楊 煊

目前，我國混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用愈加廣泛。但在實(shí)際使用中，由于混凝土材料本身具有脆性，受多重因素的影響極易出現(xiàn)裂縫?；炷廉a(chǎn)生裂縫的原因多樣，對結(jié)構(gòu)的影響也不盡相同?；诖?，本文以混凝土裂縫為研究主題，闡述了土木工程中混凝土裂縫的形成機(jī)理、裂縫的類型及成因，并提出了混凝土裂縫的可行性防治措施，旨在為提升混凝土的抗裂性能、延長混凝土的使用壽命提供借鑒與參考。

1 土木工程中混凝土裂縫的形成機(jī)理

1.1 混凝土材料的脆性

混凝土材料廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中，這種材料抗拉強(qiáng)度低且脆性大，抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度之間的差異性決定其極易出現(xiàn)斷裂的情況。當(dāng)拉應(yīng)變超過極限值時，混凝土外觀上就會表現(xiàn)為開裂[1]。

1.2 荷載作用下的裂縫

當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)受到的外界荷載較大時，會導(dǎo)致其內(nèi)部產(chǎn)生各種壓、擠、彎等作用力；當(dāng)承載力超過負(fù)荷時，便會出現(xiàn)裂縫[2]。通常情況下，荷載作用下的裂縫會在混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)部出現(xiàn)，只有外力影響較大時，裂縫才會擴(kuò)張成明顯的宏觀裂縫，發(fā)展過程為彌散狀裂縫→裂縫延伸→裂縫貫通→宏觀裂縫。

1.3 間接作用下的裂縫

間接作用下的裂縫是受混凝土結(jié)構(gòu)本身變形、基礎(chǔ)下降以及外界氣溫變化等影響因素出現(xiàn)的裂縫。例如，混凝土施工過程中會產(chǎn)生大量水化熱，導(dǎo)致溫度急劇升高，體積處于膨脹狀態(tài)。溫度下降時結(jié)構(gòu)收縮，當(dāng)收縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力大于混凝土自身極限抗拉強(qiáng)度時，混凝土表面就會出現(xiàn)裂縫。

2 土木工程中混凝土裂縫的類型與成因

2.1 受力裂縫

受力裂縫主要是由于混凝土結(jié)構(gòu)承受荷載作用所產(chǎn)生，內(nèi)力作用不同，裂縫類型也不同，主要包括以下幾種。

第一，受彎裂縫。因混凝土抗拉應(yīng)力較差，鋼筋承擔(dān)混凝土的全部拉應(yīng)力，在拉應(yīng)力區(qū)域通常會出現(xiàn)裂縫。受拉區(qū)裂縫與縱向受力鋼筋呈垂直分布狀態(tài)，受彎裂縫形態(tài)如圖1 所示。

圖1 受彎裂縫形態(tài)（來源：網(wǎng)絡(luò)）

第二，受壓裂縫。豎向混凝土結(jié)構(gòu)通常承受垂直荷載，當(dāng)壓應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗壓強(qiáng)度時，混凝土結(jié)構(gòu)受到破壞，從而出現(xiàn)受壓裂縫[3]。初始階段，受壓裂縫具有平行、不連續(xù)的特點(diǎn)，但在壓力長期作用下，裂縫逐漸延伸。

第三，受拉裂縫。受拉裂縫出現(xiàn)在拉力集中的區(qū)域且貫穿全截面，與拉應(yīng)力方向垂直。

第四，受扭裂縫。受彎矩、剪力的共同作用，混凝土結(jié)構(gòu)上會出現(xiàn)不貫通、相互垂直、連續(xù)螺旋狀的受扭裂縫。受扭裂縫形態(tài)如圖2 所示。

