建筑施工過程中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施

何 源

（納雍縣住房和城鄉(xiāng)建設(shè)局， 貴州 納雍 553300）

0 引言

隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快和經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，建筑施工行業(yè)得到了空前的繁榮。混凝土作為建筑工程不可或缺的基礎(chǔ)材料，以其優(yōu)異的綜合性能和施工方便性，被廣泛用于各式各樣的建筑結(jié)構(gòu)中[1]。然而，在建筑施工過程中，混凝土裂縫問題時(shí)常發(fā)生，這不僅影響建筑的美觀性和使用功能，更重要的是可能對(duì)建筑形成安全隱患。因此，研究混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及其防治技術(shù)具有重要的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 建筑施工過程中混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

在建筑施工過程中，混凝土裂縫的產(chǎn)生是一個(gè)普遍且復(fù)雜的問題，混凝土裂縫的產(chǎn)生可能與材料、施工和環(huán)境等因素有關(guān)。

1.1 材料因素

混凝土裂縫產(chǎn)生的材料因素主要有水泥品種和質(zhì)量、骨料的粒徑和級(jí)配、外加劑和摻合料等。其中，水泥是混凝土的主要成分之一，其品種和質(zhì)量對(duì)混凝土的性能和強(qiáng)度有重要影響。不同品種的水泥具有不同的化學(xué)成分和物理性質(zhì)，如收縮性、水化熱等，這些性質(zhì)的變化會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。骨料是混凝土的另一個(gè)重要成分，它能夠提供強(qiáng)度和穩(wěn)定性。骨料的粒徑和級(jí)配對(duì)混凝土的性能有很大的影響。如果骨料的粒徑過小或級(jí)配不良，會(huì)導(dǎo)致混凝土的收縮增加，從而產(chǎn)生裂縫。外加劑和摻合料是混凝土中常用的輔助材料，它們能夠改善混凝土的性能。但如果使用不當(dāng)或過量使用，會(huì)導(dǎo)致混凝土的化學(xué)反應(yīng)異常，從而產(chǎn)生裂縫。

1.2 施工因素

混凝土裂縫產(chǎn)生的施工因素主要有施工工藝流程、混凝土的澆筑、振搗和養(yǎng)護(hù)、拆模時(shí)間和拆模方式等。其中，施工工藝流程是影響混凝土裂縫的重要因素之一。不合理的施工工藝流程會(huì)導(dǎo)致混凝土的成型質(zhì)量不穩(wěn)定，從而產(chǎn)生裂縫。例如，澆筑速度過快、振搗不足等都會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。混凝土的澆筑、振搗和養(yǎng)護(hù)是影響混凝土裂縫的重要環(huán)節(jié)之一。如果這些環(huán)節(jié)處理不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致混凝土的密實(shí)度和強(qiáng)度不足，從而產(chǎn)生裂縫。例如，澆筑溫度過高、養(yǎng)護(hù)時(shí)間不足等都會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。拆模對(duì)混凝土裂縫也有重要影響，如果拆模時(shí)間和拆模方式不當(dāng)，會(huì)導(dǎo)致混凝土的表面出現(xiàn)大量裂縫。

1.3 環(huán)境因素

混凝土裂縫產(chǎn)生的環(huán)境因素主要有溫度變化、凍融循環(huán)、荷載變化等。溫度變化是影響混凝土裂縫的重要因素之一。溫度變化會(huì)導(dǎo)致混凝土的熱脹冷縮，從而產(chǎn)生溫度裂縫。例如，夏季高溫、冬季低溫等都會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫度裂縫。在寒冷地區(qū)，凍融循環(huán)也是混凝土裂縫產(chǎn)生的一個(gè)重要因素。反復(fù)的凍融循環(huán)會(huì)導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的冰凍和融化，從而產(chǎn)生凍融裂縫。這種裂縫通常表現(xiàn)為表面裂紋、局部剝落等現(xiàn)象。荷載變化是混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的主要因素之一。在施工和使用過程中，混凝土結(jié)構(gòu)會(huì)受到各種荷載的作用，如果荷載過大或分布不均，會(huì)導(dǎo)致混凝土的受力不均，從而產(chǎn)生荷載變形裂縫。

2 建筑施工混凝土裂縫防治技術(shù)

