建筑工程施工中混凝土裂縫的成因與治理方法

文／張志平 青島地鐵置業(yè)即墨有限公司 山東青島 266000

1.混凝土裂縫的危害

混凝土裂縫主要是因?yàn)榛炷两Y(jié)構(gòu)受到內(nèi)外因素的作用，產(chǎn)生物理結(jié)構(gòu)的變化，并且裂縫問(wèn)題的產(chǎn)生直接降低混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力、耐水性，以及防水性能，大大降低了建筑工程的整體施工質(zhì)量[1]。同時(shí)，混凝土裂縫主要包括：貫穿裂縫、表面裂縫、深層裂縫等方面。其中，貫穿裂縫主要先從表面開(kāi)始，逐步發(fā)展到深層次的裂縫，從而形成貫穿裂縫，并且這種裂縫會(huì)切斷結(jié)構(gòu)斷面，對(duì)工程結(jié)構(gòu)的整體造成一定的破壞，進(jìn)而帶來(lái)安全隱患。如圖1所示，表面裂縫盡管是因?yàn)闇囟人斐桑菚?huì)影響建筑工程的美觀性，危害不是很大；深層裂縫是因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)斷面裂縫切斷所造成的，這樣嚴(yán)重威脅著建筑工程結(jié)構(gòu)的使用性能。

圖1 貫穿裂縫

2.混凝土裂縫產(chǎn)生原因分析

2.1 主要原因

混凝土內(nèi)部熱源溫度變化導(dǎo)致的形變裂縫。混凝土完成施工后需要對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)，這主要是因?yàn)樗嘣跀嚢柽^(guò)程中會(huì)產(chǎn)生水化熱，尤其是完成混凝土塊澆筑后，其內(nèi)部溫度和熱量溫度變化幅度很大，如出現(xiàn)較大溫差時(shí)，混凝土的應(yīng)力會(huì)小于熱脹冷縮的拉力，混凝土裂縫就會(huì)產(chǎn)生[2]。一般來(lái)說(shuō)，這種溫度的變化通常在澆筑混凝土后7 天才能停止大幅度變化。

各種收縮對(duì)混凝土產(chǎn)生影響。混凝土和其他物質(zhì)一樣也會(huì)出現(xiàn)熱脹冷縮現(xiàn)象，收縮現(xiàn)象屬于混凝土成形后的一個(gè)重要的現(xiàn)象，相關(guān)學(xué)者和工程技術(shù)人員在研究和大量的工程實(shí)踐總結(jié)中已明確混凝土的收縮會(huì)導(dǎo)致一定的開(kāi)裂現(xiàn)象。混凝土的收縮主要可分為干燥收縮、自收縮、塑性收縮、化學(xué)收縮、溫度收縮和沉降收縮6 種形式。

徐變對(duì)混凝土的影響。混凝土徐變導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫的原因主要是因?yàn)樾熳兪沟没炷练肿娱g的相互約束力減少。結(jié)合工程實(shí)踐總結(jié)，徐變現(xiàn)象對(duì)于混凝土影響是雙面的。其主要是因?yàn)椋炷脸霈F(xiàn)徐變現(xiàn)象能使水化熱產(chǎn)生的溫度應(yīng)力下降，但伴隨而來(lái)的另外一個(gè)效果是混凝土形變量的增大，形變量的增大會(huì)加劇混凝土自重收縮形變，進(jìn)而形成不同幅度的形變?cè)黾覽3]。

混凝土各種組成材料的影響。混凝土組成材料較多，包括水泥、碎石、砂等粗、細(xì)骨料、替代摻和材料及化學(xué)外加劑等。在這些組成材料中，水泥材料的影響較大，一般來(lái)說(shuō)，混凝土裂縫產(chǎn)生的概率與水泥用量息息相關(guān)，用量越多，混凝土裂縫產(chǎn)生幾率越大。大量工程證明，骨料含泥量過(guò)高或比例搭配不合理會(huì)導(dǎo)致水泥漿與骨料之間的融合度變差，會(huì)加大體積混凝土產(chǎn)生裂縫產(chǎn)生的概率。而替代摻和材料及化學(xué)外加劑對(duì)混凝土的影響主要表現(xiàn)在對(duì)混凝土性能的改變上，加入減水劑，能實(shí)現(xiàn)混凝土的水膠的變大，避免混凝土出現(xiàn)化學(xué)收縮。但不同工程存在一定的差異性，外加劑的應(yīng)用需要結(jié)合工程具體情況，根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，因地制宜針對(duì)性的加入，才能最大限度發(fā)揮外加劑的效用。

