剖析裝配式建筑混凝土裂縫的危害及預防對策

摘要：隨著科技的快速發展，裝配式建筑以高效、環保的特性，逐漸成為現代建筑行業的主流趨勢。但是，這種新型建筑方式在實際應用中，時常出現混凝土裂縫問題，對建筑結構的穩定性和耐久性構成威脅。因此，深入探討裝配式建筑混凝土裂縫的危害，并提出相應的防治策略，以期為行業提供理論指導和實踐參考。

關鍵詞：裝配式建筑;混凝土裂縫;裂縫預防對策1裝配式建筑混凝土裂縫的形成機理及類型1.1形成機理

在裝配式建筑中，混凝土裂縫主要源于預制構件在生產和安裝過程中出現的應力變化和接縫處理不當。當預制構件在運輸和吊裝過程中受到額外的荷載時，會導致內部應力分布不均，進而產生裂縫。預制構件與現澆混凝土之間的連接部位，由于收縮和膨脹系數存在差異，也容易出現裂縫。

1.2常見裝配式建筑混凝土裂縫類型

1.2.1平行裂縫

平行裂縫是指沿著受力鋼筋方向出現的裂縫，與鋼筋的布置方向保持平行。平行裂縫在構件的澆筑面、墻板預埋管線部位以及樓板底面與墻板模具間這3個位置較為常見［1］。

1.2.2斜裂縫

斜裂縫的出現可以分為兩種情況：一是在預制梁安裝后，位置靠近支座，且遠離跨中，斜角隨著距離跨中的增加而增大。由其荷載分布不均，或者梁與支座的連接處應力集中導致的。當荷載超過梁的承載能力時，梁體將產生剪切應力，從而形成斜向的裂縫。二是出現在板式構件的邊角處，以及門式鋼架梁柱的轉角點。這些部位應力狀態復雜，受到彎矩、剪力和扭矩的共同作用，容易產生剪切破壞，形成斜裂縫［2］。

1.2.3龜裂

龜裂是由于混凝土內部的干縮、溫度變化或材料不均勻性引起，表現為細小、密集的網狀裂縫，出現在結構表面或內部。混凝土表面的龜裂寬度可能小于0.1 mm，雖然單條裂縫的寬度較小，但大量裂縫的出現會顯著降低結構的耐久性和防水性能。

1.2.4豎向裂縫

豎向裂縫是一種較為嚴重的混凝土裂縫，出現在墻體、柱子或樓板中，通常是在混凝土澆筑和硬化過程中，內部水分蒸發和硬化收縮，產生內部應力，這些應力無法通過結構自身得到有效釋放，就會在混凝土中產生裂縫以釋放積聚的能量。或者當外部環境溫度與混凝土內部溫度產生較大差異時，因熱脹冷縮的物理特性，混凝土會產生膨脹或收縮。如果這種變形受到約束，就會導致豎向裂縫的產生。其次如果建筑物的基礎在荷載作用下發生不均勻的沉降，將導致結構上部的應力分布發生變化，進而產生裂縫。

2混凝土裂縫的危害

2.1結構安全性的威脅

混凝土裂縫對結構安全性構成的威脅不容忽視。混凝土裂縫為水分和氧氣提供了通道，會導致鋼筋銹蝕，當混凝土保護層的裂縫寬度超過0.1 mm時，鋼筋銹蝕的速度會顯著增加，結構的剛度和整體性也會因裂縫而降低，甚至引發突發性的結構失效。在地震頻發地區，裂縫會削弱建筑抵抗地震的能力，如1995年日本神戶大地震中，部分建筑因裂縫擴展導致結構破壞加劇［3］。

2.2使用性能的降低

混凝土裂縫的出現會顯著降低裝配式建筑的使用性能。混凝土裂縫會導致水分、化學物質和其他環境因素滲透到結構內部，加速鋼筋銹蝕，從而影響結構的承載力和穩定性。寬度僅為0.3 mm的裂縫就能使雨水滲透，長期下來就會導致內部鋼筋的腐蝕率提高30%以上。并且，混凝土裂縫還會影響建筑的氣密性，降低保溫隔熱效果，增加建筑的能耗，使空調和供暖系統的運行成本因此增加10%～20%。在住宅或辦公環境中，混凝土裂縫會導致室內舒適度下降，影響居住者或使用者的體驗，甚至對室內空氣質量產生負面影響，降低建筑的總體價值和使用壽命。

