房屋建筑工程施工中混凝土裂縫防治技術研究

楊晨旭

(山西應用科技學院，山西 太原 030062)

隨著國民經濟的穩定增長，在城市化步伐逐漸加快的勢態下，建筑工程和相關行業呈現出蓬勃發展的狀態，人們對建筑的質量要求越來越高。混凝土因其施工便捷和強度高等特點被廣泛應用，但受施工條件和混合比例等因素影響，在大面積使用過程中會產生裂縫問題，造成房屋建筑結構的質量受到影響，導致房屋的使用壽命有所縮減。由于混凝土的處理工序較為復雜，任何一道施工供需出現問題，都會影響混凝土的施工質量，如何進行混凝土的質量控制是最主要的問題，其中以防裂技術為主，是當下施工技術人員需要重要掌握的技能之一。本文以此為基礎從開裂的原因入手，提出一種新的混凝土裂縫防治方法，為解決實際工程施工的問題提出理論支持，增加建筑生命周期，保證人們的生命財產安全。

1 混凝土裂縫防治方法

1.1 構建房屋澆筑邊界分析模型

受混凝土是自身結構性質影響，其抗拉力強度要遠遠低于抗壓力強度，在較低的拉強應力下就能夠產生裂縫，因此在實際房屋建筑施工中，需要分析混凝土內外的荷載作用力。由于荷載作用呈現出非線性特征，在應力變化過程中能夠進入相對穩定結案，并以單軸壓力偏轉中心的位移效果，使混凝土的開立轉態呈現多邊發展趨勢。在混凝土面向多個方向進行拉伸時，其變化性質和線彈性材料相一致，基本上會同時引起應力場的突然變化，使得其內部的剛性強度急速下降，可以通過此類型變化進行分析，構建房屋混凝土施工澆筑的標記模型，對內外相互的作用力進行單元化處理。

利用單元邊界模擬裂縫的方式，進行混凝土單元處理模型構建，以可能出現裂縫的澆筑過程點為處理邊界，在即將發生開裂或者出現裂縫的節點上，進行節點調整和布置，重新規劃混凝土澆筑的線路，規劃至設定好的單元網格中，將單元邊界能夠清晰地完成表達。通過ANSYS有限元處理工具，組成多個節點的多面體進行建模，每個節點均為多面體的定點，在單向軸承受的應力f中，計算其與荷載和應變關系a，表達式為：

公式中：混凝土澆筑過程產生的初始彈性變量，用s來表示，混凝土在達到單軸抗壓強度分割線模量的應力值，用s來表示，其中應力的峰值應變量為f。將應力和應變的非線性關系，用矩陣做表達，進行本構關系計算，以此構建混凝土的增量邊界分析模型，表達式為：

公式中：在矩陣中引入泊松比用h來表示，混凝土澆筑的標界本構變量用[]k來表示，在初始彈性s變化下和應力值s變化下，產生的對應變量矩陣分別用[ k]和 [ k]來表示。在進行房屋建筑現場澆筑的過程中，根據每組邊界點的單軸彈性變化量，容許其向正交方向開裂，在每個多面體的節點作為參考單元時，要將鋼筋材料的電桿支撐力考慮進去，相同性質的材料開裂方向，在同一方向的邊界點中設置應力釋放。將每個澆筑時期混凝土的邊界單元進行分段分析，以單元邊界點的所處位置進行澆筑應力釋放，保證其在凝結過程中可以處于穩定狀態，以此確定混凝土施工的硬化干縮長度。

1.2 確定混凝土施工中干縮區長度

在房屋建筑邊界分析模型中，能夠對需要澆筑的混凝土自身結構進行有限元劃分，保證在澆筑施工前混凝土的整體數量，著重標記容易產生裂縫的部位，以此對不同施工階段的硬化區域和干縮區域進行長度確定?；炷潦芏喾N條件影響，在不同的攪拌方法和灌注時間中，均有可能造成混凝土開裂的可能，因此必須在對整體施工條件的統籌規劃下，進行施工的合理調配。為保證建筑施工中混凝土在一定穩定狀態下，按照分批次的運輸方式進行混凝土的投放，在集中擺放的前提下對施工材料輕拿輕放，使得混凝土和施工樓層之間不存在測量偏差。

