建筑物施工中混凝土裂縫

劉國利

摘要：在建筑物施工中，混凝土裂縫直接影響建筑物的施工質(zhì)量。為此，本文通過闡述混凝土裂縫產(chǎn)生的原因，并對溫度應(yīng)力進行分析，同時從溫度的角度提出相應(yīng)的措施，為提高建筑物的施工質(zhì)量提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：裂縫 溫度應(yīng)力 養(yǎng)護

南水北調(diào)東線一期工程小運河輸水工程2標(biāo)段，位于山東省聊城市境內(nèi)。本標(biāo)段輸水渠設(shè)計樁號為24+600～36+813，即崔莊倒虹吸至徒駭河倒虹止，長度12.213km。工程施工內(nèi)容主要有渠道工程、建筑物工程和防護工程。其中建筑物工程包括：分水閘1座、節(jié)制閘2處（座）、橋梁16座（公路橋3座、生產(chǎn)橋13座）、涵閘20座、倒虹吸7座、附屬涵閘19座、附屬倒虹吸1座、穿路涵2座，共計46處、68座。建筑物種類多，結(jié)構(gòu)變化較大，在施工過程中對混凝土質(zhì)量較難控制。

其中，在對混凝土進行施工時，普遍存在混凝土裂縫現(xiàn)象，這種裂縫通常情況下，主要是施工中產(chǎn)生的溫度干縮裂縫。因此，在施工過程中，需要有效地控制溫度應(yīng)力及溫度。

1 混凝土裂縫的原因

在建筑物施工過程中，造成混凝土發(fā)生裂縫的原因包括：①在施工現(xiàn)場，溫度、濕度等因素發(fā)生劇烈的變化；②施工現(xiàn)場的混凝土存在脆性、不均勻性等現(xiàn)象；③混凝土構(gòu)造物的結(jié)構(gòu)不合理；④原材料不合格，模板發(fā)生變形等。

另外，混凝土硬化過程中，水泥釋放大量的水化熱，進而在一定程度上提高了建筑物的內(nèi)部溫度，進而在混凝土構(gòu)造物的表面產(chǎn)生拉應(yīng)力。混凝土在后期降溫過程中，受基礎(chǔ)、老混凝約束的影響和制約，在構(gòu)造物的內(nèi)部產(chǎn)生拉應(yīng)力，在這種情況下，使得混凝土建筑物的表面出現(xiàn)裂縫，進而在一定程度上影響建筑物的施工質(zhì)量。

2 溫度應(yīng)力分析

2.1 對于溫度應(yīng)力，根據(jù)形成過程，可以分為早期、中期、晚期三個階段：①早期：該階段主要是從澆筑混凝土開始到水泥放熱結(jié)束，通常情況下這一階段需要持續(xù)30天，該階段的特征表現(xiàn)為，一是水泥放出大量的水化熱，二是混凝上彈性模量發(fā)生急劇變化。②中期：該階段主要是從水泥放熱結(jié)束到混凝土溫度穩(wěn)定，混凝土冷卻及外界氣溫在這一階段發(fā)生變化，在一定程度上產(chǎn)生溫度應(yīng)力，通過疊加的方式，這些應(yīng)力在早期形成殘余應(yīng)力，混凝彈性模量的變化在此期間一般不會太大。③晚期：該階段從混凝土完全冷卻到運轉(zhuǎn)。在這一階段主要是由外界氣溫變化引起溫度應(yīng)力，通常情況下，這些應(yīng)力會與早期、中期殘余的應(yīng)力發(fā)生迭加。

2.2 根據(jù)引起溫度應(yīng)力的原因可分為自生應(yīng)力、約束應(yīng)力兩類：①自生應(yīng)力：在邊界上，對于自生應(yīng)力來說，一般不存在任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，對于建筑物來說，如果內(nèi)部溫度呈現(xiàn)非線性分布，由于結(jié)構(gòu)本身之間互相約束，在這種情況下就會出現(xiàn)溫度應(yīng)力。②約束應(yīng)力：通常情況下，外界因素會對建筑物結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界等形成約束，對于混凝土構(gòu)造物來說，如果自由變形受到約束，那么就會形成應(yīng)力。

在日常施工過程中，自生應(yīng)力、約束應(yīng)力與混凝土的干縮應(yīng)力共同作用，在這種情況下，根據(jù)已知的溫度對溫度應(yīng)力的分布、大小等進行準(zhǔn)確的分析存在一定的難度，并且比較復(fù)雜。

3 溫度的控制和防止裂縫的措施

3.1 控制溫度的措施。在日常施工中，控制溫度的措施主要包括：①通過調(diào)整骨料級配、使用干硬混凝土，以及摻入混合料等，進一步減少水泥用量；②在拌合混凝土的過程中，通過加水的方式，冷卻碎石，降低混凝土的溫度；③在熱天進行施工時，澆筑混凝土?xí)r通過降低澆筑厚度，利用層面進行散熱；④將水管埋設(shè)在混凝土中，在水管中通入冷水對混凝土進行降溫；⑤對拆模時間進行合理規(guī)定，當(dāng)氣溫驟降時，需要對表面進行保溫處理，防止在混凝土的表面出現(xiàn)急劇的溫度梯度；⑥在施工過程中，對于長期暴露的混凝土澆筑塊，在寒冷季節(jié)，需要對其表面或薄壁結(jié)構(gòu)采取保溫措施。