2.3環境影響與耐久性問題

混凝土裂縫的出現對環境影響與建筑耐久性構成了嚴重挑戰。混凝土裂縫如不及時處理，可能將原本設計壽命為50年的建筑降低至30年甚至更短。特別是在海洋性氣候或工業污染嚴重的地區，環境中的氯離子和酸雨通過裂縫侵入混凝土，會加速鋼筋銹蝕，降低結構的承載力。

2.4維護成本的增加

混凝土裂縫的出現會顯著增加裝配式建筑的維護成本。由于裂縫導致的鋼筋腐蝕，維修和更換鋼筋的成本會占到建筑生命周期成本的10%～20%。并且，裂縫引發的結構性能下降，需要更加頻繁的結構檢查和維修。這些額外的維護工作既消耗資金，也消耗資源和時間。

3裂縫產生的主要原因

3.1設計因素分析

裝配式建筑設計不合理會導致應力集中，引發裂縫的產生。一方面，接縫設計不當，會在接縫處產生過大的剪切或拉伸應力，裂縫直接發生概率達到30%以上。另一方面，預應力設計的不足，導致結構在使用過程中產生裂縫。

3.2施工過程中的影響

裝配式建筑中施工過程對混凝土裂縫的產生有著顯著影響，主要有以下方面：不當的澆筑和養護方法會導致混凝土早期開裂;施工期間溫度控制不當，混凝土在硬化過程中釋放的熱量無法有效散發，會導致內部應力積累，形成裂縫;施工進度過快，導致混凝土在未達到足夠強度時就受到荷載，加速裂縫的產生。

3.3材料質量與環境條件

在裝配式建筑施工中，材料質量和環境條件是導致混凝土裂縫的兩大誘因。一方面，材料質量直接影響混凝土的強度和耐久性，如果骨料的含泥量過高，就會使混凝土的抗拉強度下降，更容易產生裂縫。加上混凝土配合比設計不合理，水泥用量過多或水灰比過大，也會加劇裂縫的形成。另一方面，在極端溫度下施工或使用，混凝土的熱脹冷縮效應會導致內部應力增大，產生裂縫。并且，長期的濕度變化和凍融循環，也會降低混凝土的抗裂性能［4］。

3.4長期荷載與結構變形

在實際工程中，建筑物會受到如風荷載、地震荷載、自重等長期作用力，這些荷載隨著時間的推移，引起結構的微小變形。如果荷載超過混凝土材料承載能力的10%，即使微小的變形也足以引發裂縫的產生。此外，在預制構件的裝配過程中，預應力的損失，將導致構件的實際應力狀態與設計值產生偏差，從而引發裂縫。

4預防混凝土裂縫的對策

4.1優化設計與施工方案

優化設計與施工方案是預防混凝土裂縫產生的關鍵。因此，在設計階段，應充分考慮結構的受力特性，合理設置伸縮縫和沉降縫，以減少因溫度變化和地基沉降引起的裂縫。采用有限元分析軟件進行結構模擬，可更精確地預測潛在的應力集中區域，進行結構優化。并且，可以參考“少即是多”原則，簡化結構設計，減少不必要的復雜性，降低裂縫產生的可能性［5］。在施工過程中，需嚴格遵循施工規范和質量控制標準，明確混凝土的澆筑和養護條件，保證其早期和后期強度發展均勻。控制澆筑速度，切勿過快而導致內部產生大量氣泡和應力。合理安排施工順序，避免在混凝土未達到足夠強度時就施加過大的荷載。此外，采用預應力技術，預設拉應力，抵消一部分使用荷載引起的拉應力，減少裂縫的產生。最后，施工過程中的監測與調整同樣重要。可以利用現代監測技術，如應變傳感器和無人機巡檢，實時監控結構的應力狀態和變形。一旦發現異常，立即采取補救措施，防止裂縫的進一步發展。