當混凝土材料制備完成后，無論其處于運輸狀態還是澆筑狀態，都存在一定的硬化程度，使其表面形成干縮區域，為有效解決混凝土內外結構中發生的定量偏差，需要確定其硬化和干縮區域長度。以現階段中國國內房屋建筑行業的設計標準來說，對建筑的高溫區域長度設置了上限，盡管考察了在高溫作用下的建筑短縮狀況，但并不能實現對混凝土自身的硬化和干縮長度確定，所以對于直接確定了高溫區域長度后，會形成的混凝土收縮控制問題，就必須加以分段或單獨化解決。對于具有完全約束力的混凝土房屋結構，設置混凝土自身的彈性模量為q，表示在不同時間w內的形變量，其自身拉力強度設置為e，當混凝土進入干縮狀態時對應的收縮溫度，存在一定量的當量荷載，表達式為：

公式中：處于干縮狀態狀態時的收縮溫度用u表示，其對應的當量荷載用r表示，在完全約束條件設定下，混凝土在收縮溫度情況達到取值范圍時，即可形成干縮區域形成開裂。而且在完全約束條件下混凝土開裂的程度，可以說與澆筑的長度不產生對應關系，能夠直接通過當量荷載進行判斷。但是一般施工條件均處于非完全約束條件下，對于現場澆筑的房屋建筑樓板，其開裂的當量荷載與承載墻的板長存在聯系，因此必須把混凝土樓板的干縮范圍限定在最大長度，即硬化干縮性的區域長度。在現有的區域長度范圍，可以容許配筋量最大的部位存在裂縫，但卻無法允許跨區域開裂，主要是此類型裂縫容易出現在鋼筋截斷處，對裂縫寬度不存在約束力，會造成擴展變化。根據劃分好的可容許干縮區域進行混凝土澆筑，采用梯度溫差養護的方式，管控混凝土澆筑施工的全過程。

1.3 梯度溫差養護防止混凝土裂縫

根據混凝土自身結構單元的硬化和干縮區長度變化，可以了解到混凝土在澆筑施工中，存在一個硬化的過程才具備應力強度，需要在這一階段進行養護。因此在混凝土施工時不能對其施加任何外力，保證在混凝土凝固的過程中，不存在人為方式下造成混凝土的澆筑墻體裂縫。由于混凝土在不同的溫度下，會產生不一樣的凝結速度，發生水化散熱一系列問題，其中最主要的就是控制溫度，按照梯度溫差變化方式，將養護階段分為兩個部分：一方面在混凝土攪拌期間，注意施工的澆筑溫度，在不同季節溫度變化下，需要選擇適宜的澆筑厚度。另一方面是混凝土澆筑施工后，要選擇一定的保溫材料進行保溫，使其在穩定的溫度下進行凝固，減少混凝土收縮引起裂縫的可能性。

在不同的季節變化下，混凝土進行房屋建筑施工時，存在不一樣的裂縫產生趨勢，在夏天處于高溫狀態下，混凝土進行施工準備的過程中，無論是攪拌還是鋪設期間，其水化熱釋的量較大，一旦混凝土在高溫條件下得不到及時的澆水養護，混凝土會產生失水收縮發生干裂。因此在進行澆筑施工時需要對不同階段進行設置，一是在混凝土攪拌過程中，可以利用加水降溫的方式，進行混凝土的局部冷卻，使其澆筑溫度能夠保持在標準范圍內。二是在溫度較高的天氣下，可以適當減少混凝土的施工澆筑厚度，利用多層次澆筑法進行房屋建筑層面的散熱。三是通過房屋結構中設計的水管等通路，進行冷水灌注降溫，使其澆筑的內外溫度能夠保持一致。

通過澆筑過程中對混凝土實際施工溫度的控制，能夠在不同氣候條件下，保證混凝土內外結構的穩定性能，避免混凝土材料發生梯度的溫度變化。對施工過程的把控能夠有效減少干縮的幾率，針對澆筑完成后的混凝土也要進行溫度養護。在澆筑完成的12h內，必須在混凝土結構表面覆蓋保溫材料，其中普通水泥的養護時間不低于10d。一般是在混凝土表面覆蓋一層模板，通過均等時間間隔地澆水養護，保持混凝土凝結過程中的水分，整個養護期間的最低溫度不能低于混凝土使用期的穩定溫度，最高溫度不能超過干縮期的水分蒸發溫度。至此在構建房屋混凝土澆筑邊界分析模型的基礎上，分析混凝土施工的有限元單元結構，通過不同的單元層次劃分，確定混凝土施工中干縮區的長度，重點進行梯度溫差養護，防治因施工問題產生的混凝土裂縫，完成房屋建筑工程施工中混凝土裂縫防治方法設計。