2.2 其他原因

不按規(guī)范施工引起的混凝土裂縫。混凝土工程施工，尤其在夏季白天時(shí)候，其溫度較高，導(dǎo)致混凝土在拌和過(guò)程中水分蒸發(fā)較快，混凝土的和易性降低，如不進(jìn)行配合比的優(yōu)化或出現(xiàn)不當(dāng)?shù)氖┕ぃ缥茨芙Y(jié)合高溫效應(yīng)進(jìn)行配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)，混凝土未達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度就已經(jīng)拆了模板，或者是模溫度過(guò)高導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性差，未能持續(xù)養(yǎng)護(hù)等，這些不規(guī)范施工現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致水分過(guò)快蒸發(fā)，引發(fā)干縮裂縫和自收縮裂縫現(xiàn)象大面積存在。

振搗方式不科學(xué)會(huì)影響大體積混凝土最終振搗效果。很多混凝土施工項(xiàng)目由于振搗方式不合理使得混凝土出現(xiàn)離析問(wèn)題，導(dǎo)致混凝土表面的浮漿的水分流失嚴(yán)重，水分的缺失導(dǎo)致干縮裂縫產(chǎn)生，最終引發(fā)的后果是混凝土結(jié)構(gòu)越來(lái)越薄弱，最終出現(xiàn)開(kāi)裂[4]。

養(yǎng)護(hù)措施未能落實(shí)到位。完成混凝土澆筑后，需要進(jìn)行及時(shí)科學(xué)的養(yǎng)護(hù)以避免混凝土結(jié)構(gòu)表面在日曬下流失嚴(yán)重，從而出現(xiàn)水化熱問(wèn)題，引發(fā)混凝土內(nèi)部空隙增大，導(dǎo)致干縮現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生。容易受到外部環(huán)境和氣候的影響。混凝土的施工過(guò)程是處于室外環(huán)境的，因而高溫、大雨、下雪等外部環(huán)境和天氣會(huì)直接影響到混凝土的施工質(zhì)量。如在高溫天氣下，混凝土?xí)诟邷刈饔糜绊懴拢霈F(xiàn)溫度應(yīng)力失控現(xiàn)象；在大雨環(huán)境下，混凝土的配合比會(huì)由于雨水而出現(xiàn)變化；在下雪環(huán)境天氣下，由于溫度過(guò)低，混凝土的凝固時(shí)間會(huì)延長(zhǎng)，影響混凝土質(zhì)量。混凝土是由水泥漿體跟粗細(xì)骨料拌和而成的復(fù)合型材料。從裂縫所處的位置以及性質(zhì)來(lái)看，裂縫往往可以分成三類：貫穿裂縫、深層裂縫、表面裂縫三類，如圖2。

圖2 裂縫的分類

根據(jù)裂縫產(chǎn)生的機(jī)理，將裂縫分為以下三種：

（1）混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力引起變形所產(chǎn)生的裂縫。

（2）混凝土內(nèi)部的混凝土封閉性較大，聚集的熱量得不到及時(shí)釋放，而混凝土外表經(jīng)過(guò)一系列的養(yǎng)護(hù)措施，其外表熱量得到散發(fā)，從而控制溫度上升。這樣會(huì)出現(xiàn)內(nèi)外溫差過(guò)大，內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部又產(chǎn)生拉應(yīng)力，內(nèi)外在雙重應(yīng)力的影響下，會(huì)導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)形變，一旦形變量超過(guò)極限拉伸值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)混凝土裂縫。

（3）混凝土完成澆筑后，在完成澆筑至配筋前這一段時(shí)間內(nèi)，混凝土?xí)霈F(xiàn)抗拉能力差的特點(diǎn)。同時(shí)在溫度應(yīng)力的作用下會(huì)出現(xiàn)拉伸效應(yīng)，一旦拉應(yīng)力超過(guò)一定程度，就會(huì)產(chǎn)生貫穿裂縫，影響其功能。