基于不同因素對(duì)裂縫產(chǎn)生的影響分析，得出建筑施工混凝土裂縫的檢測(cè)和防治基本流程，見圖1所示。

圖1 混凝土裂縫的檢測(cè)和防治流程示意圖

2.1 材料選擇與優(yōu)化

（1）水泥品種和質(zhì)量的優(yōu)化。在選擇水泥時(shí)，應(yīng)考慮其品種、質(zhì)量以及與混凝土配合比設(shè)計(jì)的適應(yīng)性。對(duì)于一些特殊工程或重要部位，可采用低水化熱水泥或高強(qiáng)度水泥，以增加混凝土的抗裂性能。在水泥用量方面，對(duì)于強(qiáng)度普通的混凝土的水泥用量應(yīng)控制在270～450kg∕m3之間，高強(qiáng)度混凝土的水泥用量應(yīng)控制＜550kg∕m3[2]。

（2）骨料粒徑和級(jí)配的優(yōu)化。在選擇骨料時(shí)，考慮其粒徑和級(jí)配的合理性。對(duì)于大體積混凝土或需要較高強(qiáng)度的工程，選用較大粒徑和良好級(jí)配的骨料，骨料比優(yōu)先采用5～40mm。同時(shí)，避免使用含有泥、有機(jī)質(zhì)等有害物質(zhì)的骨料，確保混凝土的質(zhì)量和強(qiáng)度。

（3）外加劑和摻合料的優(yōu)化。在選擇和使用外加劑和摻合料時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況和設(shè)計(jì)要求進(jìn)行合理配比，其中水膠比應(yīng)＜0.6。對(duì)于外加劑，應(yīng)選用質(zhì)量穩(wěn)定、效果顯著的正規(guī)廠家產(chǎn)品。對(duì)于摻合料，應(yīng)考慮其對(duì)混凝土強(qiáng)度、耐久性等方面的改善作用，如粉煤灰、礦渣粉等。

2.2 施工工藝改進(jìn)與優(yōu)化

（1）施工工藝流程的優(yōu)化。在施工過程中，優(yōu)化施工順序和環(huán)節(jié)，降低混凝土內(nèi)外溫差，減少收縮和徐變。在施工中，可采用分層或分塊澆筑的方法，以降低混凝土的內(nèi)外溫差和收縮應(yīng)力。

（2）混凝土的澆筑、振搗優(yōu)化。在澆筑時(shí)，控制澆筑速度，過快將使混凝土溫度過高；振搗時(shí)選用合適的振搗設(shè)備和技術(shù)參數(shù)，確保振搗密實(shí)；養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)足夠長(zhǎng)且期間應(yīng)保持適宜的溫度和濕度條件，以減少收縮和徐變[3]。此外，當(dāng)氣溫低于25℃時(shí)，攪拌、運(yùn)輸、澆筑入模的總時(shí)間應(yīng)小于90min，當(dāng)氣溫高于25℃時(shí)，攪拌、運(yùn)輸、澆筑入模的總時(shí)間應(yīng)小于60min[4]。

（3）拆模時(shí)間及方式的優(yōu)化。在拆模前，應(yīng)進(jìn)行混凝土強(qiáng)度和彈性模量的檢測(cè)，確保其達(dá)到設(shè)計(jì)要求。同時(shí)，應(yīng)控制拆模時(shí)間和順序，避免過早或過晚的拆卸導(dǎo)致混凝土開裂。底模拆除對(duì)混凝土強(qiáng)度的具體要求[5]如表1所示。

表1 底模拆除對(duì)混凝土強(qiáng)度的要求

2.3 環(huán)境因素控制與應(yīng)對(duì)

（1）溫度變化監(jiān)測(cè)。在施工過程中，加強(qiáng)對(duì)混凝土溫度的監(jiān)測(cè)和控制。通過采用溫度監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)混凝土內(nèi)部和表面的溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)控。在高溫季節(jié)或寒冷季節(jié)施工時(shí)，應(yīng)采取相應(yīng)的遮陽、保溫等措施，以降低混凝土的溫差和收縮應(yīng)力。

（2）凍融循環(huán)的優(yōu)化。在寒冷地區(qū)，施工過程中制定相應(yīng)的預(yù)防和補(bǔ)救措施。如，在混凝土中添加防凍劑、降低水灰比、增加引氣劑等措施來提高混凝土的抗凍性能。

（3）荷載變化精確計(jì)算。在設(shè)計(jì)和施工過程中，對(duì)荷載變化進(jìn)行精確計(jì)算和合理安排，通過采用有限元分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化等措施，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析和設(shè)計(jì)優(yōu)化，以降低荷載對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的影響。同時(shí)，在施工過程中，應(yīng)合理安排施工順序和施工荷載，避免對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)造成過大的應(yīng)力集中或扭曲變形。

