程磊

（山西四建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

混凝土材料在各類(lèi)工程建筑中都極為常見(jiàn)，然而其本身作為一種脆性材料，卻缺乏足夠的抗彎與抗壓性能，并且極易受到自身收縮特性的影響。此時(shí)一旦受到外界環(huán)境因素干擾，便會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，進(jìn)而嚴(yán)重影響了材料的使用性能。因此混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫預(yù)防問(wèn)題，一直是施工過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，以確保能夠有效提高建筑質(zhì)量，并減少安全問(wèn)題的發(fā)生。

1 混凝土裂縫的成因

1.1 抗壓性較差

混凝土表面看似堅(jiān)硬，實(shí)則其產(chǎn)生的抗拉力只有抗壓強(qiáng)度的1/10，如此也就決定了其拉伸變形能力非常小，其瞬時(shí)拉伸極限值僅為0.6×10-4～1.0×10-4，相當(dāng)于溫度下降降低了6～10℃后所產(chǎn)生的應(yīng)力影響。而哪怕是對(duì)混凝土材料進(jìn)行緩慢加載，其拉伸極限值也只能夠維持在1.2×10-4～2.0×10-4之間。因此盡管通過(guò)內(nèi)置鋼筋的形式可以有效提高材料的抗壓抗彎性能，但依舊無(wú)法徹底改變其容易受到損壞的特性。

1.2 溫度影響

房建工程中所使用的混凝土材料通常有著較大的截面尺寸，如此也就意味著其受到溫度變化影響極大。特別是在混凝土剛完成澆筑的4～5h 內(nèi)，材料自身的水化熱反應(yīng)最為劇烈，此時(shí)混凝土材料內(nèi)部的水分會(huì)大量蒸發(fā)，導(dǎo)致材料出現(xiàn)劇烈的收縮現(xiàn)象，大約可達(dá)到1%左右、并且由于這一收縮通常是從混凝土結(jié)構(gòu)表面開(kāi)始發(fā)生，一旦產(chǎn)生裂縫便會(huì)伴隨材料內(nèi)部水分的流失而向深處蔓延、擴(kuò)張，此時(shí)利用濕度復(fù)合擴(kuò)散方程式如式（1）所示。

式中:k——濕度擴(kuò)散系數(shù)，m2/h；μn——混凝土的濕度，kg；l——混凝土結(jié)構(gòu)深度，m；β1——濕度系數(shù)，m/h。

1.3 自然影響

混凝土材料長(zhǎng)期裸露于自然環(huán)境之下，往往會(huì)直接與空氣中的水和二氧化碳進(jìn)行接觸。長(zhǎng)此以往，會(huì)導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，不但會(huì)產(chǎn)生大量的碳酸鈣物質(zhì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生侵蝕，同時(shí)還會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致“碳化收縮裂縫”的形成，且隨著碳酸鈣產(chǎn)化物的不斷增加，引起的收縮裂縫也會(huì)逐漸加深、加寬。

1.4 荷載影響

房屋建筑的構(gòu)造特點(diǎn)是隨著工程進(jìn)度的不斷推移，結(jié)構(gòu)自身的荷載重量也會(huì)隨之增加。此時(shí)由于混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的配筋數(shù)量不合理，甚至是出現(xiàn)個(gè)別構(gòu)件不配鋼筋的情況，變化導(dǎo)致結(jié)構(gòu)自重所產(chǎn)生的拉應(yīng)力只能夠由混凝土自身來(lái)承擔(dān)，如此一來(lái)便增加了結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)的概率[1]。

2 房建工程中混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的防范措施

某房建項(xiàng)目為市行政規(guī)劃區(qū)內(nèi)一座高檔住宅小區(qū)，總建筑高度約為56.30m，建筑面積可達(dá)面積14486.4m2，其中包含地下建筑面積共958m2。建筑上部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土搭配剪力墻結(jié)構(gòu)，墻體內(nèi)部配有水、電氣、天然氣等管道系統(tǒng)。項(xiàng)目于2020年10月6日展開(kāi)了首層頂板混凝土澆筑工作，次日返回現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行觀察時(shí)，發(fā)現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)表面存在數(shù)道不規(guī)則裂縫。由于未能形成足夠重視，當(dāng)施工層數(shù)達(dá)到3 層時(shí)，已出現(xiàn)了大量裂縫情況，甚至局部裂縫已經(jīng)上下貫通。因此急需對(duì)施工方案進(jìn)行整改。

