房建施工中混凝土結構出現裂縫的原因及預防措施

彭 彪 龐文陽 辛 星

混凝土是以水泥、粗骨料、細骨料、水和外加劑共同混合而成的建筑材料，可以根據具體結構和應用需求差異，配置出具有不同強度和性能的建筑材料，在既往的應用過程中體現出極佳的耐久性。應用鋼筋與混凝土材料制成鋼筋混凝土或預應力鋼筋混凝土構件，可大大提高結構的抗裂性和剛度，延緩或避免裂縫的出現。但如果忽視設計、施工工藝和使用環境等方面的影響因素，就會導致裂縫的產生，從而影響構件質量。

1 混凝土結構裂縫概述及分類

1.1 混凝土結構裂縫概述

混凝土結構裂縫是一種常見現象，是指混凝土結構受到設計、施工、材料以及外界環境等多方面因素影響，在完成施工或投入使用后產生的，將會對結構壽命和質量造成影響并且無法準確預知的縫隙。在混凝土終凝前后，裂縫現最易產生，主要原因是這個階段中相關材料抵抗變形的能力較低，在受到外力影響后將導致裂縫問題。同時，在混凝土結構設計、配制、攪拌、澆筑和養護等各個環節中，相關工作往往無法達到理想化的程度，混凝土結構在終凝后受到溫度、載荷等因素影響，仍可能產生裂縫。

根據以往的房建施工經驗，混凝土結構裂縫的具體原因和后續發展等方面難以準確把握。通常來說，相關裂縫在結構施工階段受環境和施工工藝等的影響將會呈現持續上升的趨勢；從施工結束至正常投入使用的階段，裂縫問題一般會較為穩定；而至結構即將失效的階段，裂縫問題會再次嚴重。裂縫水平與發展趨勢詳見圖1，其中T1、T2 為結構施工階段；T3 為結構正常使用階段；T4 為結構失效階段。

圖1 裂縫水平與發展趨勢（來源：網絡）

1.2 混凝土結構裂縫分類

常見裂縫形式有塑性裂縫、沉降裂縫、干縮裂縫、溫差裂縫、施工以及承載力裂縫等，不同的裂縫對應不同的階段和環境。有效預防混凝土裂縫必須立足于識別不同裂縫的形態，針對性地擬定對應策略。下文詳細介紹施工裂縫、承載力裂縫和溫差裂縫。

（1）施工裂縫。施工裂縫是指由于各種施工原因造成的裂縫現象，其形成原因較為復雜，一般可分為建筑材料裂縫、模板裂縫、澆筑裂縫、接茬裂縫和養護裂縫等。其中，建筑材料裂縫現象主要是由于在建設過程中，材料質量把握不準確、混凝土配比不恰當和拌合物選擇不合理等原因造成的裂縫現象，也可納入先天裂縫范疇；模板裂縫通常是由于模板剛度不足引發模板變形和跑模等問題而形成的裂縫；澆筑裂縫是由于在澆筑振搗過程中操作不規范引發混凝土離析、分層及漏漿問題，從而產生的裂縫現象；接茬裂縫是由于施工接茬及后澆帶留置不合理所引發的裂縫現象，也被稱為原生裂縫。此外，由于在養護過程中沒有按照規范實施養護導致混凝土構件驟冷，以及使用過程中預應力張拉失控驟然張放等現象，也可能引發裂縫問題，這些情況被統稱為后天裂縫。

（2）承載力裂縫。承載力裂縫是指混凝土構件受到自身重量和梁板重量等影響導致的裂縫現象，也被稱為載荷裂縫。這種裂縫通常會在混凝土構件表面形成相互平行、較為短小且不連貫的裂縫，隨著裂縫的發展逐步連貫成一片，并在縱向劈裂的影響下出現側向膨脹，混凝土在膨脹過程中逐步剝落。此后混凝土進一步受壓破碎，縱向鋼筋屈服，整個構件壓潰破壞。

（3）溫差裂縫。溫差裂縫是指由于季節變化和晝夜變化等情況下，溫度差引發材料變形所致的裂縫現象，屬于間接裂縫。一般在大體積混凝土構件表層常見較為細微的溫差裂縫，通常不會對混凝土構件的性能造成嚴重影響。但對于檐口、雨棚等長期暴露于環境中的混凝土構件，溫差裂縫所造成的危害性將顯著增高。