3.2 改善約束條件的措施。①確保分縫分塊的合理性；②采取相應(yīng)的措施，確保基礎(chǔ)的穩(wěn)定性；③對施工工序進行合理的安排，避免長期暴露過大的高差和側(cè)面。

3.3 正確使用外加劑。①在混凝土中，由于存在大量的毛細孔道，隨著水分的蒸發(fā)，進而在毛細管中產(chǎn)生毛細管張力，在毛細管張力的作用下，導(dǎo)致混凝土發(fā)生干縮變形。通過增大毛細孔徑的方式，在一定程度上可以降低毛細管表面的張力，進一步降低混凝土的強度。②混凝土發(fā)生收縮時，水灰比是重要的影響因素，通過使用減水劑，混凝土的用水量通常情況下可以減少25%。③在混凝土中，水泥用量是影響收縮率的重要因素，在保持混凝土強度的條件下，摻加減水劑的混凝土，其水泥用量可減少15%，通過增加骨料用量的方式補充其體積。④利用減水劑改善水泥漿的稠度，對混凝土的泌水進行控制，防止混凝土發(fā)生收縮變形。⑤鞏固和強化水泥漿與骨料之間的粘結(jié)力，進而在一定程度上提高混凝土的抗裂性能。⑥在收縮過程中，混凝土受到約束產(chǎn)生的拉應(yīng)力的影響，與混凝土的抗拉強度相比，當(dāng)拉應(yīng)力較大時，這時就會產(chǎn)生裂縫。⑦在混凝土中摻加外加劑，一方面可以提高密實性，另一方面有效減少混凝土的收縮程度。⑧在混凝土中摻入減水劑，可以對混凝土起到緩凝的作用，可以有效防止水泥迅速水化放熱，在水泥長期不凝的情況下，避免增加塑性收縮。⑨在混凝土中，摻外加劑，可以提高混凝土的和易性，確保混凝土構(gòu)造物表面的平整性。

3.4 混凝土的早期養(yǎng)護。①防止混凝土內(nèi)外溫度差及混凝土表面梯度。②防止混凝土超冷。③防止老混凝土過冷。

在對混凝土進行早期養(yǎng)護的過程中，其目的主要表現(xiàn)為，確保適宜的溫濕條件，進一步達到兩個方面的效果，一方面防止混凝土發(fā)生有害的冷縮和干縮。一方面確保水泥水化作用順利進行。

4 橋梁工程現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)裂縫的成因和預(yù)防措施

4.1 裂縫成因。對于橋梁工程來說，現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)發(fā)生裂縫的原因主要包括：

①設(shè)計原因：設(shè)計單位沒有采取必要的措施，對可能出現(xiàn)的開裂結(jié)構(gòu)部位進行處理。②材料的質(zhì)量原因：混凝土的原材料存在質(zhì)量問題，尤其是水泥缺乏安定性，一方面導(dǎo)致混凝土構(gòu)造物發(fā)生開裂，另一方面影響混凝土結(jié)構(gòu)物的安全性。③施工工藝原因：在混凝土中，由于水分蒸發(fā)，使得混凝土出現(xiàn)收縮變形，施工后，沒有對混凝土進行及時的養(yǎng)護；在攪拌、運輸、澆注、振搗混凝土的過程中存在缺陷和疏漏。④混凝土發(fā)生溫度變形：對于混凝土來說，由于存在熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)溫度發(fā)生變化時，在這種情況下，就會產(chǎn)生附加應(yīng)力，與混凝土抗拉應(yīng)力相比，當(dāng)附加應(yīng)力比較大時，這時就會產(chǎn)生裂縫。⑤混凝土發(fā)生收縮、徐變：在空氣中，混凝土出現(xiàn)硬結(jié)，到導(dǎo)致體積縮小，進而出現(xiàn)干縮裂縫。⑥荷載作用：在施工過程中，由于振搗、拆模方法不當(dāng)?shù)龋M一步使得混凝土出現(xiàn)裂縫。

4.2 預(yù)防措施。①對混凝土加強早期養(yǎng)護，及時對澆筑完的混凝土進行養(yǎng)護，防止混凝土發(fā)生干縮，在冬季進行施工時，需要及時對混凝土進行覆蓋養(yǎng)護，防止產(chǎn)生冷縮裂縫。②在施工過程中，對于大體積現(xiàn)澆混凝土來說，需要對澆筑方案進行合理的設(shè)計，在一定程度上避免出現(xiàn)施工縫。③對施工加強管理，在對混凝土進行施工時，需要結(jié)合現(xiàn)場的實際情況，制定有效的措施，按照規(guī)定要求設(shè)計混凝土的配合比、坍落度等，同時對外加劑的使用進行嚴(yán)格的控制，進而在一定程度上避免早期混凝土受到?jīng)_擊。