3.混凝土裂縫的防治措施

3.1 混凝土原材料的控制

混凝土原材料的選擇與控制是預(yù)防混凝土裂縫產(chǎn)生的重要手段。

（1）水泥的選擇。優(yōu)質(zhì)的水泥可提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性，從而減少混凝土裂縫的產(chǎn)生。建議選擇標(biāo)號(hào)高、活性好的水泥，并嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)配合比使用。

（2）骨料的選擇。骨料應(yīng)具有較高的抗壓強(qiáng)度和硬度，并經(jīng)過(guò)篩分和洗滌處理，以保證混凝土的均勻性和致密性。

（3）控制水灰比例。水灰比例過(guò)高會(huì)使混凝土的強(qiáng)度降低，過(guò)低則會(huì)增加混凝土的收縮率和膨脹率，容易形成混凝土裂縫。因此，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求控制水灰比例。

（4）減少添加劑的使用。盡量避免在混凝土中添加大量的化學(xué)添加劑和外加劑，因?yàn)檫@些添加劑可能會(huì)影響混凝土的物理和化學(xué)性能，導(dǎo)致混凝土的耐久性和穩(wěn)定性下降。

（5）加強(qiáng)原材料管理。建立完善的原材料質(zhì)量檢測(cè)制度，對(duì)水泥、骨料等原材料進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)，并及時(shí)處理不合格的原材料。同時(shí)，建立健全原材料采購(gòu)、儲(chǔ)存和配送管理制度，確保混凝土原材料供應(yīng)充足且質(zhì)量有保障[5]。

3.2 優(yōu)化施工結(jié)構(gòu)

（1）合理設(shè)置伸縮縫。在混凝土結(jié)構(gòu)中合理設(shè)置伸縮縫，以緩解混凝土的熱膨脹和收縮應(yīng)力。如果未能設(shè)置伸縮縫或伸縮縫設(shè)置不當(dāng)，混凝土可能會(huì)出現(xiàn)過(guò)度應(yīng)力而產(chǎn)生裂縫。

（2）控制混凝土厚度。在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，尤其是在板、墻等大面積結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意控制混凝土的厚度。過(guò)厚的混凝土?xí)黾踊炷恋膬?nèi)部溫差，進(jìn)而導(dǎo)致混凝土的收縮或膨脹過(guò)大而產(chǎn)生裂縫。

（3）控制施工環(huán)境溫度。在混凝土澆筑后，應(yīng)控制施工環(huán)境的溫度和濕度，尤其是在低溫天氣下，采取加蓋保溫等措施使混凝土快速達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，避免出現(xiàn)溫度裂縫。

（4）使用專用材料。采用專門用于混凝土構(gòu)件的材料，如伸縮縫材料、防裂纖維等，可有效預(yù)防混凝土裂縫的產(chǎn)生。

（5）控制澆筑方式。在混凝土施工過(guò)程中，應(yīng)注意控制澆筑方式，確保混凝土的均勻性和致密性。不當(dāng)?shù)臐仓绞娇赡軙?huì)使混凝土存在過(guò)度的振動(dòng)或擠壓，從而產(chǎn)生混凝土裂縫。

（6）合理分布鋼筋。在混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，合理分布鋼筋可有效防止裂縫的產(chǎn)生，特別是在大跨度混凝土梁、板、墻等結(jié)構(gòu)中，要注意鋼筋的布置和數(shù)量，以提高混凝土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。

（7）采用預(yù)應(yīng)力混凝土。預(yù)應(yīng)力混凝土具有良好的抗拉強(qiáng)度和變形能力，可有效降低混凝土的收縮率和膨脹率，從而減少混凝土裂縫的發(fā)生。因此，在需要更高強(qiáng)度和更大跨度的混凝土結(jié)構(gòu)中，采用預(yù)應(yīng)力混凝土是一種比較理想的方案。

（8）注意混凝土養(yǎng)護(hù)。混凝土養(yǎng)護(hù)不當(dāng)也可能導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。因此，在混凝土澆筑后，要加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)管理，包括覆蓋保溫、濕潤(rùn)養(yǎng)護(hù)、控制拆模時(shí)間等，以確保混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性。

3.3 加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)