4.2提高材料與施工質量控制

在裝配式建筑混凝土裂縫的防治中，提高材料與施工質量控制是重中之重。在材料方面，采用高性能混凝土，其早期和后期強度更高，收縮和徐變性能更優，可以有效減少因材料性能不佳導致的裂縫。同時，嚴格控制鋼筋的屈服強度和表面質量，避免因鋼筋問題引發的結構裂縫。在施工過程中，精確配合比設計，根據工程實際和環境條件，確保混凝土的和易性和工作性。合理控制澆筑與振搗工藝，澆筑過程中，避免產生過大的應力集中，防止因施工操作不當造成裂縫。混凝土澆筑后，應保持適宜的濕度和溫度，促進混凝土的正常硬化，減少因養護不當導致的裂縫。此外，引入先進的質量控制工具和技術，采用BIM技術進行施工模擬，提前預測和調整可能產生裂縫的施工步驟，利用物聯網設備實時監測混凝土的溫度和應力變化，有助于及時發現并處理裂縫隱患。

4.3加強施工過程中的監測與調整

加強施工過程中的監測與調整涉及對施工工藝的精細把控，以及對環境變化和結構應力的實時監控。例如，設置應力傳感器，實時監測混凝土在澆筑、硬化和服役過程中的應力變化，及時發現并調整可能引發裂縫的因素;采用BIM技術模擬施工過程，預測潛在的裂縫風險點，提前進行工藝優化或調整施工順序。加強監測與調整，保證每一環節的精準執行，可有效防止混凝土裂縫的出現，保障裝配式建筑的長期穩定與安全。

4.4裂縫預防的維護管理

裂縫預防的維護管理是確保裝配式建筑混凝土結構安全和耐久性的重要環節。因此，應定期進行結構檢查、早期裂縫識別以及修復。

4.4.1視覺檢查與初步評估

視覺檢查與初步評估是第一道防線，專業人員通過肉眼觀察，可以識別出混凝土表面的不規則形狀、顏色變化以及裂縫的寬度和長度。比如平行裂縫細長且均勻的線狀，斜裂縫呈現出不規則的鋸齒狀。評估可以參考國際上廣泛采用的裂縫寬度分類標準，如美國混凝土協會（ACI）的標準，將裂縫分為觀察級、關注級和警告級等。寬度小于0.2 mm的裂縫通常被視為觀察級，對美觀有影響，但對結構安全影響較小。寬度超過0.5 mm的裂縫劃分為警告級，需采取針對性的修復措施。

4.4.2非破壞性檢測技術

非破壞性檢測技術是指在不破壞構件的基礎上進行裂縫檢測。一是超聲波檢測技術，可用來檢測混凝土內部的裂縫和孔洞，通過分析超聲波在混凝土中傳播的速度和波形變化，可以精確判斷裂縫的深度和寬度，而不會對結構造成額外損傷。二是電阻率法，混凝土裂縫會導致內部電阻率發生變化，測量這一變化，可以評估裂縫的嚴重程度。三是聲發射技術能夠實時監測結構在荷載作用下產生的微小應變和裂縫擴展情況。當混凝土內部由于應力變化產生微裂紋時，會釋放出聲波信號，通過安裝在結構表面的傳感器收集這些信號，可以分析出裂縫的動態發展情況。

5結論

裝配式建筑混凝土裂縫防治關鍵點主要集中在混凝土配合比的優化、施工工藝的控制、構件養護的強化以及預制件質量的提升。隨著建筑行業對綠色、高效和可持續發展要求的提高，對裝配式建筑混凝土構件裂縫預防與管理更為重要。因此，我們要以更科學、更精細的方式預防和管理混凝土裂縫，推動裝配式建筑行業的健康發展。

參考文獻：

［1］岑惠敏，鄒貴通，林雨橋，等.裝配式建筑預制混凝土板裂縫預防及控制措施［J］.居舍，2020（16）：4748.

［2］楊帆，董春芳.基于AHPQFDTRIZ的裝配式混凝土預制構件質量控制研究［J］.中國新技術新產品，2024（5）：123126.

［3］舒楊波，王靜輝，醋銀超，等.裝配式混凝土構件質量控制［J］.散裝水泥，2022（6）：2526，29.

［4］曹高碩，王示，主紅香，等.桁架鋼筋混凝土疊合板底板開裂影響因素研究［J］.山東建筑大學學報，2020，35（5）：2734.

［5］張正偉.裝配式混凝土構件裂縫質量控制研究［J］.中華建設，2020（9）：4041.

基金項目：教育部產學合作協同育人項目“1+XBIM實訓室建設項目”（220700641270224）

作者簡介：馬榮，女，山西榆次人，講師，研究生，工程管理。