房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計中的現(xiàn)澆混凝土裂縫控制分析

杜文東

山西師范大學(xué) 山西 太原 030000

引言

現(xiàn)澆的鋼筋混凝土板以及應(yīng)用過程中的諸多優(yōu)勢，目前已經(jīng)成為我國房屋建筑工程中最為關(guān)鍵的應(yīng)用材料，而鋼筋混凝土的澆筑環(huán)節(jié)，考慮到本身材料的特殊性以及施工環(huán)節(jié)中施工工作人員的專業(yè)素質(zhì)等問題，不可避免地會產(chǎn)生裂縫問題，這也是影響鋼筋混凝土現(xiàn)澆板結(jié)構(gòu)質(zhì)量最為關(guān)鍵的一點。裂縫問題不僅會影響到整個房屋建筑的美觀性，同時，還會導(dǎo)致房屋建筑的整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性受到波動性影響。雖然大多數(shù)裂縫并不會危及整個建筑物的安全性，但也會導(dǎo)致建筑物的正常應(yīng)用功能受到損害。因此，如何能夠有效地解決房屋建筑工程中的現(xiàn)澆混凝土裂縫，也成為提升房屋建筑管控質(zhì)量的重要點。

1 現(xiàn)澆混凝土板的裂縫類型

1.1 結(jié)構(gòu)性裂縫

結(jié)構(gòu)性裂縫產(chǎn)生的原因，大多數(shù)與零部件之間的銜接應(yīng)用之間具有密不可分的關(guān)系。尤其是在建筑結(jié)構(gòu)銜接較為薄弱的區(qū)域，發(fā)生現(xiàn)澆樓板結(jié)構(gòu)裂縫的概率相比于其他區(qū)域來說明顯提升。除此之外，建筑結(jié)構(gòu)在設(shè)計和施工的過程中出現(xiàn)后續(xù)變更，也可能會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生。例如，現(xiàn)澆混凝土板在應(yīng)用過程中變成了預(yù)制多孔板，這種預(yù)制多孔板的應(yīng)用就會增加整個墻體結(jié)構(gòu)的剛度，但是樓板的高度則會有所削弱，這也導(dǎo)致整個建筑物的應(yīng)力大多數(shù)集中在了墻角的位置，當(dāng)應(yīng)力全部集中到同一區(qū)域時，就容易產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象，或者是受到了樓板彎矩作用力的影響，直接出現(xiàn)了板面裂縫問題。

1.2 塑性裂縫

混凝土結(jié)構(gòu)在澆筑完工之后，由于受到外界溫度和濕度的影響可能會產(chǎn)生變形裂縫問題。在澆筑施工之后的一段時間內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)仍然處于塑形的狀態(tài)，但是考慮到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部承載的鋼筋以及骨料等重量，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了不均勻性的沉降問題，在相對水平收縮速度較為緩慢的條件下，就可能會出現(xiàn)塑性裂縫。通常情況下，混凝土結(jié)構(gòu)的塑性裂縫裂紋相對較深，并且裂縫的狀態(tài)極為波動，在混凝土結(jié)構(gòu)徹底硬化之前，這種裂縫問題最容易出現(xiàn)，并且還會對后續(xù)房屋建筑的使用功能正常發(fā)揮造成一定的阻礙。

1.3 應(yīng)力裂縫

由于收縮力和溫度變化所產(chǎn)生的裂縫都屬于應(yīng)力裂縫的類型。在現(xiàn)澆混凝土裂縫中應(yīng)力裂縫是最為常見的一種病害問題。其中，收縮縫的產(chǎn)生主要是由于混凝土結(jié)構(gòu)過度硬化而造成的，受到周邊自然環(huán)境和溫度的影響，混凝土在澆筑結(jié)束后，其內(nèi)部所蘊(yùn)含的水分將會逐步蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的整體體積不斷縮小，在收縮速度較快的情況下，就會產(chǎn)生收縮裂縫。而溫度裂縫主要是受到了高低溫差帶來的負(fù)面影響，例如，在混凝土澆筑環(huán)節(jié)完成之后，周邊環(huán)境的溫度與混凝土內(nèi)部本身的溫度差異性較大，就會導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生較大的溫度拉應(yīng)力，溫差越大的情況下，這種拉應(yīng)力越強(qiáng)，一旦超過混凝土拉應(yīng)力自身的極限后就會產(chǎn)生裂縫現(xiàn)象[1]。