2.1 設(shè)計(jì)與構(gòu)造優(yōu)化

當(dāng)前房屋建筑對(duì)住宅的智能化水平提出了越來(lái)越多的要求，因此該項(xiàng)目在施工過(guò)程中需要在樓板中埋設(shè)大量的PVC 管線。如此一來(lái)便會(huì)對(duì)原有樓板結(jié)構(gòu)造成削弱，同時(shí)減少了混凝土結(jié)構(gòu)中的鋼筋配置，因此容易導(dǎo)致沿管線走向產(chǎn)生大量裂縫。因此工作人員在整改方案中，適當(dāng)增加了局部位置的結(jié)構(gòu)厚度，以避免由于管線交叉而削弱樓板截面。同時(shí)改變樓板內(nèi)部的布線方式，涉及多處管線重疊的情況，可采用線盒收納的形式進(jìn)行連接，同時(shí)保證多道管線一放射狀的形式均勻分布在樓板內(nèi)部，避免出現(xiàn)平行排布或密集排布的形式。

此外，優(yōu)化配筋的設(shè)計(jì)方案也是減少混凝土裂縫的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。鋼筋混凝土樓板具有明顯的受彎特征，理論上受彎構(gòu)件必然會(huì)受到拉應(yīng)力影響，因此建筑結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫是不可避免的現(xiàn)象。而進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)的目的便是為了有效控制裂縫寬度，時(shí)期不至于對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的使用性能產(chǎn)生影響。而鋼筋混凝土樓板的允許最大寬度如式（2）所示。

式中：WMAX——當(dāng)前配筋設(shè)計(jì)下的允許最大裂縫寬度；C——最外層縱向鋼筋距離構(gòu)件受拉區(qū)域的距離；acr——混凝土樓板的受力特征系數(shù)，通常取值為acr=2.1；dep——受拉位置縱向鋼筋的直徑；dte——受拉位置非預(yù)應(yīng)力鋼筋的直徑；ψ——縱向受拉鋼筋的不均勻應(yīng)變系數(shù)，通常取值為ψ=1～0.2；σsk——縱向受拉鋼筋的應(yīng)力；Es——受拉位置的相對(duì)粘結(jié)特性系。

由此可知，非預(yù)應(yīng)力鋼筋的直徑越大混凝土樓板所產(chǎn)生的寬度也就隨之增長(zhǎng)，因此在調(diào)整配筋設(shè)置的過(guò)程中，應(yīng)盡量采用高強(qiáng)鋼筋，同時(shí)適當(dāng)縮小鋼筋直徑，以此滿(mǎn)足建筑截面需求[2]。

因此在隨后的方案調(diào)整中，為了進(jìn)一步分散混凝土荷載，工作人員采用了φ6～φ8 抗裂鋼筋，沿管線預(yù)埋位置保持150mm 間距進(jìn)行錨固補(bǔ)強(qiáng)，且兩端錨固長(zhǎng)度應(yīng)至少在300mm 以上。同時(shí)調(diào)整非預(yù)應(yīng)力鋼筋直徑，將原有的φ8～φ12 鋼筋全部代換成φ6～φ10 鋼筋，并縮短鋼筋排列間距，從而進(jìn)一步提高樓板的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免受拉應(yīng)力影響導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

2.2 施工材料的選用

該工程1～3 層所使用的混凝土材料配比情況如表1所示。

表1 混凝土材料配比

該配比方案中，材料水灰比為0.46，砂率為41%，完全符合施工設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。但在實(shí)際施工過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)材料坍落度較大，大概在14～16cm 左右。同時(shí)振搗施工過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有產(chǎn)生大量泌水，并伴隨骨料沉淀、漿體上浮的現(xiàn)象，并且在水分蒸發(fā)之后會(huì)產(chǎn)生許多塑性收縮裂縫。為此在后續(xù)的施工管理過(guò)程中，工作人員對(duì)混凝土材料的配比方案作出了以下調(diào)整。

