建筑混凝土施工的裂缝原因与防治方法

2022-11-25马锦希

建材与装饰 2022年32期

马锦希

（广州市第二建筑工程有限公司，广东广州 510000）

0 引言

随着建设规模的持续扩大，为满足混凝土结构现浇作业需求，现代建筑工程中，普遍采用大体积混凝土技术，其有着表面系数小、内部升温快的工艺局限，在施工期间时常出现混凝土开裂问题，对建筑物结构性能、使用寿命造成严重影响，由此引发结构渗漏水、形成抗震薄弱环节等多项问题出现。在这一工程背景下，对混凝土裂缝的防治处理，是保障建筑物使用安全、推动建筑施工水准持续提高的关键。

1 建筑混凝土裂缝类型及形成原因

1.1 塑性收缩裂缝

塑性收缩裂缝主要出现在混凝土现浇完毕到硬化成型的时间段内，在混凝土表面形成宽度较大、沿受力钢筋与箍筋方向规则性分布的结构裂缝，或是在混凝土结构厚度较小时在表面形成直线状的贯穿性裂缝。这类裂缝的形成机理在于，塑性状态下的混凝土固体颗粒受到减水剂等外加剂影响，在表面形成水泥浆，表面水分蒸发速率明显高于泌水速率，随着时间推移，混凝土水分蒸发面持续下降，当蒸发面低于新拌混凝土表面时，形成凹液面，在毛细管压力作用下推动周边固体颗粒相互靠近，由于颗粒平均距离缩短而出现浆体收缩现象，在收缩量超标后便会形成裂缝。同时，当混凝土结束塑性阶段后，固体颗粒将恢复到固定状态，停止毛细作用，不会在后期形成塑性收缩裂缝。在建筑混凝土结构施工期间，如果出现混凝土含水量过高、现场环境干燥、现场气温偏高与风速过快、混凝土表面未采取覆盖保护措施、混凝土表面水分蒸发速度过快等情况，会增加混凝土体积收缩量，因实际收缩量远超过同时期混凝土强度而形成塑性收缩裂缝[1]。

1.2 温度裂缝

混凝土温度裂缝常见于现场环境温差较大、采取大体积混凝土技术的建筑工程中，因外部气温异常变化和内表温差过大而在表面与内部形成裂缝。例如，从混凝土内外温差角度来看，当混凝土浇筑完毕后会进行一段时间的水化反应，持续向外释放热量，由于大体积混凝土表面系数小和内部温升速度快，如果未采取有效温控措施，会在结构中形成超过抗拉强度的温度应力，在应力作用下形成裂缝，混凝土内表温差越大，则裂缝宽度越大，对结构性能与耐久性造成更为严重的影响。而从外部气温角度来看，现场环境气温直接影响到混凝土表面温度，如果遇到寒潮来袭，或是现场气温偏低，会随之降低混凝土表面温度，但并不会影响到内部温度，最终因混凝土内表温差过大而形成温度裂缝。此外，配合比不当也是引发混凝土温度裂缝形成的一项重要原因，在建筑大体积混凝土施工期间，错误选用水泥品种、水泥用量超标，导致混凝土在水化期间释放过多的水化热量，使得混凝土内部温升速度过快、内表温差失控，在混凝土浇筑完毕3～5d内形成温度裂缝。

1.3 沉降裂缝

混凝土沉降裂缝是因下方基础结构出现不均匀沉降现象和产生过大沉降量而形成的一种裂缝，主要表现为深入型裂缝和贯穿型裂缝，裂缝与地面基本保持垂直状态。在建筑混凝土施工期间，沉降裂缝形成原因包括下方地基软硬不均、过早拆模、直接在冻土层上支设模板与现浇混凝土。例如，在冻土层上直接现浇混凝土时，如果混凝土结构未在冬季结束前达到设计强度，随着气温回升，冻土层逐渐解冻，土层强度与承载性能随之降低，在承受较大上部荷载的情况下出现化冻下沉现象，由此引发沉降裂缝的形成[2]。

1.4 化学反应膨胀裂缝

化学反应膨胀裂缝常见于混凝土表面，呈现龟裂形状和网状裂缝形状，形成原因包括使用安定性较差水泥、骨料碱性超标、振捣不良、钢筋锈蚀。例如，在选用碱性超标的骨料来制备混凝土时，在混凝土搅拌、浇筑与硬化成型期间，活性骨料与碱性离子相互接触后进行一系列化学反应，并在反应期间持续吸收外部水分，致使混凝土体积膨胀、形成裂缝。而在使用安定性较差水泥材料时，将在混凝土水化过程中持续生成钙矾石，形成膨胀裂缝。