2 測試結果與分析

為驗證此次設計的方法具有實際應用效果，能夠在房屋建筑施工中，有效控制混凝土的開裂程度，采用實驗測試的方法進行論證。此次實驗的測試分為兩個階段，第一階段測試防治方法的有效性，即在施工過程中是否能夠有效控制混凝土的開裂，保證建筑工期的按時完成。第二階段是測試防治方法的維持時間，即在不同的房屋使用周期內，墻體的開裂程度能夠滿足行業標準，延長建筑的使用壽命。

以某省實際施工的房屋建筑為測試樣本，將其規劃的建筑方案進行統一管理，在MATLAB測試平臺中進行建筑施工模擬。為更加準確的驗證本文方法的防治效果，對施工所用的混凝土材料進行設定，選擇三種不同強度等級的混凝土進行測試，分別驗證本文方法對其的防治效果。根據實際施工需求，在不同的房屋建筑結構中應用混凝土材料，每組配備的標準均具有合理性，按照單位立方米的混凝土強度，進行初始原材料配比，具體參數如表1所示。

表1 單位立方混凝土強度配比參數

根據表中內容所示，在制備的混凝土材料中，按照強度等級分為三類，均滿足28d抗壓強度值范圍，其中最小抗壓值出現在等級C30中，主要受水泥的含量限制。每組強度分類中石子的直徑類型也不同，按照等級大小排列，使用的石子直徑大小表現為等級越高直徑越小。將配備好的混凝土材料的參數進行數據轉換，上傳至測試平臺中，通過本文方法加以控制，完成建筑樓層施工的全過程。

混凝土的開裂主要受三個階段影響，一是在運輸儲存途中，受溫度和運輸條件影響產生收縮，導致材料后期的抗拉強度降低，造成墻體開裂。二是在澆筑過程中受環境和手法產生干縮區域，在形成初始墻體結構承重中產生開裂。三是澆筑完成后沒有做好養護工作，在用戶使用周期內出現裂縫。本次先進行澆筑過程的開裂測試，以澆筑時間的變量設置施工周期為10d，整個澆筑過程中其混凝的拉力強度表示產生開裂的可能性，拉力強度低于60 MAP狀態下，表示不會產生開裂狀態。

在本文方法應用下，制備的三種混凝土材料在施工周期內，均能夠保持低于60MPA的拉力強度，說明不會在施工初始階段的墻體上產生裂縫。其中配比等級在C30～C50的強度中，對應的拉力值能夠基本保持不變，維持在20MPA左右，具備更好的施工要求，具有實際應用效果。

表2 不同使用年限下抗裂對比結果(mm)

為進一步驗證本文方法具有更好的抗裂效果，在測試平臺中模擬房屋的使用周期，以使用5年和10年作為測試標準，分別對三種混凝土進行抗裂比較。根據國家規定的墻體容許裂縫寬度，標準范圍在0.05～0.1mm之間，進行多輪模擬測試，具體結果如表2所示。

根據表中內容所示，在使用年限為5年時，該房屋的墻體幾乎沒有產生裂縫，在使用年限為10年時，產生裂縫的寬度可以控制在0.01mm，符合國家的建筑行業規范，且遠低于該標準，說明本文防治方法具有實際應用效果。

3 結語

本文在分析混凝土的自身結構的基礎上，對其施工過程中產生的裂縫原因進行比較，通過澆筑過程中的單元標界設置，確定出混凝土的硬化干縮區域，并進行梯度溫差養護，以此提出一種新的房屋建筑施工混凝土防裂方法。實驗結果表明：在本文方法的應用下，能夠對房屋建筑施工的混凝土材料，進行整個周期的有效控制。在施工階段能夠減少拉力強度變化，降低初始墻體開裂的可能性，施工結束后的不同使用階段，其裂縫存在寬度也遠遠低于行業標準，具有廣泛的應用價值。但由于本人時間有限，在進行測試中只能對較短的年限進行比較，所得結論具有一定偏差性。后續研究中會針對出現裂縫后的年限進行監管，測試在正常的房屋使用年限下，其開裂程度是否仍舊滿足行業要求，為維護人們的財產安全提供科學理論支持。