王文彬

（蘭州石化職業(yè)技術(shù)大學(xué)，甘肅 蘭州 730207）

0 引言

在工業(yè)與民用建筑施工過程中，由于未監(jiān)管好設(shè)計(jì)、施工、管理等環(huán)節(jié)，所以容易產(chǎn)生混凝土結(jié)構(gòu)裂縫。若裂縫數(shù)量不斷增多，會(huì)導(dǎo)致建筑結(jié)構(gòu)承載力不足、空間穩(wěn)定性不強(qiáng)、建筑受力發(fā)生變形。在工業(yè)與民用建筑中，小于0.05 mm寬度的裂縫是沒有危險(xiǎn)性的，在實(shí)際檢驗(yàn)中會(huì)將小于0.05 mm寬度裂縫的建筑物視為無裂縫結(jié)構(gòu)，而大于0.05 mm寬度的裂縫則需要及時(shí)處理，防止裂縫對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不良影響甚至產(chǎn)生滲漏等問題。工業(yè)與民用建筑的結(jié)構(gòu)裂縫問題深受社會(huì)公眾的關(guān)注，故系統(tǒng)性研究建筑混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成狀況，提出預(yù)防措施及方法是非常有意義與價(jià)值的。

1 工業(yè)與民用建筑施工中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成機(jī)理及原因

1.1 工程概況

本文所選的工業(yè)與民用建筑為甘肅省某縣住宅小區(qū)項(xiàng)目22#、23#樓，該建筑結(jié)構(gòu)的防火分類是一類高層住宅建筑，耐火等級(jí)是地上一級(jí)、地下一級(jí)。整體建筑主樓高度在53.4 m，層數(shù)為19層（地下1層、地上18層）。樓棟總體建筑面積為10 074.32 m2，設(shè)計(jì)使用年限為50年。依據(jù)整個(gè)區(qū)域的水文地質(zhì)條件，此次勘察尚未見到地下水，不考慮地下水對(duì)本工程造成的影響。在基坑土方開挖時(shí)選擇進(jìn)行整片放坡開挖，開挖完成以后做施工墊層且封閉基坑禁止水浸和暴露。開挖時(shí)采用放坡開挖或支護(hù)的方式，保障坑壁的安全穩(wěn)定。

1.2 裂縫形成機(jī)理

混凝土由骨料、水泥、水、外加劑組成，是一種人工石材，屬于脆性材料。外界環(huán)境發(fā)生變化后，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生微變形。混凝土不同的組成材料有著不同的性能，故變形效果各不相同，比如水泥石的收縮幅度大、熱膨脹系數(shù)大，骨料收縮幅度小、熱膨脹系數(shù)小。因?yàn)椴牧献冃尾还潭ǎ舜酥g就會(huì)有約束力，故在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生微細(xì)裂縫，而這樣的微細(xì)裂縫是肉眼看不見的。若外荷載力、收縮力很大，微細(xì)裂縫寬度、長(zhǎng)度也會(huì)發(fā)生變化。拉應(yīng)力比混凝土自身抗拉強(qiáng)度大，微細(xì)裂縫會(huì)彼此貫通，導(dǎo)致裂縫寬度不斷加劇。如果裂縫寬度大于0.05 mm，肉眼就可以看到結(jié)構(gòu)表面的裂縫。

在鋼筋混凝土構(gòu)件中，鋼筋能夠與混凝土協(xié)同受力及相互約束，故混凝土裂縫的形成機(jī)理是黏結(jié)與滑動(dòng)的?；炷僚c鋼筋不會(huì)保持協(xié)調(diào)變形，以至于出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)的情況，比如受拉裂縫為裂縫受到受拉鋼筋拉伸或混凝土拉伸導(dǎo)致的變形。

1.3 裂縫形成的原因

該工程項(xiàng)目中的裂縫受到兩大類荷載：一是靜、動(dòng)荷載，二是變形荷載。

1.3.1 靜、動(dòng)荷載的直接應(yīng)力引起

鋼筋混凝土受彎構(gòu)件截面受到邊緣混凝土的拉應(yīng)力之后，截面最薄弱的部位會(huì)生成微細(xì)裂縫，裂縫周圍的鋼筋會(huì)受到更多拉應(yīng)力影響，并因載荷力的增加而加劇?；炷潦艿降睦瓚?yīng)力大，裂縫會(huì)向著兩邊收縮，致使混凝土表面出現(xiàn)滑移。而且，鋼筋混凝土內(nèi)部的黏結(jié)混凝土不斷收縮，截面受到的應(yīng)力會(huì)與裂縫還未出現(xiàn)的應(yīng)力狀態(tài)一致。因?yàn)榱芽p距離不斷增加，所以混凝土應(yīng)力也會(huì)不斷變大。裂縫兩側(cè)有著不均勻的鋼筋黏結(jié)應(yīng)力，如果應(yīng)力再達(dá)到抗拉強(qiáng)度就有了第二條裂縫。同理，混凝土周邊裂縫會(huì)接連出現(xiàn)，直至裂縫間距比兩裂縫拉應(yīng)力小，混凝土才不會(huì)有新裂縫產(chǎn)生。因混凝土質(zhì)量參差不齊，出現(xiàn)的裂縫也是隨機(jī)的，故裂縫也會(huì)存在分散分布的情況［1］。