加強(qiáng)后期養(yǎng)護(hù)對(duì)于預(yù)防混凝土裂縫產(chǎn)生具有重要意義。

（1）按規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。在混凝土澆筑后，應(yīng)按照規(guī)定進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。一般來(lái)說(shuō)，混凝土最好在澆筑24h 內(nèi)進(jìn)行拆模，然后控制環(huán)境溫度和濕度，采取覆蓋保溫、噴水養(yǎng)護(hù)等措施，確保混凝土的充分硬化和強(qiáng)度發(fā)揮。

（2）逐步降低溫度。在初期養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，應(yīng)控制混凝土的溫度并逐步降低，以避免因溫度變化而引起的混凝土收縮膨脹不均，從而導(dǎo)致混凝土裂縫的產(chǎn)生。

（3）增加養(yǎng)護(hù)時(shí)間。在養(yǎng)護(hù)工作中，養(yǎng)護(hù)時(shí)間也很關(guān)鍵。一般養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)根據(jù)混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和環(huán)境條件來(lái)確定。如果養(yǎng)護(hù)時(shí)間過(guò)短，混凝土的強(qiáng)度可能沒(méi)有充分發(fā)揮，容易出現(xiàn)裂縫。

（4）采取保濕措施。在混凝土的早期養(yǎng)護(hù)中，保濕措施十分重要。通過(guò)噴水、覆蓋塑料薄膜等方式，可有效保持混凝土的濕度，并促進(jìn)混凝土的強(qiáng)度發(fā)揮。

（5）防止機(jī)械損傷。在混凝土結(jié)構(gòu)成型后進(jìn)行后續(xù)施工過(guò)程中，應(yīng)注意防止對(duì)混凝土的機(jī)械損傷，如碰撞、割切等操作都可能導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂和破壞。

（6）避免溫度變化過(guò)大。在混凝土結(jié)構(gòu)的初期養(yǎng)護(hù)中，應(yīng)避免溫度變化過(guò)大。如果施工環(huán)境存在溫度波動(dòng)較大的氣候，可采取覆蓋保溫、噴水養(yǎng)護(hù)等方式逐步控制混凝土的溫度。

（7）定期檢查養(yǎng)護(hù)情況。在混凝土結(jié)構(gòu)養(yǎng)護(hù)過(guò)程中，還要定期檢查養(yǎng)護(hù)情況。如果發(fā)現(xiàn)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)或已經(jīng)出現(xiàn)裂縫，應(yīng)及時(shí)采取補(bǔ)救措施，以避免混凝土結(jié)構(gòu)的損壞和安全隱患。

（8）合理安排使用時(shí)間。在混凝土結(jié)構(gòu)完全硬化之前，應(yīng)合理安排使用時(shí)間，特別是起重機(jī)等對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)有較大振動(dòng)影響的設(shè)備，在混凝土尚未充分硬化之前，應(yīng)暫時(shí)停止使用[6]。

4.混凝土裂縫的治理方法

4.1 填充劑注入

填充劑注入是一種常用的混凝土裂縫治理方法。該方法通過(guò)注入特定的填充材料來(lái)填補(bǔ)混凝土裂縫，以修復(fù)和加固結(jié)構(gòu)，防止裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展和損害混凝土構(gòu)件。首先，對(duì)裂縫進(jìn)行清理，去除松散的混凝土碎屑、塵土和油污，以確保填充劑能夠充分附著在裂縫表面。接著，根據(jù)裂縫的類型、寬度和深度，選擇合適的填充劑材料。常用的填充劑包括聚氨酯、環(huán)氧樹(shù)脂、聚合物修補(bǔ)膠等，填充劑應(yīng)具有良好的流動(dòng)性和粘結(jié)性能，以便充分填充裂縫。將填充劑注入裂縫，通常可使用注射器或泵浦來(lái)實(shí)施注入過(guò)程。從裂縫的一端開(kāi)始注入，直到填充劑充滿整個(gè)裂縫，確保填充劑均勻分布和充實(shí)[7]。注入填充劑后，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)根據(jù)需要對(duì)填充劑進(jìn)行調(diào)整和平整，以使裂縫表面與周圍的混凝土結(jié)構(gòu)保持一致。最后，根據(jù)填充劑的要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)，以確保填充劑充分固化和強(qiáng)化，養(yǎng)護(hù)時(shí)間和方法可能因所使用的填充劑而有所不同。填充劑注入方法能夠有效填補(bǔ)混凝土裂縫，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和抗裂能力。然而，對(duì)于嚴(yán)重結(jié)構(gòu)裂縫或裂縫起因存在較大疑問(wèn)的情況，應(yīng)咨詢專業(yè)工程師或結(jié)構(gòu)師，以評(píng)估裂縫的性質(zhì)并確定最適合的治理方法。