圖2 受扭裂縫形態(tài)（來源：網(wǎng)絡(luò)）

第五，受剪裂縫。在軸力、彎矩的共同作用下，混凝土結(jié)構(gòu)會出現(xiàn)與主壓應(yīng)力平行、梭子形狀的受剪裂縫。

2.2 收縮裂縫

收縮裂縫是間接裂縫的主要形式，主要包括以下幾種。

第一，膠凝裂縫。該類型裂縫是由于晶體固化引起混凝土材料自主收縮產(chǎn)生的裂縫，當(dāng)混凝土終凝結(jié)束后該裂縫將停止生長[4]。

第二，干燥裂縫。干燥裂縫是混凝土振搗后，孔道表面水分張力擴(kuò)大，混凝土表面失水后出現(xiàn)收縮，導(dǎo)致泥土離析出現(xiàn)的裂縫。

第三，碳化收縮裂縫。混凝土中含有CO2和CaO，這兩種化合物經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生CaCO3，導(dǎo)致混凝土的體積逐漸縮小，出現(xiàn)裂縫。

2.3 溫差裂縫

溫差裂縫是間接裂縫的一種，與收縮裂縫的特征和發(fā)展規(guī)律基本相同，但形成的原因不同。溫差裂縫是受溫度和熱量影響發(fā)生熱脹冷縮的物理反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫，主要包括以下幾種。

第一，大體積混凝土表面裂縫。該裂縫主要是由于結(jié)構(gòu)受到溫度影響產(chǎn)生應(yīng)變差異所導(dǎo)致。大體積混凝土表面裂縫形態(tài)如圖3 所示。

圖3 大體積混凝土表面裂縫形態(tài)（來源：網(wǎng)絡(luò)）

第二，外露結(jié)構(gòu)的季節(jié)溫差裂縫。雨棚等外露結(jié)構(gòu)長期受到外部氣溫環(huán)境變化的影響，導(dǎo)致混凝土表面出現(xiàn)溫差裂縫。

2.4 沉降裂縫

土木工程地基產(chǎn)生不均勻沉降的原因很多，若混凝土結(jié)構(gòu)受的力超過抗拉強(qiáng)度時，較為脆弱的部位便會出現(xiàn)裂縫。同時，在混凝土澆筑結(jié)束凝固前期，骨料呈現(xiàn)下沉狀態(tài)，從而導(dǎo)致裂縫問題出現(xiàn)。沉降裂縫大多為串聯(lián)形式，且出現(xiàn)的位置與沉降位置相對應(yīng)[5]。

2.5 施工裂縫

施工裂縫是因施工引起的混凝土結(jié)構(gòu)裂縫，產(chǎn)生原因較為復(fù)雜，主要包括建筑材料裂縫、模板裂縫、澆筑裂縫、養(yǎng)護(hù)裂縫以及預(yù)應(yīng)力裂縫。

2.6 構(gòu)造裂縫

構(gòu)造裂縫難以通過優(yōu)化設(shè)計規(guī)避，主要包括以下幾種。

第一，宏觀結(jié)構(gòu)體型裂縫。這種裂縫體量龐大，體形具有突變，易受多重因素影響，在混凝土薄弱區(qū)域產(chǎn)生開裂。

第二，局部構(gòu)件構(gòu)造裂縫。由于混凝土結(jié)構(gòu)外形有轉(zhuǎn)角，縱向受力鋼筋轉(zhuǎn)折，容易產(chǎn)生裂縫。

2.7 耐久性裂縫

耐久性裂縫主要包括以下幾種類型。

第一，凍融循環(huán)造成的裂縫。該類裂縫主要是由于混凝土結(jié)構(gòu)受冷空氣侵蝕，混凝土內(nèi)部水分結(jié)冰產(chǎn)生膨脹而出現(xiàn)的裂縫。裂縫的發(fā)展過程為凍融龜裂、粉化→出現(xiàn)裂縫→裂縫擴(kuò)大→附近結(jié)構(gòu)剝落[6]。

第二，鋼筋銹蝕膨脹產(chǎn)生的裂縫。該類裂縫主要是由于鋼筋質(zhì)量問題導(dǎo)致鋼筋表面出現(xiàn)銹斑，鋼筋膨脹而出現(xiàn)的裂縫。

第三，鹽堿類介質(zhì)引起的裂縫。該類裂縫是在結(jié)構(gòu)長期使用過程中，酸性液體逐漸進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部，使混凝土PH 值變化，最終導(dǎo)致混凝土脫離鋼筋，產(chǎn)生大面積裂縫。

