房屋建筑工程钢筋混凝土裂缝产生原因及防治措施

2023-03-07殷峰李洪波

佛山陶瓷 2023年11期

殷峰，李洪波

（1.山东省微山县建设工程质量安全服务中心，济宁277600 2.山东省微山县建筑安装工程公司，济宁 277600）

1 前言

钢筋混凝土作为房屋建筑工程的主要结构材料之一，以其高强度、耐久性和适应性等特点成为了应用的首选。然而，在长期使用和变化多端的自然环境影响下，钢筋混凝土结构可能会出现裂缝现象，这不仅影响建筑的美观，更会对结构安全产生潜在威胁。因此，深入了解钢筋混凝土裂缝产生的原因，并采取科学有效的防治措施显得尤为重要。

2 房屋建筑工程钢筋混凝土裂缝产生原因

2.1 荷载因素

房屋建筑工程中，钢筋混凝土裂缝的产生是一个复杂而深刻的问题，其中荷载因素是裂缝产生的重要原因。荷载主要分为静荷载和动荷载两种，其对钢筋混凝土结构产生的影响不可忽视。

2.1.1 静荷载

静荷载是指结构稳定时作用在构件上的恒定荷载，如自重、建筑物自身的重量等，这些荷载会使得结构内部产生应力，若应力超过混凝土的承载能力，就会出现裂缝。首先，考虑自重对结构的影响。自重是最基本的静荷载，它是结构在地球重力场中受到的荷载。钢筋混凝土的密度一般在2400kg/m3～2600kg/m3之间，因此在建筑工程中，自重对结构的影响是显著的。假设某建筑结构的自重为1000kN，若该结构的基础面积为500m2，则其平均自重荷载为2kN/m2。其次，考虑其他静荷载，如外部荷载。外部荷载可能来自附近建筑物、设备、人员等，这些荷载在结构上会产生较大的压力和应力集中，引起混凝土裂缝问题。

2.1.2 动荷载

动荷载是指变化的荷载，如风荷载、地震荷载等，这些荷载变化可能会在结构内部产生震动和变形，导致裂缝的产生。首先，考虑风荷载对结构的影响。风荷载是一种常见的动荷载，特别是对高层建筑，其影响不可忽视。风压对建筑物产生的荷载取决于风速、建筑物形状、朝向等因素。例如，当风速为30m/s 时，对平面面积为1000m2的建筑物产生的风荷载可达180kN。其次，考虑地震荷载对结构的影响。地震荷载是一种复杂且危险的动荷载，对钢筋混凝土结构的影响可以在瞬时内造成严重破坏。地震荷载取决于地震的震级、震中距、地质条件等因素。以震级为7.0 的地震为例，对结构产生的地震荷载可达2000kN。

综上所述，静荷载和动荷载对结构的影响不可忽视，合理设计和考虑这些荷载是预防和减少裂缝产生的重要手段。在实际工程中，必须通过合理地设计和施工措施以及适当考虑各种荷载的影响，最大程度地保障钢筋混凝土结构的稳定和安全。

2.2 温度和湿度变化

温度和湿度是影响钢筋混凝土裂缝产生的重要因素。温度的变化会导致混凝土的体积变化，而湿度的变化则会影响混凝土的强度和内部应力分布，从而诱发裂缝的产生。

2.2.1 温度变化

温度的变化会引起混凝土体积的变化，进而产生应力，若这些应力超过混凝土的承载能力，就会导致裂缝的产生。混凝土的线膨胀系数一般为0.000010/°C，这意味着每升高1°C，混凝土的体积就会膨胀0.00001 倍，这看似微小的变化在建筑物的大体积混凝土结构中将产生明显的影响。

首先，考虑温度升高对结构的影响。在高温季节，建筑物受到阳光直射，混凝土受热膨胀，可能导致结构内部应力增加，超过了混凝土的抗拉强度，从而产生裂缝。例如，在酷热的夏季，气温上升到40°C，如果混凝土结构的初始温度为20°C，根据线膨胀系数，其体积将膨胀0.00001×20°C=0.0002。其次，考虑温度下降对结构的影响。在寒冷的季节，混凝土会因为低温而收缩，可能引起内部拉应力增大，同样会导致裂缝产生。