（1）進(jìn)一步控制好粗細(xì)骨料的級(jí)配問(wèn)題，保證細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)控制在2.3 以下，且需要經(jīng)過(guò)水洗減少骨料的含泥量，控制其最大含量不超過(guò)3%；粗骨料級(jí)配應(yīng)控制在5～25mm，同樣控制其含泥量不超過(guò)2%。

（2）改善混凝土性能，在保證其原有用水量180kg/m3不變的基礎(chǔ)上，適當(dāng)上調(diào)粉煤灰的使用比例，并摻入高效泵送劑材料，最后需要控制材料水灰比不大于0.46。

（3）調(diào)整混凝土砂率為42%，同時(shí)需要嚴(yán)格保證粉煤灰用量為水泥的20%，粗骨料用料至少在1000kg/m3以上。

（4）嚴(yán)格控制混凝土材料的坍落度，在材料送達(dá)現(xiàn)場(chǎng)正式展開(kāi)施工之前，需要由專(zhuān)業(yè)試驗(yàn)人員進(jìn)行檢測(cè)，保障材料坍落度控制在12～16cm。同時(shí)冬季作業(yè)還需要對(duì)混凝土溫度進(jìn)行檢測(cè)，保證其作業(yè)溫度不低于5℃。

（5）合理選擇混凝土材料的強(qiáng)度等級(jí)，將其控制在C20～C35 之間?；炷翉?qiáng)度并非越高越好，否則不但會(huì)浪費(fèi)施工成本，同時(shí)過(guò)高的強(qiáng)度等級(jí)也必然意味著水泥用量的增加，因此會(huì)產(chǎn)生更多的水化熱，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂。因此在施工過(guò)程中，強(qiáng)調(diào)工作人員應(yīng)充分把握好混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)60d 或90d 后的材料強(qiáng)度，以此適當(dāng)減少材料中的水泥用量，同時(shí)避免混凝土固化期間受到溫差影響[3]。

2.3 施工工藝的控制

（1）鋼筋支架布置。該項(xiàng)目在前期施工過(guò)程中，由于建筑自身重量不斷增加，導(dǎo)致建筑下部混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)多處開(kāi)裂現(xiàn)象。為了解決這一問(wèn)題，需要在施工過(guò)程中對(duì)工程項(xiàng)目增設(shè)鋼筋支撐架結(jié)構(gòu)，具體措施為選用直徑為20mm 的Ⅲ級(jí)鋼筋，在筏板底筋平面設(shè)置立桿，立桿下部與筏板底筋之間進(jìn)行焊接固定，采用100×（100×50）mm3規(guī)格的混凝土墊塊作為支撐；上部結(jié)構(gòu)則取代原有的水平通常架立筋，并選取φ20 鋼筋與立桿呈30°夾角焊接，以此起到斜撐作用，并分擔(dān)建筑下部結(jié)構(gòu)承受的應(yīng)力荷載避免在后續(xù)施工過(guò)程中出現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象。

（2）混凝土澆筑施工。建筑混凝土施工過(guò)程中，可以采用分層澆筑工藝，向模板中給料時(shí)可以采用1:6 的設(shè)計(jì)坡度，確?；炷敛牧夏軌蜃龅阶匀涣魈?，并沿斜坡緩慢流動(dòng)到頂端，以確保這一過(guò)程中能夠充分散發(fā)熱量。同時(shí)每層澆筑厚度應(yīng)控制在40～50cm 之間，完成一層澆筑之后，需要采用“前、中、后”3 道振搗程序同時(shí)施工，確保振搗棒間距控制在35cm 左右，單次振搗時(shí)長(zhǎng)需要控制在20～30s，直到混凝土表面變得平整，不再由氣泡泛出為止。此時(shí)工作人員需要注意的是，澆筑完成后應(yīng)每間隔30min 進(jìn)行二次振搗，進(jìn)一步排出粗骨料與鋼筋周?chē)乃忠约皻馀?，是混凝土能夠完全包裹鋼筋，從而減少裂縫現(xiàn)象的出現(xiàn)。