另外，根據裂縫的深度也可將其分為表層裂縫、淺層裂縫、縱深裂縫和貫穿裂縫，這種分類方法能夠更直觀地了解裂縫的危害。不同裂縫類型深度對比詳見表1，其中H 代表混凝土構件厚度，h 代表裂縫深度。

表1 不同裂縫類型深度對比

2 房建施工中混凝土裂縫產生的原因

從上述內容可以了解到，混凝土裂縫產生的原因較為多樣，具體把握相關因素可劃分為以下幾種。

（1）混凝土原材料和配合比。首先，水泥是混凝土結構施工的關鍵原材料，其在強度、品種、化學成分以及凝結時間等方面均存在一定的差異，而在這些因素的影響下，導致混凝土結構出現裂縫現象。例如，在混凝土結構實際施工過程中，采用細度較小的水泥將會較大程度提高水化速度，使水泥的水化程度更為充分；同時相較于傳統的混凝土結構，其整體硬化過程時間更短，從而導致混凝土在硬化早期存在較大的收縮。其次，骨料的級配將會直接影響混凝土的和易性、水灰比、均勻性以及彈性模量等，導致混凝土產生裂縫問題。再次，水和添加劑也是導致混凝土裂縫的重要原因。當施工用水中存在較多的不溶物、可溶物和氯化物等物質時，將會影響混凝土的水化過程，從而出現干縮并導致混凝土結構的強度下降，引發裂縫。最后，在施工過程中，如果混凝土結構水灰比相對較大或用水較多，那么也會導致混凝土拌合物出現離析現象，大幅增加混凝土結構產生裂縫的可能性[1]。

（2）結構設計。結構設計是造成混凝土裂縫產生的重要原因。目前，混凝土結構在設計階段采用超靜定結構的比例越來越高，這種結構在應用過程中內部約束相對較多，如果出現局部變形或受力現象都會導致應力的產生，進而在構件相對薄弱的位置造成裂縫。部分結構在設計過程中，相關單位和人員對鋼筋布置缺乏合理性，構造鋼筋布置不足或鋼筋間距過大，都容易導致裂縫現象。另外，在樓板、墻壁等薄壁構件的設計中，需要考慮水電管直徑過大甚至重疊、較差等情況，因此需要調整鋼筋的配置。該過程中如果未充分兼顧構件本身的剛度，貿然減少鋼筋配置，則將造成應力集中，引發裂縫問題。

（3）溫度因素。混凝土結構施工完成后，還有可能在日照和水化熱的影響下產生裂縫現象。主要是由于結構內外部不同區域的溫度狀況不一致，導致其變形不一致，從而造成裂縫問題。

（4）施工工藝及養護因素。首先，在當前的房建施工過程中，為了保證混凝土的流動性，往往會增加水和水泥的使用量，或者由于其他施工因素影響而加大了水灰比，這些情況將會導致混凝土凝結硬化時收縮量增加，易產生裂縫。其次，從養護層面來看，如果相關混凝土結構完成施工后，大氣中濕度較小、溫度較高以及風速較大，則將導致混凝土的蒸發速度加快，混凝土表面失水并迅速干燥；而混凝土的硬化強度不足以抵抗塑性收縮產生的拉應力，最終導致塑性裂縫的形成。

3 混凝土結構裂縫的防治措施

3.1 強化混凝土結構的設計工作

混凝土結構的裂縫現象與多種因素相關，而結構設計是現階段較為常見的一種影響因素。目前，隨著混凝土建筑施工技術的進步，超靜定結構的應用愈加廣泛，但是該結構設計在附加應力計算方面仍然處于經驗階段，且受到的限制較多，導致相關建筑在完成建設后裂縫現象極為普遍。盡管可以采取預應力技術解決部分問題，但裂縫現象仍然比較常見。針對這種現象，相關單位在設計過程中可以采取簡支、懸臂等靜定結構或設置微動、滑動構造以減少約束，從而降低混凝土結構裂縫的可能性[2]。

