土木工程施工中裂縫處理措施

文／康中賓 中煤建筑安裝工程集團有限公司第六十九工程處 河北邯鄲 056002

引言：

土木工程伴隨著我國城市化建設而快速發展，現階段土木工程結構日趨復雜化，對混凝土結構性能提出了更嚴格的要求。而從土木工程施工現狀來看，混凝土結構在施工期間會因為各種因素影響而導致裂縫現象，裂縫的出現會影響混凝土構件整體性能，不利于保證耐久性與承載力，這已經成為土木工程施工期間不容忽視的問題。因此為避免此類問題發生，需要做好混凝土裂縫的預防與控制，這是消除質量缺陷的重點內容。

1、裂縫的形成

混凝土裂縫在實際上是因為內部結構缺陷以及內部應力作用所導致的結構破壞現象。

1.1 混凝土材料的脆性問題

混凝土材料本身具有脆性的特征，因此在土木工程中可以發現，混凝土材料的抗拉強度整體水平較低，而混凝土材料抗壓強度水平更高。在這種不均衡的受力條件下會導致混凝土承載力水平異常，最終導致裂縫的產生。而在脆性作用影響下所產生的裂縫普遍為垂直向上分布的。根據相關學者研究發現，目前市場上常見混凝土產品的極限拉應變普遍小于等于100με，當拉力超過這一水平后會導致結構破壞并導致開裂[1]。

1.2 荷載作用所造成的裂縫

荷載作用對混凝土結構穩定性的影響不容忽視，在外力作用下會導致混凝土出現內部出現擠、壓等內力變化。在這種情況下，混凝土結構內部應力場單元分解為壓拉力或者應拉力，而無論是任何一種力大于承載力時，就會導致混凝土材料發生斷裂，此時結構斷裂裂縫主要沿著主壓力方向延伸變化。

1.3 間接作用的裂縫

在土木工程中，間接作用造成的裂縫是造成了接縫的主要原因，一般情況下間接裂縫是指非荷載作用引發的裂縫。例如因為混凝土材料本身存在結構變形現象；或者因為溫度原因而導致混凝土內外結構應力發生變化，此時隨著應力水平不斷提升且超過結構所承受的程度時，則會導致裂縫的出現。

2、常見混凝土裂縫及其應對方法

2.1 承載力裂縫

2.1.1 承載力裂縫的發生機制

在土木結構中，受彎是混凝土結構中常見的受力形式，這也是混凝土結構中較為常見的受力裂縫。此時受彎構件的壓應力結構如圖1所示。

圖1 承載力裂縫的受拉力示意圖

在圖1介紹的受力作用下，因為抗拉應力水平較低，因此在土木工程鋼混結構下，鋼筋承擔起大部分拉應力的功能，所以從整個結構來看，除了極少數的預應力構件，大部分混凝土構件受拉部位都存在裂縫。此類裂縫普遍垂直于受力鋼筋，且受拉邊緣裂縫部位的縫隙寬度最大，并且在受壓區終止。此時若混凝土構件裂縫寬度較大，則證明鋼筋所承受的拉應力過高。

同時受壓裂縫也是承載力裂縫的重要表現形式，發生此類裂縫的主要原因，是豎向的混凝土構件柱、墻、基礎等主要承受以壓力為主的垂直荷載，若壓應力超過混凝土構件的抗壓強度時則會造成混凝土構件的破壞。此時因為壓應力造成的裂縫主要沿著主應力的軌跡分布，早期的受壓裂縫多為表面出現的不連續以及平行裂縫等；隨著裂縫進一步發展，會導致豎向裂縫連成一片，造成側向膨脹，并導致混凝土材料表面剝落。

2.1.2 預防措施

為預防承載力裂縫發生，相關人員在土木工程混凝土結構設計中則需要考慮到工程項目的整體受力情況，尤其是結構中的可變荷載、永久荷載等都應嚴格參照設計規范，例如針對混凝土構件中所要求的臨時荷載，則可以根據最大荷載水平數據參數計算。

同時在預防承載力裂縫期間，應考慮到其情況的影響，例如建筑物本身的性能指標要求，包括混凝土構件的體積以及占地面積等。土木工程項目所在地的氣溫以及環境因素、施工條件等因素的影響做出綜合評估，其中較為常見的措施就是根據實際情況確定最大鋼筋直徑以及配筋率范圍等。以某土木工程項目為例，該工程選擇C30 混凝土，當鋼筋直徑為18mm 時，計算HRB335 的配筋率為0.49-0.59%時即可達到預防承載力裂縫發生的目標。