2 現(xiàn)澆混凝土裂縫的成因

2.1 施工設(shè)計方面的因素

首先，在施工設(shè)計環(huán)節(jié)中地基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)處理不當(dāng)，就可能會導(dǎo)致房屋建筑的地基區(qū)域無法承受上層荷載力，出現(xiàn)不均勻沉降的現(xiàn)象。在不均勻沉降的過程中，也容易出現(xiàn)樓板開裂等并發(fā)性的問題。其次，在設(shè)計環(huán)節(jié)中設(shè)計人員通常情況下按照規(guī)范性要求，將會考慮到房屋建筑的最大裂縫寬度，這種最大裂縫寬度的假設(shè)，只會針對裂縫的規(guī)格以及邊界條件進(jìn)行預(yù)算，但是對于施工工藝等人為因素造成的裂縫問題卻并沒有考慮。第三，混凝土材料的配比不合理?；炷敛牧系目茖W(xué)配比對于確保建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性以及建筑質(zhì)量意義重大。其中，混凝土材料中的水灰比以及水泥漿的應(yīng)用量與混凝土最終的收縮力之間具有密不可分的關(guān)系。而水泥配比過程中的應(yīng)用量主要取決于水泥的設(shè)計標(biāo)號，在其他的設(shè)計條件不改變的基礎(chǔ)上，如果水泥漿的用量有20%增加到35%，在最終的澆筑環(huán)節(jié)完成之后，混凝土結(jié)構(gòu)的整體收縮量將會增大一半以上。而在混凝土材料的前期配比過程中，關(guān)于水灰的比例和水泥漿的應(yīng)用量又是最容易發(fā)生波動性的因素。例如，某些設(shè)計單位為了盲目地追求施工周期，在混凝土配比過程中，隨意提升了混凝土泥漿的標(biāo)號，但是在施工建設(shè)過程中，卻沒有采用有效的防治措施提升混凝土樓板的抗裂行能力，最終，在混凝土澆筑環(huán)節(jié)完成之后，混凝土樓板開裂的可能性將會持續(xù)提升。第四，沒有關(guān)注房屋建筑屋面板的溫度應(yīng)力。我國南北方地區(qū)氣候差異性極大，不同的房屋建筑所在的區(qū)域，在混凝土澆筑環(huán)節(jié)完成之后極容易受到周邊環(huán)境溫度的影響。尤其是在屋面板沒有做好保溫隔熱條件的基礎(chǔ)上，如果在設(shè)計過程中不注重對于屋面板結(jié)構(gòu)外表層溫度的合理控制以及養(yǎng)護(hù)工作，一旦外界溫度的變化狀況已經(jīng)超出了混凝土結(jié)構(gòu)能承受的溫度應(yīng)力，混凝土施工區(qū)域就可能會由于受到內(nèi)外兩部分的約束力產(chǎn)生裂縫問題。最后，混凝土結(jié)構(gòu)的樓板配筋設(shè)計不合理。在某些房屋建筑設(shè)計工程中，樓板配筋率相對來說較低，鋼筋之間的間隔區(qū)域較大，再加上現(xiàn)澆的混凝土樓板有時候在設(shè)計過程中會按照周邊欠故的雙向板進(jìn)行設(shè)計，在這種設(shè)計方式下，跨越區(qū)域的位置只有板底鋼筋但卻沒有板面鋼筋，這也導(dǎo)致樓板的正中央?yún)^(qū)域的承受能力不足，容易讓裂縫問題集中在樓板的正中央?yún)^(qū)域[2]。