1.3.2 混凝土材料引起

混凝土配合比出現(xiàn)問題包括很多方面，比如混凝土水灰比過大、砂率不符合要求、外加劑不合理等。這些問題都會(huì)對(duì)混凝土性能造成影響。如果采用過期水泥會(huì)使得構(gòu)件承載力弱，出現(xiàn)受力裂縫；骨料的有害物質(zhì)多，會(huì)出現(xiàn)不規(guī)則網(wǎng)狀裂縫；水泥水化熱過大，澆筑后也會(huì)出現(xiàn)溫度裂縫（見表1）。

表1 混凝土材料導(dǎo)致的裂縫問題

2 工業(yè)與民用建筑施工中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的類型

該工程項(xiàng)目的混凝土結(jié)構(gòu)變形有多個(gè)類別，可大致分成溫度裂縫、干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、沉陷裂縫5種。

2.1 溫度裂縫

溫度裂縫是受溫差影響而導(dǎo)致混凝土冷縮的狀況。混凝土的特性是熱脹冷縮，因內(nèi)部條件約束或外部條件約束，混凝土收縮不自由，致使混凝土內(nèi)部發(fā)生約束拉力，進(jìn)而出現(xiàn)裂縫。在對(duì)甘肅省某縣住宅小區(qū)項(xiàng)目22#、23#樓的基礎(chǔ)進(jìn)行澆筑時(shí)，因氣溫突然下降，使得表層混凝土與氣溫梯度增加，出現(xiàn)了溫差與溫度應(yīng)力。溫度裂縫走向是沒有規(guī)律的，多是縱橫交錯(cuò)的形式。深入建筑物內(nèi)部的溫度裂縫多是與短邊平行或是偏向于平行，裂縫會(huì)沿著長(zhǎng)邊出現(xiàn)，中間位置較為緊密。冬季裂縫會(huì)偏寬，夏季裂縫會(huì)偏窄。而且，這樣的裂縫會(huì)導(dǎo)致鋼筋銹蝕，削弱混凝土抗?jié)B透能力和抗疲勞能力。

2.2 干縮裂縫

干縮裂縫是在養(yǎng)護(hù)混凝土期間產(chǎn)生的，水泥漿的水分會(huì)不斷蒸發(fā)，進(jìn)而變得干縮。因混凝土各位置的水分蒸發(fā)情況不同，所以變形的效果也不同。干縮裂縫多是網(wǎng)狀、平行裂縫，寬度在0.2 mm以內(nèi)。當(dāng)混凝土內(nèi)部材料摻和不均時(shí)，混凝土干縮裂縫十分明顯。

2.3 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫是混凝土表面失水太快而引起的收縮，多會(huì)在大風(fēng)天氣、干熱環(huán)境出現(xiàn)。塑性收縮裂縫多是長(zhǎng)短不一的，在混凝土終凝前的強(qiáng)度偏小，當(dāng)風(fēng)大、溫度過高時(shí)，混凝土表面會(huì)很快失水，這會(huì)使得混凝土強(qiáng)度不足，進(jìn)而出現(xiàn)龜裂［2］。風(fēng)速越大，水分蒸發(fā)速度會(huì)變得越快（見表2）。

表2 風(fēng)速對(duì)水分蒸發(fā)速度的影響

2.4 沉降收縮裂縫

沉降收縮裂縫多見于混凝土表面，在澆灌環(huán)節(jié)會(huì)頻繁發(fā)生，等到混凝土硬化以后終止。澆搗混凝土?xí)r，粗骨料由于自重大會(huì)向下沉，而水泥漿會(huì)上浮。受粗骨料和鋼筋埋設(shè)等因素的影響，混凝土內(nèi)彼此分離。此外，混凝土組成材料有問題時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)開裂現(xiàn)象。

2.5 沉陷裂縫

沉陷裂縫是工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)地基不穩(wěn)、回填土壓實(shí)度不夠而造成的不均勻沉降。冬季，模板會(huì)支在凍土表面，凍土化凍后也會(huì)出現(xiàn)不均勻沉降。這類裂縫屬于貫穿裂縫，會(huì)與地面保持30°～45°的幅度發(fā)展，存在明顯的錯(cuò)位現(xiàn)象。但是，只要地基變形穩(wěn)定，工程項(xiàng)目沉陷裂縫就很穩(wěn)定。

3 工業(yè)與民用建筑施工中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的預(yù)防要點(diǎn)

3.1 溫度裂縫的預(yù)防

混凝土初凝前是混凝土養(yǎng)護(hù)的關(guān)鍵階段，施工時(shí)需格外重視。夏季施工時(shí)，混凝土泵送要嚴(yán)格控制混凝土的入模溫度。冬季施工時(shí)，應(yīng)加大混凝土澆筑的分層厚度，混凝土結(jié)構(gòu)厚度宜在1 m左右。在對(duì)混凝土表面溫度進(jìn)行控制時(shí)，因表面混凝土裸露在大氣中，混凝土表面溫度相比內(nèi)部溫度更低，故需對(duì)拆模完成之后的部分及時(shí)做澆水養(yǎng)護(hù)。嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行溫差控制，澆筑完成后的前5天，每隔2 h記錄1次溫差，第10天后則每隔6 h記錄1次溫差。