同時，在設計過程中也可以通過設置相應的結構縫來達到進一步消除混凝土結構內部約束應力和變形現象的目的。目前，比較常見的結構縫包括伸縮縫、沉降縫、抗震縫和拼接縫等，為了確保相關工程最終能夠有效減少裂縫，在設計和施工過程中可以根據情況將多種結構縫進行合并使用。在設計階段，必須根據工程的實際情況準確計算結構縫的具體位置和間距等，以確保結構縫充分發揮自身作用。值得注意的是，在房建施工中，地基不均勻沉降所導致的混凝土結構裂縫對于工程質量影響極大，相關單位在施工中可以通過換填、砂樁和強夯等措施來強化地基處理工作，并根據當地地質條件的綜合分析結果實施針對性處理，從而降低地基沉降對混凝土構件產生的不良影響，避免出現裂縫。

3.2 強化混凝土原材料控制過程

混凝土原材料對于混凝土構件裂縫的形成具有巨大的影響，如果施工過程中所采用的集料粒徑超標，那么一方面會增大拌和難度，導致機器設備出現不必要的磨損現象，增加施工成本；另一方面也將無法有效保障混凝土構件的均勻性和平整性。由此可見，集料級配將會影響混凝土結構的強度。以天然沙礫為例，由于缺少細集料，級配不佳，需要加入7%～8%的水泥來提高相關結構的整體穩定性，確保混凝土結構的強度符合要求[3]。在配入對應的細集料之后，還需要加入4%～5%的水泥，通過這種方式能起到穩定加固的效果。

在房建施工過程中，大體積混凝土出現開裂現象的主要原因是水化熱，相關單位和人員可通過水和水泥的科學配比充分調控水化熱，避免混凝土結構由于溫度應力而發生裂縫現象。因此，在選擇水泥材料的過程中，還需合理考量材料的強度、水化熱和坍落度等。目前，市場上部分水泥材料在應用過程中整體發熱量較高，容易產生裂縫。而礦渣硅酸鹽水泥材料的水化熱相對較低，且干縮性較小，混凝土構件發生貫穿裂縫的可能性較低，施工中可優選此類材料。此外，在混凝土結構施工過程中，相關單位還需充分把控水質，盡可能選擇飲用水，最大程度避免水中的雜質影響混凝土的性能，起到防范裂縫的作用[4]。

3.3 合理實施養護工作

采取正確有效的養護措施能夠在較大程度上防范混凝土裂縫問題。實施養護工作時，相關單位需要根據具體的環境、氣候和混凝土特點來具體落實，并重點關注以下3 個方面。

（1）及時進行修整。混凝土結構施工完成后，需要合理修整和抹光結構的裸露部分，尤其是需要在混凝土終凝前進行相應的壓抹，從而有效消除塑性和干縮裂縫。

（2）準確把握混凝土養護時間[5]。目前，混凝土的常規養護包括覆蓋薄膜、草簾和噴灑養護劑等措施，相關措施均可在不同程度上達到對混凝土的養護效果。房建施工中，混凝土結構的養護應盡可能采取覆蓋塑料薄膜和噴灑化學漿液的方式。為了充分避免混凝土出現裂縫問題，通常而言，應在收漿后盡快采取養護措施，使混凝土結構表面保持相對濕潤的狀態，養護持續時間通常為7 d。

（3）嚴格控制模板及支架拆除的時間和順序。在施工過程中，需要充分考慮混凝土的拆模時間，且拆模過程中應確保混凝土的整體溫度相對較低，避免因與外界空氣溫度相差較大而出現快速降溫，導致開裂現象。同時，在混凝土強度達到2.5 MPa 前，相關單位應嚴格禁止在其上面使用運輸工具、腳手架和支架等，以防止荷載過大造成開裂。

4 結語

混凝土結構在建設完成后，裂縫的產生將會導致結構的性能受到嚴重影響，甚至帶來巨大的安全風險，因此人們對于混凝土裂縫的關注程度顯著上升。混凝土結構產生裂縫的原因較為多樣，且對應的裂縫類型也不同，在進行混凝土結構裂縫的防范和治理過程中，相關單位和人員應著重從材料與施工工藝等角度入手，在施工完成后強化對混凝土結構的養護，達到防范裂縫的目的。