2.2 施工過程中的人為因素

首先，混凝土攪拌物料在運輸?shù)倪^程中，由于遠(yuǎn)距離運輸可能會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的拌和物質(zhì)相互離析，有可能會由于道路凹凸不平或運輸工具本身密閉性較差，導(dǎo)致混凝土材料中的水泥漿等其他原材料流失量較大，最終，在配比不合理的狀況下出現(xiàn)了混凝土的裂縫問題。其次，隨著我國建筑工程質(zhì)量管理水平的持續(xù)提升，工程建設(shè)利益相關(guān)方的責(zé)任主體相對來說管理意識有所加強(qiáng)，在施工建設(shè)過程中，隨意更換材料或降低設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)的情況已經(jīng)鮮少出現(xiàn)。但是，仍然有一部分施工單位認(rèn)為，混凝土材料中的水泥料要多加一些，普遍對水泥量的用量存在誤解。尤其是考慮到現(xiàn)代的工程檢測中會采用回彈取芯檢測方式，在這種檢測方式下，很多施工單位以及監(jiān)理部門對于檢測的原理理解不透徹，單純地認(rèn)為只要檢測強(qiáng)度比規(guī)定的設(shè)計強(qiáng)度低就不合格，在這種思想下，也會在施工過程中增加大量的水泥[3]。而混凝土配比材料中水泥漿含量的提升，會導(dǎo)致澆筑過后混凝土結(jié)構(gòu)的收縮力不斷加劇，也為后續(xù)混凝土樓板的裂縫問題埋下了隱患。第三，鋼筋綁扎施工不規(guī)范。施工人員在鋼筋綁扎過程中鋼筋綁扎的位置不合理，就可能會導(dǎo)致混凝土板在后續(xù)使用過程中不斷加寬裂縫，嚴(yán)重情況下，甚至還會影響到整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。第四，混凝土結(jié)構(gòu)后續(xù)的養(yǎng)護(hù)工作不合理。如果混凝土工作在澆筑完成之后其表面不進(jìn)行合理的養(yǎng)護(hù)工作，在外界光照條件或風(fēng)吹條件下，就可能會導(dǎo)致混凝土表面內(nèi)部的水分快速蒸發(fā)，在收縮應(yīng)力不斷加大的情況下引發(fā)混凝土表面的開裂現(xiàn)象。第五，混凝土施工區(qū)域的樓板內(nèi)部本身就預(yù)埋了相對較為集中或直徑較大的管線設(shè)備，在混凝土外表層厚度不足的情況下，也可能會引發(fā)混凝土的開裂問題[4]。

3 房屋建筑結(jié)構(gòu)中現(xiàn)澆混凝土裂縫的有效控制對策

3.1 嚴(yán)格的控制現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件的厚度

根據(jù)無數(shù)次的工程實踐統(tǒng)計結(jié)果證明，現(xiàn)澆混凝土構(gòu)件的厚度與混凝土裂縫出現(xiàn)的概率之間具有密不可分的內(nèi)在聯(lián)系。如果現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)的厚度相對較小，在內(nèi)部管線較為密集的情況下，極容易會出現(xiàn)裂縫問題。因此，在房屋建筑工程結(jié)構(gòu)設(shè)計的過程中，應(yīng)當(dāng)對混凝土施工區(qū)域的厚度進(jìn)行合理的控制。以我國的民用房屋建筑混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計為例，在設(shè)計過程中，必須要確保樓板區(qū)域的混凝土結(jié)構(gòu)厚度保持在10cm以上，但考慮到不同建筑結(jié)構(gòu)的應(yīng)用要求具有一定的差異性，因此，厚度的設(shè)計還應(yīng)當(dāng)視情況而定。