2.2 收縮裂縫

2.2.1 收縮裂縫發生的原因

土木工程混凝土結構的收縮裂縫主要出現在構件的表面，并且一旦裂縫發生后可能出現不規律的裂縫形態，主要原因是干縮造成的混凝土材料裂縫。而造成此類裂縫的原因是多方面的，如在振搗混凝土時因為振動時間不達標而導致材料出現密度差異，部分水泥漿只能漂浮在上層，再加之鋼筋等各種物質的阻擋，最終影響了混凝土結構中原材料的密度，所以建成后可能出現材料結構性能變化。或者在混凝土構件澆筑后因為養護方案不合理，導致表層水分流失速度加快，因為混凝土水分差值而影響結構穩定性，尤其是在混凝土構件表面會出現大小不一裂縫[2]。

2.2.2 防治方法

（1）強化混凝土養護管理。在土木工程混凝土構件養護中應做好夜蓋養護，維持相對穩定的濕度環境。針對土木工程夏季施工情況，應在混凝土表面定期灑水，避免構件表面出現較大溫差。或者當商品混凝土在滿足泵送性以及和易性的基礎上，應控制恒定的骨料含泥量，并且要避免砂率或者坍落度偏高等問題；

（2）合理設置控制縫。控制縫可以削弱混凝土結構的截面，可以達到釋放拉應力或者拉應變的目的。從建筑工程項目施工質量管理角度來看，當土木工程混凝土構件的間接裂縫發生后，最終消除周邊積聚的拉應力，最終達到減少裂縫發生的目的。現階段控制縫主要被設置在細長的結構單元中，例如土木工程的墻體、樓板等構件均可以發現縫隙的存在。或者也可以將控制縫設置在應力大部分集中的區域，這種改進方法可以避免裂縫進一步發展。

根據現有工程項目的經驗，墻體的控制縫間距普遍為5-8m；若土木工程的墻體底部被固定在基巖等特殊結構中，控制縫間距可控制在3.0m-3.5m 之間。陽臺樓板周邊設置溫度收縮裂縫，溫度裂縫間距應控制在3m 以內；土木工程建筑物的地面間距通常為6.5-7.5m。上述控制縫可以按照正方形結構進行劃分。

2.3 溫度裂縫

2.3.1 溫度裂縫發生的原因

造成土木工程溫度裂縫發生的原因主要集中在以下幾方面：（1）年溫差。年溫差是指因為四季更迭而導致溫度變化，如夏季溫度整體高于冬秋季節等，但是年溫差所造成的溫度變化是相對緩慢的，只有混凝土結構的位移超過限值之后才會出現此類裂縫；（2）日照溫差。日照溫差是指因為太陽光長期照射所引發的溫度裂縫，這是因為在長期太陽光照射的情況下，會導致被照射部位的溫度明顯高于其他部位。因為日照溫差所產生的溫度裂縫具有分布不規律的問題，在溫度照射變化的影響下會導致局部應力變化，若局部拉應力大于約束作用，則會導致裂縫發生，表現為局部混凝土開裂；（3）水熱化現象。混凝土構件的水熱化問題不容忽視，這是因為在土木工程大體積混凝土澆筑過程中，水熱化現象會不斷釋放高溫，而混凝土結構的內外溫度差過大最終引發裂縫現象；（4）在某些特殊工況下會導致裂縫的產生。例如在T 梁橫隔板施工期間需要焊接支座預埋鋼板等，此時若操作不當會導致混凝土材料因為灼傷而被破壞，或者施工中采用電熱張拉法時會進一步加劇表面溫度差異，造成溫度裂縫。

2.3.2 溫度裂縫的處置方法

為有效預防混凝土構件的裂縫現象，在未來土木工程中應重點關注以下問題：（1）進一步改進混凝土配料配比方案，如在混凝土項目中適當添加塑化劑或者引氣劑等，這種方法可以取代部分水泥材料；（2）在拌和混凝土期間可在水中添加少量冰塊，或者攪拌碎石前先冷卻，上述施工方法的優點就是可以降低澆筑的溫度，避免出現大范圍降溫；（3）在夏季澆筑混凝土時，應盡量控制混凝土材料的厚度，必要時可向材料中添加冷卻管，達到快速降低混凝土材料的溫度；（4）若發現混凝土構件的氣溫溫差偏大，則在養護中需做保溫，如在混凝土構件表面覆蓋草席或者氈布等，避免內外溫差值過大；（5）季節性的溫度裂縫常見于上墻以及屋蓋等部位，針對上述特殊部位需完善隔熱方案。