1.5 干缩裂缝

干缩裂缝常见于混凝土平面部位和结构变截面处，呈现为走向纵横交错、缺乏规律性的细小裂缝。干缩裂缝形成原因在于，混凝土养护操作不当，在养护期间的水分蒸发速率过快，表面长时间处于干燥状态或干湿交替状态，因缺乏水分而导致体积收缩，在内部约束作用下产生过大拉应力，最终形成干缩裂缝。

2 建筑混凝土裂缝通病的防治方法

2.1 材料质控

为减小材料因素对混凝土裂缝形成概率、结构性能造成的影响系数，必须严格控制材料质量，从原材料性能检验、混凝土运输、成品材料检验3方面着手，具体如下。

2.1.1 原材料性能检验

在混凝土拌和前，对拌合水pH、粗细骨料粒径、水泥品种与干燥程度、外加剂品种进行全面检查，退回存在质量缺陷与规格有误的材料，如不得使用潮湿结块水泥。随后，根据混凝土拌和要求，对原材料进行预处理，筛除粗细骨料中夹杂的腐殖土等杂质，将骨料含泥量控制在3%以内，把水泥运往干燥库房内进行密封堆放，滤除拌合水中的杂质，或直接使用水质较高的饮用水作为拌和水。

2.1.2 混凝土运输

准备专用混凝土罐车来运输材料，在运输期间始终保持罐车匀速转动状态，避免混凝土分层离析。同时，严格控制混凝土运输时间，要求所制备混凝土在限定时间内运输入场、投入使用，如果存放时间过长，和易性等多项性能都将出现明显下滑现象，容易在后续浇筑、硬化成型期间形成裂缝。

2.1.3 成品材料检验

待混凝土材料运输入场后，对混凝土的坍落度、密度、和易性、抗压/抗析强度、劈裂强度等多项性能进行逐项检测，对比检测结果与性能指标要求，禁止将质量不达标材料投入使用。以混凝土坍落度为例，一般情况下，要求混凝土坍落度保持在18～22cm以内。同时，为预防产生不必要的材料损耗，对离析混凝土进行重复搅拌，在混凝土流动性不达标添加少量减水剂进行二次调整，再将处理后的混凝土材料投入使用[3]。

2.2 配合比优化设计

在配合比优化设计环节通常采取原材料优选、混凝土试拌两项防治措施，具体如下：①原材料优选是综合分析现场环境条件、混凝土施工标准、工艺技术等因素来选择恰当的原材料品种。例如，在采取大体积混凝土技术时，需要选用连续级配碎石作为粗骨料、选用粉煤灰或矿渣粉作为掺合料、选用中砂作为细骨料，选用粉煤灰硅酸盐水泥等低水化热品种水泥，以及在搅拌期间使用到高效减水剂、缓凝剂和引气剂等外加剂。②混凝土试拌是按照既定配合比方案来制备少量混凝土，将样品送至实验室化验检测，根据检验报告与混凝土表现情况来调整配合比方案，如在混凝土泌水量较多时增加减水剂用量，在混凝土抗裂性能不佳时掺入适量纤维材料。

2.3 混凝土温度控制

为有效控制混凝土内表温差与浇筑温度，避免因内表温差、混凝土表面与现场温度差值过大、混凝土温升速度过快而形成温度裂缝，需要采取入模温度控制、内表温差控制、现场温度控制3项措施，具体如下。

2.3.1 入模温度控制

混凝土入模温度与内部最高温度有着紧密联系，在入模温度过高、过低时，都会影响到混凝土硬化成型效果，容易形成温度裂缝。因此，在混凝土现浇作业开始前，施工人员需要对混凝土温度进行测量，把温度控制在5～30℃区间内，必要时采取冷却降温、预加热等方法来调节温度。

2.3.2 内表温差控制

提前在浇筑区内设置感温探头，定期对混凝土表面、结构内部与现场环境温度进行测量。在混凝土内表温差临近限值，或是混凝土内部温升速度超出预期时，则在浇筑区内预埋管路中流通冷却水来带走内部释放的多余热量，或是在混凝土表面蓄积热水来提高表面温度[4]。

2.3.3 现场温度控制

在工程现场气温异常变化时，采取相应措施来控制现场气温，或是减小环境温度对混凝土温度造成的影响。例如，在现场气温偏低时在混凝土表面包裹棉帘等保温材料，也可以采取蒸汽养护法，持续在作业区域生成高温蒸汽。而在现场气温偏高时，搭建遮阳挡棚，阻挡太阳光直接照射混凝土。