3.2 注重對混凝土結(jié)構(gòu)平面的科學(xué)設(shè)置

混凝土建筑結(jié)構(gòu)表面的平整性，由于混凝土澆筑裂縫出現(xiàn)的可能性之間息息相關(guān)。因此，必須在前期的設(shè)計環(huán)節(jié)對混凝土結(jié)構(gòu)表面的布局進(jìn)行合理設(shè)計。首先，需要對房屋建設(shè)區(qū)域的混凝土面板長度進(jìn)行控制。如果面板長度已經(jīng)大于了40m，就應(yīng)該在面板區(qū)域施工過程中設(shè)計后澆帶結(jié)構(gòu)。如果房屋的面板長度超過標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值情況較小的條件下，后交代位置就應(yīng)該設(shè)計在混凝土面板的中心位置，控制在樓板與梁體結(jié)構(gòu)的1/3跨處。如果房屋面板的建設(shè)長度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)地超過了40m的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，就應(yīng)該在設(shè)置后澆帶的基礎(chǔ)條件下，再增加變形縫的設(shè)置。通常情況下，后澆帶的設(shè)計寬度需要控制在80cm到100cm之間，不同后澆帶之間的距離應(yīng)該控制在30m左右。其次，對于掛板和雨棚等一些暴露在自然條件下的混凝土構(gòu)件，如果這些混凝土構(gòu)件的水平長度已經(jīng)超過了設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，就需要在銜接區(qū)域設(shè)置伸縮縫。目前，我國的房屋建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范要求，暴露在自然條件下的混凝土構(gòu)件水平長度必須要控制在12m之內(nèi)。第三，如果房屋建筑結(jié)構(gòu)主樓的高度相對較高，但其他附加區(qū)域的高度相對較低時，為了避免出現(xiàn)不均勻沉降引發(fā)的裂縫問題，可以在主樓和服家區(qū)域之間設(shè)計后澆帶結(jié)構(gòu)。

3.3 選擇合適的混凝土材料等級強(qiáng)度

混凝土材料的等級強(qiáng)度與樓板裂縫問題之間具有密不可分的關(guān)聯(lián)性。通常情況下，混凝土材料的強(qiáng)度等級越高，內(nèi)部的水灰比就相對越大，在原材料制備過程中對于水泥的用量也會有所增加，雖然這樣的設(shè)計會使混凝土結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度有所提升，但也增加了后續(xù)出現(xiàn)裂縫的可能性。根據(jù)目前我國房屋建筑的相關(guān)材料規(guī)范要求，混凝土現(xiàn)澆板的制備材料應(yīng)用等級必須要控制在C30，同時，必須要確保墻板結(jié)構(gòu)與柱體結(jié)構(gòu)的混凝土原材料應(yīng)用等級保持一致，現(xiàn)澆板結(jié)構(gòu)與樓板結(jié)構(gòu)的混凝土材料應(yīng)用等級保持一致。

3.4 注重施工過程中對于內(nèi)外環(huán)境溫度的控制

混凝土澆筑環(huán)節(jié)以及澆筑施工之后，整體的結(jié)構(gòu)仍然處在溯行狀態(tài)下，在這一階段中，混凝土結(jié)構(gòu)極容易受到內(nèi)外溫度和濕度帶來的影響，容易由于水熱化的現(xiàn)象破壞混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。雖然，混凝土材料熱脹冷縮的性能是不可避免的，但是施工人員也可以通過合理的養(yǎng)護(hù)措施降低混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外部的溫差，通過這樣的方式減小熱脹冷縮的可能性，進(jìn)而避免裂縫的產(chǎn)生。首先，在天氣較為炎熱的區(qū)域進(jìn)行混凝土澆筑施工時，可以少量多次地進(jìn)行澆筑工作，盡可能地降低每一次澆筑過程中的厚度，通過少量多次的方式，利用混凝土表面自身的散熱功能降低熱脹冷縮的問題。也可以在混凝土結(jié)構(gòu)的表層鋪設(shè)一層防熱的覆蓋物，然后對覆蓋表面持續(xù)灑水達(dá)到降低表面溫度的目標(biāo)。其次，對于北方冬季較為寒冷的區(qū)域在混凝土澆筑施工過程中，盡可能地要對混凝土的表面進(jìn)行保溫措施，可以通過覆蓋保溫膜的方式降低混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部與外界環(huán)境的溫度差。第三，可以通過提前設(shè)計好混凝土材料的配比，盡可能地控制混凝土中水泥的使用量，這樣就可以減少后續(xù)混凝土澆筑完成之后，水泥硬化過程中所釋放的熱能，從而達(dá)到降低混凝土表面施工散熱溫度的目標(biāo)。

4 結(jié)束語

綜上所述，混凝土現(xiàn)澆裂縫是影響房屋建筑美觀性以及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)鍵病害問題。因此，更應(yīng)該通過施工過程中對于混凝土構(gòu)件與外部溫度的平衡控制，注重混凝土材料的配比，對混凝土構(gòu)件進(jìn)行科學(xué)合理的平面布局等多措并舉的方式，從源頭上降低混凝土現(xiàn)澆裂縫發(fā)生的可能性。