2.4 構造裂縫

2.4.1 構造裂縫的類型

土木工程項目中除了混凝土構件內部的質量缺陷外，整個結構的局部也可能因為質量不均勻或者剛度突變等現象造成局部區域裂縫，上述裂縫難以通過常規設計方法進行規避。例如在土木工程項目中，因為宏觀結構裂縫存在體量偏大的現象，可能造成更為嚴重的體形突變等情況，此時任何細小差異都會導致約束條件改變，最終在建筑物中的某些薄弱環節會因為約束作用的積累過大，最終引發開裂。或者因為混凝土結構外形轉角導致縱向受力鋼筋轉折，轉折現象會導致橫向附加力水平變化而引發裂縫。尤其是在凹角位置，因為常規土木結構無法消除轉折造成的側向拉力，這種現象會導致穿力不均衡甚至在局部位置聚集，最終導致裂縫發生[3]。

2.4.2 處置方法

對于設計人員而言，應高度認識到構造裂縫的處置方案，常見措施包括：（1）在土木工程混凝土構件設計中，采用細筋密配形式布置受力鋼筋，可大大改善裂縫形態；（2）應嚴格按照規范設置混凝土伸縮縫；（3）設置后澆帶在早期可以達到減少結構裂縫的目標，但是無法取代伸縮裂縫，因此澆筑混凝土間隔周期超過60 天的情況下可根據現場情況選擇膨脹混凝土做第二次澆筑；（4）在施工中可采用預應力構件的疊合結構，這種結構設計方案可以有效減少裂縫的發生。

3、混凝土裂縫的防治方案

3.1 合理控制原材料

在土木工程中，混凝土材料質量關乎混凝土構件的性能，例如現行相關規范中針對混凝土集料最大粒徑做出嚴格限制，若最大粒徑超標不僅會加劇設備的磨損，也會導致混凝土施工發生嚴重離析，無法保證混凝土材料的均勻性。因此在土木工程中應嚴格控制粒徑，確定粒徑參數范圍。例如某土木工程中混凝土構件的截面積為240×240mm，鋼筋最小凈間距24mm，該項目中針對石子粒徑做出嚴格限制，要求最大粒徑應小于等于10mm。

集料級配是影響混凝土材料強度水平的重要因素，以天然沙礫為例，若細集料缺乏會影響級配效果，因此需要在現有材料比重中添加7%左右的水泥維持結構穩定性。相關學者在研究中也證實，采用水泥穩定最佳級配砂礫而制得的混凝土結構的強度，要比穩定天然砂礫制得的混凝土結構的強度高出50%～100%[4]，這對于指導土木工程施工有一定的借鑒作用。

3.2 嚴格控制拌和料質量

3.2.1 原材料質量管理

對于土木工程項目中出現的大體積混凝土開裂問題，可以通過調整水化熱的方法有效減少裂縫的發生，在改善收縮比之后增強整體抗壓強度，為了實現該目標，則需要嚴格控制混凝土材料。

因此土木工程在篩選水泥品種時應綜合考慮混凝土材料的水熱化、強度等指標變化，例如部分商品混凝土雖然水熱化較低，但是其強度不達標，所以為了確保其強度符合標準，則需要增加水泥的用量，最終造成嚴重的混凝土構件發熱問題，這是未來工程項目中需要重點考慮的問題。而從建筑行業市場來看，當前常見的水泥材料主要分為礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等，相比之下礦渣硅酸鹽水泥具有水熱化低的優點，以42.5#為例，礦渣硅酸鹽水泥雖然早期強度偏低，但是其熱量釋放僅為355kJ/kg，且干縮性良好；相比之下，普通硅酸鹽水泥的早期強度更高，但是水化熱高達420-450kJ/kg，兩者之間數據差異明顯。所以根據上述數據差異，在土木工程中應合理選擇混凝土材料，根據工程規范選擇性能滿意的水泥品種，這是消除混凝土裂縫的合理手段。

3.2.2 控制水泥用量

在土木工程混合料設計方案中針對水泥用量做出了嚴格的限制，所以工程項目中應保障水泥材料用量正確，將其數據誤差控制在理想范圍內。相關調查發現，在1 立方米的混凝土中，每增加10kg 的水泥用量，則會導致混凝土水化熱升溫1.6℃。所以在工程項目中嚴格控制水泥材料的使用可以降低溫度應力水平，進而避免混凝土結構發生裂縫[5]。