2.4 工艺过程控制

在现代建筑工程中，混凝土技术有着工艺流程烦琐、作业难度大、成型质量可控性差的施工特点，如果在工艺过程中出现提前拆模、混凝土振捣时间不足、前后层混凝土浇筑间隔时间过长等问题，都有可能形成结构性裂缝，存在质量安全隐患。因此，为预防混凝土裂缝问题的出现，必须加强工艺过程控制力度，正确掌握各道工序的技术操作要点，确保施工技术方案得到贯彻执行。

（1）基层处理。对混凝土结构下方基础结构的平整度、承载性能与稳定性进行检查，如果在松软土层、冻土层上支设模板与浇筑混凝土，为预防沉降裂缝形成，需要采取注浆加固、强夯、堆载预压等方法对基础结构进行加固处理，或是合理安排工序流程，在冻土层解冻前完成拆模作业。

（2）混凝土浇筑。在混凝土结构几何尺寸较大情况下，采取分层浇筑方式，混凝土层厚度不宜超过0.3m，并把浇筑高度控制在2m内，或是额外设置溜槽等装置，避免出现混凝土离析现象。同时，为预防施工冷缝形成，要求连续性完成混凝土现浇作业，待下层混凝土初凝前，必须完成上层混凝土浇筑振捣操作，可选择添加缓凝剂来延缓初凝时间。而在混凝土中断浇筑、下层提前初凝时，施工人员对初凝混凝土进行强力搅拌。

（3）混凝土振捣。在混凝土水化反应期间，会产生一定的混凝土收缩量与徐变量，在混凝土表面形成细微裂缝，对混凝土观感质量造成影响。因此，在一次振捣完毕后，需要在混凝土临近初凝1h时重复开展振捣作业，起到改善混凝土结构状态、增强抗渗性能的作用。随后，在混凝土临近终凝时开展二次抹面作业，施工人员手持滚筒反复滚压混凝土表面，消除表面裂缝、保持表面光滑状态。

（4）混凝土养护。为预防干缩裂缝与温度裂缝形成，重点做好保温、保湿方面的养护工作。其中，在保温方面，定期测量混凝土内表温度与养护环境温度，在环境气温偏低时采取蒸汽养护法来维持5℃以上温度，在表面温度偏低时采取蓄水养护法来提高表面温度，在内部温度偏高时采取循环冷却法来降低内部温度、控制温升速度[5]。而在保湿养护方面，在混凝土表面覆盖塑料薄膜或是堆放浸湿麻布袋起到表面锁水作用，定期在表面洒水润湿，同步检查混凝土水分蒸发速率和养护环境空气湿度，根据蒸发速率、空气湿度变化情况来实时调整洒水养护方案。

（5）模板拆除。要求施工人员根据混凝土强度提升情况来选择恰当拆模时机，在养护持续时间到达预定值后，对试块强度进行检测，如果试块强度达到一定比例的设计强度值，即可组织开展拆模作业，按顺序先后拆除非承重部位与承重部位模板。同时，禁止施工人员采取野蛮拆模行为，如果在拆模期间出现混凝土与模板粘连、表面形成裂缝、缺棱掉角等问题，需要对缺陷部位进行修补处理，如采取灌缝修补法，清理裂缝内部与表面灰尘污渍，在缝内灌注环氧树脂胶液，由灌缝胶与混凝土形成整体结构。

2.5 编制专项裂缝防治方案

考虑到混凝土裂缝问题有着种类繁多、成因复杂的特征，不同类型裂缝的表现形式、出现时间、形成原因和造成影响存在明显差异。因此，为提高混凝土裂缝防治工作的针对性，必须结合裂缝类型来编制专项防治处理方案。例如，针对混凝土塑性收缩裂缝问题，需要采取润湿混凝土表面、缩短工序交接时间、优化配合比方案三项防治措施，通过控制混凝土塑性收缩量来预防裂缝形成。①润湿混凝土表面，提前把模板板材在水中浸泡一段时间、在基面上洒水润湿，以及在定期在混凝土表面以喷雾形式喷淋少量水分，避免基面和模板吸收过多混凝土水分，保持水分蒸发速率和泌水速率的稳定状态。②缩短工序交接时间，待混凝土现浇完毕后，施工人员必须在限定时间内开展养护作业，避免因工序交接不及时而导致混凝土长期受到外部环境侵蚀而散失过多水分。③配合比优化，在混凝土搅拌期间掺加适量粉煤灰、缓凝减水剂等掺合料与外加剂，也可以添加纤维材料，如PP聚丙烯纤维、PVA聚乙烯醇纤维、玻璃纤维等，纤维体将在基体中均匀分散，起到抑制收缩程度、增强结构韧性、减小裂缝宽度等多重作用。