（3）排出泌水。為了有效清除混凝土表面泌水，施工過(guò)程中應(yīng)注意采用斜面澆筑的方法，即先從一側(cè)進(jìn)行澆筑，當(dāng)混凝土材料逐漸到達(dá)模板頂端后往回澆筑，目的是為了是混凝土層形成一個(gè)斜面，并起到集水效果。隨后工作人員可分別從模板兩側(cè)進(jìn)行混凝土澆筑，以此逐漸縮小集水坑范圍，并在這一過(guò)程中同步使用抽水泵將坑內(nèi)積水排出。

2.4 后期養(yǎng)護(hù)的管理

（1）測(cè)溫管理?；炷吝M(jìn)入初凝階段，不再進(jìn)行持續(xù)放熱之后，即可進(jìn)行人工覆膜養(yǎng)護(hù)。這一階段混凝土的硬度剛剛達(dá)到人在上面行走只能夠留下腳印的程度，此時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)的目的是為了更好地發(fā)揮混凝土的徐變特性，并減少溫度對(duì)其帶來(lái)的影響。因此工作人員可以在覆膜的基礎(chǔ)上再覆蓋一層麻袋，并根據(jù)外界溫度情況來(lái)適當(dāng)灑水保濕，避免混凝土內(nèi)外產(chǎn)生溫差梯度，以此來(lái)減少溫度裂縫的出現(xiàn)。為此再養(yǎng)護(hù)工作中，工作人員需要重點(diǎn)關(guān)注的工作便是對(duì)混凝土進(jìn)行測(cè)溫管理。

具體方法可以更具混凝土結(jié)構(gòu)的平面軸線來(lái)劃分測(cè)溫區(qū)域，要求在同一軸線內(nèi)至少擁有4 個(gè)測(cè)溫點(diǎn)；同時(shí)根據(jù)澆筑面縱向高度度，應(yīng)分別在其上、中、下3 個(gè)區(qū)域內(nèi)均勻設(shè)置軸線，控制其最大間距不得超過(guò)60cm。確立測(cè)點(diǎn)后，工作人員便可以隨著混凝土養(yǎng)護(hù)周期的變化，來(lái)定期測(cè)量混凝土的結(jié)構(gòu)溫度。具體標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

表2 測(cè)溫控制

（2）降溫管理。工作人員在進(jìn)行測(cè)溫讀數(shù)采集的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)外溫度差異較大的情況后，不可盲目采取措施進(jìn)行降溫，而是應(yīng)確保其抗裂安全度符合以下條件的情況下來(lái)進(jìn)行降溫，如式（3）所示。

式中：K——抗裂安全度；ft——混凝土抗拉強(qiáng)度值；σ（t）——當(dāng)前階段混凝土最大溫縮效應(yīng)力。

（3）表面涂抹環(huán)氧膠泥。完成養(yǎng)護(hù)后，對(duì)建筑表面一些較為集中的但寬度不足2mm 的細(xì)小裂縫，工作人員可以采用環(huán)氧膠泥進(jìn)行涂抹，如此不僅能夠起到有效的修復(fù)作用，同時(shí)還可以避免混凝土結(jié)構(gòu)在使用過(guò)程中，由于受到外力因素影響而引發(fā)的碳化問(wèn)題。具體措施為在100mL 環(huán)氧樹(shù)脂中，加入10mL 鄰苯二甲酸丁酯、30～40mL 二甲苯、9～12mL 乙二胺、25～45g 粉料，充分拌勻后涂抹在混凝土結(jié)構(gòu)表面即可。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，引發(fā)建筑混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫的主要因素，大多集中在荷載、溫差以及材料配置等三個(gè)方面。因此在預(yù)防建筑結(jié)構(gòu)裂縫問(wèn)題的過(guò)程中，工作人員需要明確誘發(fā)裂縫的原因所在，進(jìn)而在施工工藝與設(shè)計(jì)方案上進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，以此避免建筑工程出現(xiàn)質(zhì)量問(wèn)題。