4.2 植筋加固

植筋加固是通過(guò)在裂縫處埋設(shè)鋼筋或碳纖維片等材料，以增加混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力和抗裂性能。首先，對(duì)裂縫周圍區(qū)域進(jìn)行清理，去除松散的混凝土碎屑、塵土和油污，確保植筋材料能夠充分附著在混凝土表面。接著，在裂縫處進(jìn)行預(yù)處理，如切割V 型槽或開(kāi)槽，以增加植筋材料與混凝土之間的粘結(jié)強(qiáng)度。然后，根據(jù)裂縫的類型、寬度和結(jié)構(gòu)要求，選擇合適的植筋材料，常見(jiàn)的包括鋼筋、碳纖維片等，植筋材料應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度和粘結(jié)性能。將選定的植筋材料嵌入裂縫中，并將兩側(cè)附著在健康的混凝土結(jié)構(gòu)上。對(duì)于鋼筋，可以使用螺紋套筒或埋入混凝土，對(duì)于碳纖維片等材料，可以使用特定的粘合劑進(jìn)行固定。最后，對(duì)植筋加固部位進(jìn)行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)，使植筋材料充分固化和粘結(jié)。在必要時(shí)，修整植筋部位，使其與周圍的混凝土表面平整。植筋加固方法能夠有效增強(qiáng)裂縫處混凝土結(jié)構(gòu)的連續(xù)性和抗裂能力，以減少裂縫的擴(kuò)展和進(jìn)一步損害[8]。

4.3 膠粘劑修補(bǔ)

膠粘劑修補(bǔ)也是一種常用的混凝土裂縫治理方法，通過(guò)使用膠粘劑材料，如聚合物修復(fù)膠、修復(fù)膏等，填充和修補(bǔ)裂縫表面，以恢復(fù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和外觀。首先，對(duì)裂縫周圍區(qū)域進(jìn)行清理，去除松散的混凝土碎屑、塵土和油污，確保膠粘劑能夠充分附著在裂縫表面。接著，根據(jù)裂縫的類型、寬度和要求，選擇合適的膠粘劑材料，常見(jiàn)的膠粘劑包括聚合物修復(fù)膠、硬化樹(shù)脂等。膠粘劑應(yīng)具有良好的流動(dòng)性、粘結(jié)性能和耐久性。然后，將選擇的膠粘劑填充到裂縫中，可以使用填充刀或注射器等工具，確保膠粘劑充滿裂縫，并將表面平整[9]。在填補(bǔ)和修補(bǔ)膠粘劑之后，根據(jù)需要進(jìn)行平整和修整，使裂縫表面與周圍的混凝土結(jié)構(gòu)保持一致。最后，根據(jù)膠粘劑的要求，進(jìn)行適當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護(hù)，以確保膠粘劑充分固化和強(qiáng)化。養(yǎng)護(hù)時(shí)間和方法可能因所使用的膠粘劑而有所不同。膠粘劑修補(bǔ)方法可以有效地填補(bǔ)混凝土裂縫，恢復(fù)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和外觀。

結(jié)語(yǔ)：

總之，建筑工程施工過(guò)程中，混凝土裂縫問(wèn)題不容忽視，混凝土裂縫種類多樣，導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)的原因也各不相同，因此建筑施工人員要科學(xué)分析裂縫的類型和出現(xiàn)原因，提高對(duì)混凝土試驗(yàn)工作的重視程度，采取科學(xué)的施工工藝流程和施工方法，并針對(duì)后期出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題采取有效的加固技術(shù)來(lái)防止裂縫的發(fā)展，在整體上提升混凝土施工質(zhì)量，保證建筑工程項(xiàng)目施工的安全性和穩(wěn)定性。