2.2.2 湿度变化

湿度的变化也是导致钢筋混凝土裂缝的重要因素。混凝土的强度和稳定性与其含水量有密切关系，湿度的变化会引起混凝土内部的水分流动，影响混凝土的强度和内部应力分布。

首先，湿度变化对混凝土强度的影响。混凝土是一种多孔材料，其内部含有大量孔隙，湿度的变化会影响混凝土孔隙内的水分含量，从而影响混凝土的强度。高湿度会降低混凝土的强度，而干燥的条件则会导致混凝土变脆，易产生裂缝。其次，考虑湿度变化对混凝土体积的影响。湿度变化会导致混凝土内部水分的膨胀或收缩，引起混凝土体积的变化，从而产生应力，这些应力如若超过混凝土的承载能力，将会导致裂缝问题。

综上所述，温度和湿度的变化会对钢筋混凝土结构产生显著影响，理解这些影响是确保建筑物结构稳定和安全的重要步骤，也为制定有效的防治措施提供了基础。在实际工程中，应采取相应措施以减小温湿度变化对混凝土结构的影响，确保结构的稳定性、安全性。

2.3 混凝土材料性质

混凝土作为钢筋混凝土的主要构成材料，其性质直接影响着钢筋混凝土结构的稳定性和耐久性。混凝土材料性质导致钢筋混凝土出现裂缝问题主要体现在以下几个方面：

2.3.1 混凝土的收缩性

混凝土在固化和干燥过程中会发生收缩，主要分为塌落收缩、干缩和水化收缩。其中，干缩和水化收缩是混凝土材料性质导致裂缝的重要原因。干缩是指混凝土在干燥过程中由于失去了部分水分而引起的体积减小，这种收缩在混凝土结构中会产生内部应力，导致裂缝的产生。水化收缩是指混凝土中水分参与水泥水化反应时产生的体积收缩，同样会导致混凝土内部产生应力和裂缝。

2.3.2 混凝土的抗拉强度

混凝土的抗拉强度较低，容易发生拉应力下的裂缝。在受到外部荷载作用时，尤其是受拉力作用时，混凝土会产生内部应力，当这些应力超过混凝土的抗拉强度时，会导致裂缝的发生，这种裂缝会进一步影响结构的稳定性和耐久性。

2.3.3 混凝土的温度敏感性

混凝土的体积随着温度的变化而发生变化，这种温度敏感性是混凝土材料性质的重要体现。温度变化会导致混凝土结构产生热应力和冷应力，尤其在高温季节和低温季节，这些应力会引发裂缝。例如，在高温季节，混凝土受热膨胀，将会引起温度裂缝。

3 房屋建筑工程钢筋混凝土裂缝防治措施

3.1 设计阶段

在房屋建筑工程的设计阶段，钢筋混凝土裂缝防治措施至关重要，影响着建筑物的稳定性和使用寿命。设计人员首先要考虑工程的结构特点、荷载条件、材料性能等方面的因素，以确保设计的混凝土结构能够满足使用寿命、安全性和稳定性的要求。同时，应根据结构的受力特点和荷载情况选用适当抗裂强度等级的混凝土，确保混凝土的抗裂性能能够满足实际需要。在设计混凝土结构时，应合理设置构造缝、伸缩缝等裂缝控制措施，减少裂缝的产生和发展。

设计阶段要注意深入分析建筑物的受力特点，合理设计结构布局，减少混凝土的受力集中，尽量避免应力集中引起裂缝。在梁、柱等主要承重构件的连接部位，应采取合适的防裂措施，如采用搭接连接、加设受拉箍等方式，以增强连接部位的抗裂能力。此外，在设计阶段，应加强对混凝土配筋的设计和优化，确保配筋的合理布置和足够的受力能力，以增强结构的抗裂性能。要综合考虑混凝土的收缩、温度、荷载等因素对裂缝的影响，合理选用预应力、张拉等技术，以控制和减小裂缝的产生。

例如，某栋多层住宅建筑位于地震多发地区，在设计时考虑了地震荷载，并选用了高强度、高抗震性能的混凝土材料；在结构布局上采用了合理的受力分布，避免了局部应力集中；在构造缝、伸缩缝的设置上，根据建筑物的结构特点和受力情况，采用了柔性构造缝，以减少裂缝的发生；在配筋设计上，充分考虑了混凝土的受力特点，合理布置配筋，增强了结构的抗裂能力。

