(zhì)不勻、松軟，或地基上的承載力不強(qiáng)，造成沉降開裂；也有可能是由于模板的剛性不夠，導(dǎo)致模板的支撐間距太大而導(dǎo)致的沉降和裂縫。尤其是在冬季，由于支架模板被固定在凍土之上，凍土比較松軟，地表氣溫比較低；一旦氣溫上升，凍土就會(huì)發(fā)生不均勻的沉降，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂紋。

4 混凝土裂縫對策

4.1 收縮裂縫的防治措施

4.1.1 塑性干縮裂縫的預(yù)防措施

①在水泥的選擇上，應(yīng)選擇礦渣水泥、粉煤灰水泥等中熱、低熱水泥等。另外，在保證混凝土強(qiáng)度的情況下，適當(dāng)增加礦粉和粉煤灰的比例，從而達(dá)到減少水化熱的目的。②選用優(yōu)質(zhì)的砂石，以中砂為主，細(xì)度模數(shù)以2.3～2.9為最佳。選用直徑為5～25 mm 的卵石，其粒度最好是近立方或近球形。另外，砂石中的含泥量要嚴(yán)格控制，含泥量不得大于3%，而石料含量不宜大于1%。③盡可能減小混凝土的坍落度，同時(shí)保證混凝土的可施工性，從而減小混凝土中的自由水。④混凝土澆筑完畢后，應(yīng)適當(dāng)?shù)卣駬v混凝土，以防止漏震、過震，增強(qiáng)混凝土的致密、均勻性。⑤混凝土澆筑完畢后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，溫、濕度是混凝土早期強(qiáng)度開發(fā)的關(guān)鍵；因此，我們要及時(shí)地將已澆筑好的混凝土覆蓋起來，并將其鎖住。

4.1.2 塑性收縮裂縫的預(yù)防措施分析

①對混凝土骨料進(jìn)行預(yù)濕，降低混凝土的出廠溫度，在混凝土入模前，可以使用溫度計(jì)對溫度進(jìn)行監(jiān)測，防止溫度過高；②盡量避免在高溫或風(fēng)速大的時(shí)間段澆筑混凝土；③合理控制好混凝土的澆筑時(shí)間，時(shí)間不宜太長或太短，時(shí)間太短了，工人來不及對混凝土進(jìn)行振搗和抹面收光，時(shí)間太長了混凝土發(fā)生初凝，會(huì)產(chǎn)生冷縫；④澆筑混凝土前把模板提前潤濕，減少模板底部對混凝土水分的吸收；⑤澆筑后立即覆蓋薄膜、土工布等或噴灑水霧；⑥如果塑性裂縫發(fā)生在混凝土初凝時(shí)間之后終凝時(shí)間之前，可以通過增加抹面次數(shù)來消除這些裂縫。

4.2 溫度裂縫防治措施

①通過增加礦粉和粉煤灰等外加劑，使用低熱量的混凝土，可以有效地減小水化熱。因此，采用粉煤灰、礦渣等礦渣替代部分水泥，能顯著地減小水化熱量，減小混凝土的內(nèi)外溫度，對防止混凝土的初期開裂具有重要意義。

②如果是高溫的話，可以往水里放點(diǎn)冰，讓水溫下降，也可以事先準(zhǔn)備好粗、細(xì)的集料降溫，然后才能進(jìn)行混凝土的混合。這種方法可以使混凝土的入模溫度下降，使其達(dá)到較好的控制效果。

在混凝土中加入一定比例的增稠劑具有減水、緩凝和增稠作用；具有導(dǎo)氣劑等作用，能提高混凝土攪拌液的流動(dòng)性和保水性，減少水化熱量，延遲釋放水化熱的峰值。

4.3 沉降裂縫的防治措施

①選用優(yōu)質(zhì)的砂石粉，其含泥率應(yīng)在1%以下，且其粒徑應(yīng)盡量接近于立方體和球形，且其含泥率不超過3%。

②在澆筑前進(jìn)行基礎(chǔ)上的承載力、穩(wěn)定性等測試，如果基礎(chǔ)承載力和穩(wěn)定性不夠，應(yīng)立即進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)或補(bǔ)強(qiáng)。

③在拆除后，應(yīng)對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)木S護(hù)，以確保適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸?。如有需要，可向鋼筋中加入鋼纖維，以改善混凝土的彎曲、拉伸性能，以防止其他開裂引起的塌陷開裂。

④混凝土的混合時(shí)機(jī)要嚴(yán)格按照混凝土的配比和實(shí)際情況來進(jìn)行，以免造成混合的時(shí)間太長或太少而不利于均勻。在澆筑時(shí)，要注意布匹的不均，防止因混凝土的振搗不夠而造成的開裂。

5 結(jié)語

鋼筋混凝土是建筑施工中常用的一種材料，其開裂的可能性很大，而且裂紋的類型多種多樣。因此，應(yīng)加強(qiáng)對結(jié)構(gòu)裂縫的關(guān)注，采用適當(dāng)?shù)姆舛录庸檀胧?，并對環(huán)境因素造成的裂縫進(jìn)行科學(xué)的分析和處理。另外，為了提高整個(gè)建筑工程的施工質(zhì)量，必須進(jìn)行適當(dāng)?shù)幕炷琉B(yǎng)護(hù)。