3.2 干縮裂縫的預(yù)防

預(yù)防干縮裂縫要注意5個(gè)方面：一是選擇粉煤灰水泥或中低熱水泥，使得混凝土水泥用量變少。二是控制混凝土配合比時(shí)要注意水灰比的數(shù)值，可適當(dāng)加入一些減水劑。三是嚴(yán)格控制骨料、砂的含水率。四是做好混凝土早期養(yǎng)護(hù)，延長(zhǎng)混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間。養(yǎng)護(hù)時(shí)要采用有效的保溫養(yǎng)護(hù)措施，并做好溫度記錄，保溫的材料有毛氈、塑料薄膜等。在實(shí)際澆筑時(shí)，還要對(duì)終凝混凝土做好保溫保濕，并適當(dāng)澆水（如圖1所示）。五是實(shí)施合理的混凝土澆筑工藝（如圖2所示）。混凝土出料口均配設(shè)1個(gè)振搗棒，第一階段在出料處，保證能夠自然流淌；第二階段在坡腳處，保證在混凝土下方操作；第三階段在斜面中間位置，保證各個(gè)點(diǎn)維持相關(guān)技術(shù)指標(biāo)。通過這一系列的做法，能夠解決建筑物中的裂縫問題［3］。

圖1 底板大體積混凝土維護(hù)圖

圖2 混凝土分層振搗示意圖

3.3 塑性收縮裂縫的預(yù)防

預(yù)防塑性收縮裂縫要注意5個(gè)要點(diǎn)：一是要選擇早期強(qiáng)度偏高的硅酸鹽水泥。二是要對(duì)混凝土水灰比加以控制，嚴(yán)禁隨意在混凝土內(nèi)加水，縮減水泥、水的用量。三是要保證基層、模板澆水的均勻，避免出現(xiàn)過于干燥的情況，保證混凝土塑性收縮。四是在混凝土表面蓋上潮濕草墊或塑料薄膜，及時(shí)養(yǎng)護(hù)好混凝土。五是在大風(fēng)、高溫天氣里設(shè)置擋風(fēng)設(shè)備或遮陽設(shè)備。

3.4 沉降收縮裂縫的預(yù)防

沉降收縮裂縫是大骨料優(yōu)先下沉和鋼筋埋設(shè)件不合理所導(dǎo)致的，為此在實(shí)際施工時(shí)應(yīng)當(dāng)做到分段定點(diǎn)、循序推進(jìn)。首先，泵送效率需有所提高，保障澆筑上下層混凝土的間隔時(shí)間不超過初凝時(shí)間［4］。依據(jù)混凝土泵送情況，每個(gè)澆筑帶前后要設(shè)兩道振動(dòng)器，一道設(shè)在混凝土出料口，保障上部混凝土的密實(shí)；另一道設(shè)在混凝土坡腳，保障下部混凝土的密實(shí)。推進(jìn)澆筑時(shí)要注意跟進(jìn)振動(dòng)器，澆筑完成后要用鐵滾筒碾壓，保證混凝土收縮裂縫的閉合。

3.5 沉陷裂縫的預(yù)防

沉陷裂縫的控制應(yīng)當(dāng)從以下5個(gè)方面著手：第一，若施工區(qū)域有填土地基、松軟土，需要先夯實(shí)加固。第二，要保證模板有足夠的強(qiáng)度、剛度和良好的支撐效果，地基受力保持均勻。第三，如果地基遭到水浸泡，要及時(shí)采取相應(yīng)的處理措施。第四，根據(jù)混凝土的同條件養(yǎng)護(hù)試塊對(duì)混凝土構(gòu)件的拆模時(shí)間進(jìn)行嚴(yán)格控制。第五，對(duì)凍土施工地區(qū)搭建的模板做出相應(yīng)的要求。

4 結(jié)束語

在建筑施工中必然會(huì)存在混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，其產(chǎn)生的原因是混凝土內(nèi)部不均勻變形而出現(xiàn)約束應(yīng)力。導(dǎo)致混凝土開裂的原因包括材料原因、結(jié)構(gòu)外力原因、施工原因、環(huán)境原因等，不同的原因致使混凝土裂縫表現(xiàn)各有差異。本文主要探討工業(yè)與民用建筑施工中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫形成機(jī)理、原因、類型，進(jìn)而提出相應(yīng)的預(yù)防要點(diǎn)?；炷两Y(jié)構(gòu)裂縫主要包括溫度裂縫、干縮裂縫、塑性收縮裂縫、沉降收縮裂縫、沉陷裂縫5種，在預(yù)防這5種裂縫時(shí)需采取合理的措施與方法。本文的研究能夠提高混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的處理質(zhì)量，避免建筑物裂縫病害的擴(kuò)大化。