4.3 處理方法

4.3.1 組織控制。①組織管理現(xiàn)場的監(jiān)理機構(gòu)。對于組織機構(gòu)和人員來說，需要落實監(jiān)理目標(biāo)，對各級目標(biāo)控制人員的任務(wù)、職能等進行明確，進而在一定程度上完善目標(biāo)控制的工作流程，從組織管理方面予以保證。②組織管理施工單位。工程項目開工前，對于施工單位的施工現(xiàn)場、質(zhì)量管理等，需要監(jiān)理工程師進行審查，對施工組織設(shè)計、施工方案等進行仔細的審查，當(dāng)各項指標(biāo)滿足要求時，在這種情況下，簽署相應(yīng)的開工報告。

4.3.2 技術(shù)控制措施。①施工前，需要做好圖紙會審、技術(shù)交底等工作，建議設(shè)計單位針對可能發(fā)生開裂的部位，采取必要的措施，進而在一定程度上防止其發(fā)生開裂。例如，通過設(shè)置后澆帶、摻外加劑、調(diào)整配筋等方法，對超長結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)變形集中處等部位進行處理。②對施工方案的合理性進行審核，堅決否決不合理的施工方案。例如，在混凝土養(yǎng)生期，設(shè)計方案中沒有考慮模板的數(shù)量，對于這種方案要給予否決。③對施工進度計劃進行嚴(yán)格審核，質(zhì)量與工期之間的關(guān)系要正確地處理，在確保質(zhì)量的前提下，需要制定合適的施工周期，防止出現(xiàn)追求工期，而造成結(jié)構(gòu)存在質(zhì)量隱患的現(xiàn)象。④對原材料的質(zhì)量加強管控，建立完善的管理制度，對原材料進場進行登記、檢驗，未經(jīng)監(jiān)理工程師進行檢驗，保證合格的材料進入施工現(xiàn)場。⑤在施工過程中，對混凝土澆搗進行全過程監(jiān)理，按照施工操作規(guī)范、施工方案等要求，督促施工人員進行施工，針對施工操作中發(fā)生的過振、漏振等現(xiàn)象，要及時的發(fā)現(xiàn)并糾正，對混凝土的配合比、水灰比和水泥用量等指標(biāo)進行嚴(yán)格的控制，為了減小孔隙率、砂率等，需要對砂、石子的級配等進行檢查，進而在一定程度上減少混凝土的收縮量，同時可以進一步提高混凝土的抗拉強度。⑥對隱蔽工程進行檢查，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)，在設(shè)計混凝土承重模板、支架的過程中，需要確保其合理性、剛度、強度以及穩(wěn)定性等，同時對其進行檢查，防止混凝土強度超過定值，使得混凝土出現(xiàn)裂縫；根據(jù)圖紙及規(guī)范要求，對鋼筋的品種、規(guī)格、數(shù)量等進行檢查。⑦澆搗完混凝土后，需要在最小程度上對表面進行刮抹，在施工過程中，當(dāng)產(chǎn)生泌水現(xiàn)象時，這種情況下，需要在混凝土終凝前，用木蟹進行壓抹處理，進而在一定程度上提高混凝土表面的抗裂能力。澆搗完混凝土后，需要覆蓋混凝土表面，同時對其進行澆水養(yǎng)護，養(yǎng)護時間控制在7-14天，防止混凝土表面遭受強風(fēng)、烈日的侵害。⑧對混凝土模板、支架等的拆除時間進行嚴(yán)格的控制。根據(jù)工期需要，要求施工方配備相應(yīng)的模板或支架，進一步確保拆模工作的順利進行。⑨對混凝土構(gòu)造物的沉降情況加強觀測，作好日常的巡視檢查工作，發(fā)現(xiàn)問題及時上報，同時進行跟蹤檢查，強化處理效果。

4.3.3 經(jīng)濟控制措施。所謂的經(jīng)濟措施，通常情況下主要是指，通過對工程量、付款和結(jié)算報告等進行審核，進一步對工程質(zhì)量進行控制。同時采取相應(yīng)的措施，鼓勵施工方建立和完善質(zhì)量獎懲制度，激發(fā)員工參與質(zhì)量管理的積極性。

4.3.4 合同控制措施。在進行目標(biāo)控制時，合同控制具有全局性的影響，在這種情況下，監(jiān)理的組織控制措施、技術(shù)控制措施等需要以合同為依據(jù)。根據(jù)施工合同規(guī)定的質(zhì)量目標(biāo)，督促施工單位需要制定目標(biāo)管理制度和質(zhì)量驗收標(biāo)準(zhǔn)，通過分解現(xiàn)澆混凝土的質(zhì)量通病目標(biāo)，在一定程度上將責(zé)任落實到具體的施工工序，同時每個工序的參與人員，需要驗收檢查控制目標(biāo)質(zhì)量，并且結(jié)合結(jié)果的檢查情況進行獎懲。

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