3 建筑施工過程中混凝土裂縫防治技術(shù)措施的應(yīng)用

3.1 項(xiàng)目概況

貴州地區(qū)某建筑工程總建筑面積77410m2，建筑總高度96m，地上26層，地下1層，建筑設(shè)計(jì)年限為50年，該建筑采用鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)，基礎(chǔ)形式為樁基承臺(tái)，是一座集辦公、會(huì)議、接待等于一體的綜合性大樓。由于該建筑對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和耐久性的要求較高，施工過程中必須采取有效的混凝土裂縫防治技術(shù)措施，以確保建筑的質(zhì)量和安全性。

3.2 混凝土裂縫防治技術(shù)措施

3.2.1 施工工藝的改進(jìn)與優(yōu)化

（1）分層或分塊澆筑：根據(jù)實(shí)際情況，該項(xiàng)目采用了“分段放坡、薄層澆筑、循序漸進(jìn)”的澆筑方法。

（2）控制澆筑速度：根據(jù)實(shí)際情況，該項(xiàng)目將澆筑速度控制在15m3∕h以內(nèi)。

（3）加強(qiáng)振搗：該項(xiàng)目采用高頻振搗器進(jìn)行振搗，并控制振搗時(shí)間在15～20s之間。

（4）及時(shí)養(yǎng)護(hù)：該項(xiàng)目采用塑料薄膜覆蓋和灑水養(yǎng)護(hù)相結(jié)合的方法，保持混凝土表面的濕潤(rùn)度。同時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)一些關(guān)鍵部位進(jìn)行特殊的養(yǎng)護(hù)措施。

通過施工工藝改進(jìn)與優(yōu)化，該項(xiàng)目的混凝土質(zhì)量得到了顯著提高，裂縫得到了有效控制。具體數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 施工工藝改進(jìn)前后混凝土裂縫數(shù)量對(duì)比

3.2.2 溫度因素控制與應(yīng)對(duì)

為了確保混凝土在適宜溫度下進(jìn)行水化過程，防止混凝土因溫度過高造成的溫度應(yīng)力增加和可能引發(fā)的有害裂縫生成，該項(xiàng)目經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后在混凝土中加入緩凝劑，并利用儀器對(duì)混凝土的溫度進(jìn)行監(jiān)控。為更精確地監(jiān)測(cè)混凝土溫度，該工程采用HC-TW20型電子測(cè)溫儀測(cè)量混凝土溫度，該儀器的測(cè)溫范圍為-30～130℃之間；誤差為±0.3℃；工作環(huán)境溫度為-20～80℃；儀器體積為190mm×110mm×60mm；最高可測(cè)24個(gè)點(diǎn)位。

從完成澆筑后開始對(duì)混凝土溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)10d，并對(duì)上中下三個(gè)層面的溫度進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比，具體數(shù)據(jù)如圖2所示。從圖2可以得出，混凝土中心溫度上升最快，這是因?yàn)榍捌谒療岽罅糠艧嵩斐傻模凑绽碚撏扑悖行臏囟葢?yīng)在齡期為5d時(shí)達(dá)到溫度峰值，但是實(shí)際卻在齡期為6d時(shí)達(dá)到峰值，由此可以看出緩凝劑在混凝土中起到了推遲溫峰時(shí)間的作用；同時(shí)可以得出，環(huán)境溫度直接影響混凝土表面溫度的下降速度；混凝土底面溫度的變化速度最慢。經(jīng)過對(duì)混凝土的溫度控制，在混凝土養(yǎng)護(hù)階段出現(xiàn)的表面裂紋最寬僅為0.2mm，從現(xiàn)有施工質(zhì)量來看，該工程采用的溫度裂縫控制措施是可靠的。

圖2 大氣溫度、入模溫度及混凝土溫度對(duì)比分析圖

4 結(jié)束語

本文對(duì)建筑施工過程中混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)制及防治技術(shù)進(jìn)行研究，得出混凝土裂縫的產(chǎn)生因素包括材料、施工和環(huán)境等因素，并提出了相應(yīng)的防治措施。具體結(jié)論如下：

（1）混凝土在澆筑過程中通過施工工藝的優(yōu)化和改進(jìn)，混凝土裂縫數(shù)量由未優(yōu)化施工工藝的20條縮減至5條，裂縫率由原來的1.5%縮減至0.3%，可以有效地減少混凝土裂縫的數(shù)量，為后續(xù)混凝土裂縫控制提供了實(shí)例依據(jù)；

（2）混凝土在澆筑過程中，為了保證減少溫度裂縫的產(chǎn)生，可在混凝土中加入緩凝劑，并對(duì)加入緩凝劑后的混凝土溫度進(jìn)行監(jiān)控，在混凝土中加入緩凝劑后有效推遲混凝土溫度峰值，使混凝土凝固時(shí)裂縫寬度僅有0.2mm，有效地減少了混凝土裂縫的產(chǎn)生。