試論建筑混凝土裂縫成因及施工防治措施

如何控制混凝土開裂是工程中的一大難題。首先對混凝土裂縫進行了歸類，其次從施工全過程提出了針對裂縫的防治措施。

混凝土; 裂縫; 溫度; 防治

TU755.7B

［定稿日期］2023-06-19

［作者簡介］劉潔（1983—），男，本科，工程師，研究方向為工程管理。

0 引言

城市經濟的快速發展助力了城市化的發展進程，也推動了建筑業的高速發展，混凝土施工便利、價格實惠，被視為建筑業使用最多、最廣泛的材料之一。大多基礎建筑設施的建造都要使用混凝土。混凝土裂縫制約著建筑物的整體質量，建筑質量的優劣與人們的工作生活息息相關，也直接關系著人民生命財產安全。而在混凝土結構中，由于其材料配比不當、結構變形、施工條件、荷載、溫度及其他原因等，常出現裂縫現象。裂縫一旦出現，常造成人們對建筑結構及安全的恐慌。經分析總結認為，80%以上的裂縫均是在混凝土結構尚未承受荷載前就已形成，裂縫是不可避免且具有可控性的。因此，要鑒別混凝土裂縫類型、成因，并采取相應的技術措施來確保建筑物的安全性、耐久性和適用性。

1 混凝土裂縫類型

混凝土裂縫根據構件受力與否可分為荷載裂縫和變形裂縫，也可理解為受力裂縫和非受力裂縫。將材料自身性質、收縮、溫度、沉降、施工、構造等因素造成的裂縫歸為非受力裂縫，將外部荷載及其次應力引起的裂縫歸為受力裂縫即荷載裂縫。根據凝結硬化時間分為混凝土水化反應前裂縫、水化反應中裂縫及水化反應后裂縫，根據發生位置可分為表面裂縫和深層裂縫［1］。表面裂縫產生于構件表面，一般肉眼可見，而深層裂縫常出現在構件內部，很難看到，可以發生于水泥石、骨料石內部，也可以發生于水泥石和骨料石的交接部位，且發生率高，將直接影響建筑物的安全和穩固。

2 不同混凝土裂縫的成因

2.1 荷載裂縫

受靜荷載、動荷載、次應力影響產生的荷載裂縫有直接應力裂縫和次應力裂縫。裂縫多出現在拉力區、剪力區或高振動頻率的位置，且規律較強。如牛腿受力構件的裂縫一般從集中荷載點向外部斜面擴展。需要注意的是，荷載裂縫的出現，標志著建筑結構承載力已接近極限，結構即將破壞。造成破壞的原因是構件截面尺寸變小。不少學者采用分形理論和標度理論研究混凝土構件在荷載作用下的裂縫規律，對混凝土構件的設計和維護具有借鑒意義［2-3］。

2.2 溫度裂縫

混凝土自身具有熱脹冷縮的性能，當混凝土內部溫度與表面溫度相差過大或外界氣溫變化幅度過大時，其內部溫度應力也會提升，導致產生裂縫，也稱之為溫差裂縫?；炷翝仓捌跁a生大量水化熱，由于混凝土熱傳導差，熱量就會在其內部聚集，構件內部溫度急劇上升，導致混凝土內外溫差加大，內部為受壓狀態，外部則受內部膨脹，表現為受拉狀態，進而出現裂縫。混凝土澆筑完成，拆除模板早期表面溫度下降較快，導致溫度應力反向變化，拉應力高出混凝土的抗拉承載度時，就會產生裂縫。由此可見，升溫、降溫階段均有可能產生裂縫，施工時要盡量減小或控制溫差［4］。

2.3 收縮裂縫

實際工程中收縮裂縫最為常見。混凝土塑性收縮、干縮、自生收縮、碳化收縮均可導致變形，甚至產生裂縫。塑性收縮一般發生在澆筑前期（4～5 h），此階段水分快速蒸發，混凝土因失水而體積縮小，尚未硬化、強度不足以抵抗這種收縮應力。干縮產生于硬化之后，表面溫度隨水分散失而減小，這種混凝土體積的減小稱為干縮失水過程，表層快，內部慢，表層收縮大，內部收縮小，拉力不均勻，故產生裂縫。自身收縮與外界環境無關，是由水泥和水產生的水化反應導致的。碳化收縮是由于二氧化碳與水泥中水化物發生化學反應引起的，由于發展較晚、具有局限性而一般不予計算。