而對于某些高層建筑物而言，因為高層建筑物的施工建設周期較長，尤其是地下室外墻結構會在工程項目進行到一段時間之后才會做承載設計。所以根據這一特征，只需要確保地下室外墻混凝土的強度在28d 之后開始逐步提高，并且在預期時間內增加至設計強度即可。所以土木工程混凝土工程應根據地下室承受荷載水平計算外墻結構與強度等指標，在經過質檢等部門批復后可以使用f45 替換f28，這種方法可以減少水泥配入量，降低水化熱最高可能達到6-7℃，有助于保障混凝土結構穩定。

最后，外加劑的使用也是減少裂縫的發生的主要方法，這是因為合理使用外加劑可以降低混凝土的使用量。如在混凝土項目中添加一定量的膠凝物質可以降低水化熱溫度。在具體操作中應根據混凝土材料現場試驗結果確定最終參數。

3.3 合理控制施工工藝

施工工藝對混凝土裂縫有直接影響，例如在混凝土工程項目振搗工藝中，傳統攪拌工藝是將水分與材料均勻散落在石子上，并水泥與石子有效結合，在混凝土材料硬化之后，水膜層將會使得界面過渡層呈現出疏松多孔的狀態，阻礙了石子與硬化水泥砂漿的粘結過程，不利于保證混凝土材料的物理性能。針對上述問題，在混凝土工程項目施工中可以采取凈漿裹石攪拌施工工藝，該工藝的核心工藝點是將水泥與水攪拌成均勻的水泥砂漿之后再施工，這種加工處理方法可以避免形成水泥團粒等材料，可以提升強度。同時這種施工工藝可以強化水泥石與石子之間的機械咬合作用，在將表面凹陷位置填充水泥凈漿之后，形成低水灰比的凈漿外殼，這個外殼具有更高的物理強度，保障了施工質量[6]。

4、土木工程混凝土裂縫處理的新方法

隨著工程項目施工工藝的改進，很多新技術被廣泛應用到土木工程項目中，其中粘鋼、碳纖維加固法則是其中的代表。從施工效果來看，該工藝的技術優勢顯著，具有操作工藝簡單、裂縫加固時間短以及所需空間場地小等優點，不影響后期土木工程施工要求。現階段粘鋼、碳纖維加固法的基本工藝流程包括：混凝土構件表面處理→配膠→粘貼→固定與固化→檢驗→防腐。

在采用粘鋼、碳纖維加固法時，其中的關鍵工藝點包括：（1）在表面處理中，可用硬毛刷等材料徹底清理混凝土表面，徹底清理混凝土的油污以及相關污染物之后，再用打磨機對原材料表面進行加工，磨除表層結構厚度約為2mm，使加工后的混凝土結構材料表面干凈后，再用壓縮空氣機吹離表面浮渣，并用脫脂棉擦拭加工后的表面。在處理后若發現混凝土材料表面濕度過大，則可以采用人工干燥的方法進行處理加工；（2）表面加工后涂膠，避免污染；用抹刀將結構膠涂抹在混凝土與鋼板表面，在兩者結合面做多次刮抹后，使膠充分浸潤在原材料表面，維持中間厚、兩邊薄的狀態，再將鋼板粘貼在指定位置。粘貼鋼板后用木槌輕輕敲打，使鋼板徹底貼合在膠上，此時若發現回聲堅實，則證明貼合效果良好，否則做第二次貼合；（3）貼好鋼板后，可用膨脹螺栓加固，此時要嚴格控制加壓量，保證膠液在邊緣側有一定填充暴露，但是不會出現膠水擠出；（4）在上述操作結束后，可在20℃環境下連續固化，在固化階段要避免晃動、調位，之后即可拆除夾具等；（5）最后對裂縫做非破損檢驗，先用肉眼觀察鋼板邊緣位置狀態，在確定固定效果良好后，觀察邊緣位置溢膠狀態，用小錘敲擊鋼板后觀察結構膠密實度以及硬化水平。

結語：

在土木工程施工中，做好裂縫處理成為提升工程項目施工質量的關鍵點，而在實際上，引發工程混凝土構件性能缺陷的原因是多方面的，因此相關人員應深入了解混凝土構件發生裂縫的原因，針對各類質量缺陷問題做好質量預防，這樣才能最大限度上提升土木工程混凝土構件施工質量，避免質量缺陷發生，具有可行性。最后，粘鋼、碳纖維加固法等方法是處理土木工程裂縫的有效方法，該方法的效果滿意，具有進一步推廣價值。