3.2 施工阶段

在房屋建筑工程中，施工阶段是确保钢筋混凝土结构不发生裂缝的关键，因此，在施工过程中，必须采取一系列严密的防治措施，以保证混凝土结构的质量和稳定性。

为了有效防止钢筋混凝土裂缝的产生，施工前必须进行详细的勘察与准备工作，这一步骤至关重要，因为它为后续工作奠定了基础。在勘察阶段，必须对工程所在地的地质情况进行仔细研究，了解地下水位、土壤类型以及潜在的地质问题，只有充分了解这些信息，才能制定出合理的基坑开挖方案。在基坑开挖中，如果不谨慎进行，将会导致地基沉降、地下水位变化等问题，最终诱发混凝土裂缝问题。因此，基坑开挖时应根据地质情况选择合适的支护措施，如钢支撑、搅拌桩或土壤改良，这些措施的选择需要依赖于具体情况和工程的要求，以确保基坑的稳定性和周围建筑物的安全。

另外，混凝土的温度和湿度控制在施工阶段也至关重要。温度和湿度的变化可以导致混凝土收缩和膨胀，从而引发裂缝。因此，在施工前，必须确定施工期间的气温和湿度情况，并采取相应的措施来调节混凝土的温度和湿度。特别是在炎热的季节，应采取降温措施，例如覆盖遮阳网、定期喷水等，以减缓混凝土的温度升高。此外，合理的浇筑工序安排也可以帮助施工避免急剧的温度变化，从而减少裂缝的风险。

在混凝土浇筑过程中，坍落度和振捣密实都是关键因素，坍落度过低会导致混凝土难以流动，而坍落度过高则可能引发混凝土流动不稳定。因此，必须确保混凝土的坍落度控制在15 厘米—17 厘米范围内，以便在浇筑过程中均匀分布并填充模板。同时，混凝土的振捣密实也至关重要，其有助于排除混凝土中的气泡和空洞，确保混凝土内部结构均匀致密，这可以通过合适的振捣设备和技术来实现。此外，施工过程中应密切监测混凝土表面的小裂缝和孔洞，如果发现任何裂缝或孔洞，必须及时修补，以确保混凝土的整体性，这可以通过填充混凝土表面的缺陷，使用适当的修补材料来完成。

3.3 养护阶段

在房屋建筑工程中，养护阶段对于钢筋混凝土裂缝防治至关重要。养护阶段是确保混凝土强度、耐久性和稳定性的关键环节，也是避免裂缝产生和发展的重要时期。

养护温度和湿度控制：在养护阶段，充分了解混凝土的类型、配合比和养护要求非常重要。一般而言，最初24 小时内要保持较高的湿度，以减少混凝土表面干裂的可能性。在养护初期，要采取湿养措施，保持混凝土表面湿润。温度方面，根据混凝土类型，采用合适的温度控制，一般要控制在适宜的范围内，避免急剧的温度变化，以防裂缝产生。

湿养和包覆养护：刚浇筑的混凝土需要保持一定的湿度，以确保水分充分渗透和混凝土的充分水化反应。采用湿养措施，可使用喷水、覆盖湿棉被等方式，保持混凝土表面湿润。随后，逐步降低湿度，采取逐步干燥的养护方式，以避免急剧的湿度变化导致混凝土表面裂缝。

遮阳遮风：在养护过程中，要根据气象条件合理设置遮阳网、遮雨篷等遮挡设施，防止过强的阳光直射和强风对混凝土表面的不利影响。遮阳遮风设施的选择和布置应结合实际天气情况，确保养护过程中的温度和湿度稳定。

养护时间的控制：养护时间的控制对于混凝土的强度和稳定性发展至关重要，应根据混凝土的配合比、强度等特性，合理控制养护时间。通常，养护时间应不少于28 天，以保证混凝土充分硬化和强度的发展。在此期间，需定期检查混凝土的状态，及时调整养护措施以确保养护的有效性。

以一栋多层住宅建筑的地板板梁混凝土浇筑为例，养护期间的平均气温控制在20 摄氏度，相对湿度保持在70%—85%之间。施工人员采用了湿养方式，养护初期采用覆盖湿棉被的方式保持表面湿润，后续逐步减少湿度，直至最终干养。养护持续时间为28 天，充分保障了混凝土的强度和稳定性。