2.4 沉降裂縫

沉降裂縫與地基變形有關。工程施工中部分建筑物基址土質松軟、土質不均勻，加之回填土未完全夯實、土壤含水量過高，都會引發地基沉降，進一步出現沉降裂縫。也有專家指出模板剛度不足、布設間距過大、底座不牢，也會導致沉降裂縫。如在凍脹地區，冬季土壤中游離水轉為冰，水分呈凍結狀態，體積膨脹，在春季解凍后體積收縮，地基會豎向不均勻沉陷，支承在土壤中的模板也會產生沉降，從而導致混凝土結構附加應力大于其抗拉能力而開裂。沉降裂縫多產生于剛度較低的位置，且多為深度或貫穿構件，其裂縫寬窄與沉降量和氣溫有關。

2.5 鋼筋銹蝕裂縫

當混凝土構件產生裂縫并逐步加大時，空氣中的二氧化碳會侵入構建內部，不僅混凝土保護層被碳化，鋼筋表面的氧化膜也會遭到破壞，進而表現為鋼筋銹蝕、承載力降低，直接影響到構件的安全性能、耐久壽命。許多學者研究表明，構件裂縫會沿鋼筋銹蝕方向延伸，常見的橫向垂直裂縫和順鋼筋裂縫兩種［5］。研究表明，橫向裂縫只是開啟鋼筋銹蝕的鑰匙，并不能控制其銹蝕速度，且銹蝕程度在海水、化學氣體等特殊環境下較一般環境更嚴重。順鋼筋裂縫在混凝土保護層開裂前，對鋼筋與混凝土的粘接力影響不大，一旦保護層開裂，二者粘結力會加速下降，混凝土構件安全隱患隨即產生。在實際工程中，不同鋼筋表面特征不同，導致銹蝕不均勻，應深入分析銹蝕產物的體積膨脹系數，來進一步研究銹蝕裂縫，為實際工程提供科學理論依據。

2.6 材料質量引起的裂縫

混凝土是由水泥、摻合料、水、外加劑等按一定比例配制而成的膠凝材料。其中水泥為主要粘結劑，水泥的種類、用量、粒徑會直接制約混凝土的質量?；炷临|量的好壞取決于原材料的把控，若未嚴格按設計標準采購材料或未按規定比例配制，都會直接導致混凝土開裂?；炷涟柚茣r要合理控制外加劑的劑量。混凝土內部的水熱化、骨料的均勻度、砂石含泥率不當都會造成混凝土開裂。如混凝土攪拌時應控制砂石含量，過高會導致混凝土的密實度下降，抗拉強度變小，收縮性增大，引起混凝土開裂。目前建筑市場大多為商品混凝土，為保證混凝土的質量，配制時會加適量的減水劑、引氣劑、泵送劑、緩凝劑、早強劑、防凍劑、著色劑等，優化混凝土的性質，減小內部應力，降低裂縫產生的可能性。

2.7 施工工藝引起的裂縫

混凝土澆筑過程中操作不合理，振搗力度過大或不足，易造成混凝土離析、空洞等質量問題。在混凝土構件支?！獫仓谱鳌鹉！\輸—堆放—起吊過程中，施工工藝不合理安排，會造成縱向、橫向、斜向、貫穿等裂縫，故應加強施工工藝規范化，保證混凝土質量。

2.8 養護不到位引起的裂縫

按標準落實混凝土養護工作，利于后期混凝土的質量保證。施工單位要重視養護技術，尤其在養護期關注外部天氣環境溫濕度變化，為控制混凝土整體溫濕度，要選擇正確的養護方法。夏季對混凝土用草編袋、塑料膜、保濕被等覆蓋保溫，灑水保濕，防止表面失水干燥引起裂縫。冬季應采取保溫隔熱措施，保證混凝土表層溫度，以免溫差應力過大引起開裂。養護過程中，施工單位應記錄數據，實時監控澆筑體內外溫差，發現異常及時采取技術措施，以保證混凝土的施工質量。