第四，堿骨料反應(yīng)裂縫。混凝土的骨料石子含有SiO2，能夠與水泥中的堿產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成堿性硅酸鹽和碳酸鹽，使混凝土體積膨脹，出現(xiàn)裂縫。

2.8 偶然作用裂縫

偶然作用裂縫主要包括以下幾種。

第一，地震裂縫。地震裂縫是地震偶然荷載引起混凝土結(jié)構(gòu)開裂的裂縫。其形成情況較為特殊且具有瞬時性，甚至能夠造成建筑物的破壞。

第二，撞擊裂縫。施工階段，物體的墜落會影響混凝土結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全，如果混凝土結(jié)構(gòu)受到撞擊，則會出現(xiàn)裂縫。若荷載較為集中，撞擊裂縫會呈現(xiàn)放射狀[7]。

第三，火災(zāi)裂縫?；馂?zāi)等事故對建筑物結(jié)構(gòu)的傷害較大，在物品燃燒、高溫等作用下，極易出現(xiàn)混凝土裂縫。

3 土木工程中混凝土裂縫的防治措施

3.1 原材料的質(zhì)量控制

在選擇混凝土原材料、確定混凝土配合比時，施工人員必須遵守科學(xué)合理的原則，以提高混凝土抵抗裂縫的能力。具體來講，需根據(jù)施工現(xiàn)場實(shí)際情況選擇混凝土。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，應(yīng)選用以下幾種方式。

第一，采用中低熱的水泥材料。在具體施工中，施工人員應(yīng)注重使用低熱水泥材料，避免因水化放熱增大混凝土結(jié)構(gòu)的溫度差異，導(dǎo)致裂縫。通常情況下，設(shè)計者可以選擇應(yīng)用低熱礦渣水泥，以提升原材料的質(zhì)量。

第二，選擇適宜的原材料。材料的選擇是提升混凝土質(zhì)量的基礎(chǔ)與前提，在具體施工中，施工人員應(yīng)選擇強(qiáng)度較高的水泥，在其中摻入適量的石料、砂子等，以保證混凝土結(jié)構(gòu)具有較高的穩(wěn)定性，并有效控制施工成本。同時，施工人員應(yīng)遵循就近取材的原則，應(yīng)用成本低且符合施工標(biāo)準(zhǔn)與施工質(zhì)量要求的材料，在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，有效避免出現(xiàn)裂縫，延長使用壽命。

3.2 優(yōu)化施工配合比

為減少混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫情況，設(shè)計人員及施工人員應(yīng)注重優(yōu)化施工配合比。具體實(shí)踐中，應(yīng)適當(dāng)減低水泥使用量，將基層水泥配入量控制在5%左右。同時，施工人員應(yīng)控制和優(yōu)化粗細(xì)集料的配合比。為保證配合比具有科學(xué)性和合理性，施工人員應(yīng)進(jìn)行50 次篩分試驗(yàn)，取得平均值，以最終確定配合比。

3.3 混合材料控制

混合材料控制是保證混凝土質(zhì)量的重要途徑，是提升混凝土結(jié)構(gòu)抗裂性能的主要方式。結(jié)合具體施工特點(diǎn)，混凝土結(jié)構(gòu)的施工數(shù)量較多，建設(shè)要求較高，但周期較短，因此對施工質(zhì)量控制需要進(jìn)行科學(xué)計劃和規(guī)劃。目前，混凝土施工大多應(yīng)用泵送的形式，但這種方式下通常會出現(xiàn)氣孔多等問題。對此，應(yīng)選擇適宜的拌合物，并在管道內(nèi)部涂抹潤滑劑，避免出現(xiàn)堵塞、氣泡多等問題。同時，在混凝土材料制作過程中，還可以添加木質(zhì)素磺酸鈣，以有效分散混凝土顆粒，提升混凝土結(jié)構(gòu)的張力，降低裂縫出現(xiàn)的概率。另外，施工人員應(yīng)將外加劑的添加比例控制在0.3%，降低拌和水分；添加粉煤灰，提升混凝土材料活性；添加硅酸鹽凝膠，提升和易性，有效避免出現(xiàn)混凝土裂縫。