3 混凝土裂縫施工防治

3.1 施工前防治

3.1.1 優化結構設計

施工前，施工單位要組織專業的施工隊伍對施工現場進行全面勘察，熟悉場地地質條件，根據工程質量標準和建筑使用要求，優化設計混凝土結構，與設計單位共同制定科學的施工方案。結構設計人員也應綜合考慮設計與施工條件，合理設計構件預應力，提高整體結構的抗拉強度，減少溫度應力和收縮應力，避免產生裂縫。

3.1.2 嚴把原材料關

混凝土內部水泥水化熱過高是導致其開裂的主要原因之一。因此，施工前要優化混凝土各組成材料的配比，尤其水泥應嚴格控制。影響水泥水化熱的因素有水灰比、水泥熟料中礦物質、養護溫度等，配制時可以降低水灰比，選擇水化熱低的硅酸鹽水泥，同時選用高品質的砂、碎石等骨料。混凝土進場時，現場施工人員應核驗準確無誤，澆筑前應落實坍落度試驗，并按要求制作試塊，全部檢驗合格后方可澆筑。

3.2 施工中防治

3.2.1 把控施工方法

正確的施工方法及有效的施工管理對工程質量的保障至關重要?；炷翝仓獓栏癜词┕し桨钢械牧鞒踢M行，澆筑順序應科學合理，澆筑前將模板與構件的接觸面清理干凈，并驗收鋼筋綁扎、保護層厚度等。澆筑過程管理人員應全程監督跟蹤，振搗表面要平整，無漏振、過振現象，振搗至無氣泡，混凝土不再下沉，開始泛漿時停止。

3.2.2 控制施工溫度

混凝土澆筑應盡量選擇晴朗的天氣，并根據氣溫控制澆注溫度。如夏季可適當增加混凝土坍落度，搭建遮陽棚以降低太陽直射度，也可在水中加冰，同時在混凝土結構中嵌冷卻管，以降低內部溫度。遇到下雨天應立即停止澆筑，并對已完成澆筑的部位用防雨布覆蓋。

3.3 施工后防治

混凝土澆筑后，科學的養護能提高混凝土的質量。養護人員應著重監控混凝土的溫濕度，對于混凝土與空氣接觸面應及時用塑料布、塑料膜等覆蓋，降低表面水分蒸發速率［6］?；炷帘耩B護應達到規定齡期，便于后期順利拆模。混凝土終凝后每日進行灑水養護，根據天氣情況調整灑水量，要確?；炷帘砻鏉駶櫟珶o積水。

4 結束語

混凝土裂縫制約著混凝土結構的安全性及壽命年限。對于混凝土裂縫的防治，應結合工程實際，管理施工兩手抓，對已產生裂縫的構件詳細分析鑒別，普通裂縫可采取表面修復、壓力灌漿、化學灌漿、結構補強、混凝土置換等方法進行處理，提高建筑物的質量安全，確保建筑企業的經濟效益。

參考文獻

［1］ 趙亮.大體積混凝土開裂原因分析及防裂技術［J］.工程質量，2023（3）：86-88.

［2］ 崔亞平，陳寶義.分形理論在混凝土損傷表面的應用［J］.山西建筑，2005，31（23）：53-54.

［3］ 苑玉杰，周燚，駱少林，等.外部荷載作用下混凝土構件表面裂縫發展的標度律研究［J］.青島理工大學學報，2015，36（4）：30-35.

［4］ 李巖.從機理分析大體積混凝土收縮裂縫和溫度裂縫的防治措施［J］.建設監理， 2019（12）：77-79.

［5］ 楊曉旭.鋼筋混凝土結構裂縫及鋼筋銹蝕研究現狀［J］.山西建筑，2007，21（33）：81-82.

［6］ 張雷，王志華，佟繼有，等.養護環境對混凝土限制收縮開裂影響研究［J］.水資源與水工程學報，2022，3（33）：156-162.