3.4 加強(qiáng)施工工藝控制

加強(qiáng)施工工藝控制是提升混凝土抗裂性的重要途徑，具體有以下幾點(diǎn)。

第一，采用二次振搗，提高混凝土的抗裂性。首先，在具體施工中施工人員應(yīng)精準(zhǔn)把握住二次振搗的時間。在工作中應(yīng)將振搗棒連同本身重力快速插進(jìn)混凝土中，若緩慢拔出振搗棒，混凝土逐漸愈合且表面未形成空穴，則可進(jìn)行二次振搗。其次，在土木工程實(shí)際施工中，施工人員普遍會采用測量插入阻力大小的方式，判斷二次振搗施工是否適宜。若插入的阻力較小，則二次振搗的施工有效性較高，否則將會直接影響混凝土振搗及整體施工質(zhì)量。

第二，改進(jìn)現(xiàn)有混凝土的攪拌工藝。在具體施工過程中，施工人員應(yīng)以提升混凝土抵抗拉伸的能力為目標(biāo)，對現(xiàn)有的攪拌工藝進(jìn)行優(yōu)化和完善。在土木工程實(shí)際施工中，可以應(yīng)用新式攪拌工藝。這種施工工藝不僅可以有效預(yù)防水分集中在混凝土與空氣接觸的周圍，還可以提升混凝土結(jié)構(gòu)的緊密性，使各物質(zhì)組成部分聯(lián)系更強(qiáng)，從而提升混凝土的拉應(yīng)力與抗壓能力。通過實(shí)驗(yàn)研究表明，當(dāng)前技術(shù)可通過降低約7%的水泥使用量來降低水化熱的產(chǎn)生。

第三，掌握混凝土的出機(jī)和澆筑溫度。首先，施工人員需注重前期準(zhǔn)備。在具體施工過程中，應(yīng)保證隨時可投入使用施工工具，且能夠嚴(yán)格按照相關(guān)規(guī)范要求使用。其次，應(yīng)精準(zhǔn)掌握出機(jī)溫度。在實(shí)際施工中，可以采用減小石子溫度的方式，對溫度進(jìn)行控制。在溫度較高時，為避免陽光直射構(gòu)件，施工人員可在砂石堆積的地方搭建帳篷。特殊時期，砂子在使用前也可用涼水沖洗，確保所使用物料符合施工標(biāo)準(zhǔn)，保證實(shí)際施工質(zhì)量。最后，施工人員應(yīng)熟練掌握澆筑溫度。為有效控制混凝土傳送過程的溫度，應(yīng)注重降低混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差，采取有針對性的溫度控制措施，對溫度進(jìn)行控制。

3.5 優(yōu)化基層養(yǎng)護(hù)

在混凝土澆筑過程中，如果使用的混凝土抗變形性能低、強(qiáng)度小，在惡劣的溫度、濕度環(huán)境下，混凝土表層將會產(chǎn)生冷縮裂縫的情況。為有效提升混凝土的抗裂性能，施工人員應(yīng)注重優(yōu)化基層養(yǎng)護(hù)。

在具體實(shí)踐中，應(yīng)選擇保溫防護(hù)措施，以減少混凝土結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫度的梯度差，避免混凝土表層出現(xiàn)裂縫。同時，施工人員應(yīng)分析不同溫度環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)使用情況，針對環(huán)境溫差大的，可以在混凝土表層增加保溫層，降低環(huán)境溫度對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響。

4 結(jié)語

土木工程施工中的混凝土裂縫類型眾多，不同類型裂縫產(chǎn)生的原因也存在一定差異，因此需要對混凝土施工提出更高的要求。本文以土木工程混凝土施工的實(shí)際情況為出發(fā)點(diǎn)，對混凝土裂縫產(chǎn)生機(jī)理、類型等進(jìn)行分析，并提出混凝土裂縫治理的有效策略，以期降低裂縫問題發(fā)生的概率，為保證結(jié)構(gòu)質(zhì)量提供借鑒與參考。