论房建工程中混凝土结构裂缝成因及防范对策

程磊

（山西四建集团有限公司，山西 太原 030012）

0 引言

混凝土材料在各类工程建筑中都极为常见，然而其本身作为一种脆性材料，却缺乏足够的抗弯与抗压性能，并且极易受到自身收缩特性的影响。此时一旦受到外界环境因素干扰，便会导致混凝土结构出现裂缝，进而严重影响了材料的使用性能。因此混凝土结构的裂缝预防问题，一直是施工过程中需要重点关注的对象，以确保能够有效提高建筑质量，并减少安全问题的发生。

1 混凝土裂缝的成因

1.1 抗压性较差

混凝土表面看似坚硬，实则其产生的抗拉力只有抗压强度的1/10，如此也就决定了其拉伸变形能力非常小，其瞬时拉伸极限值仅为0.6×10-4～1.0×10-4，相当于温度下降降低了6～10℃后所产生的应力影响。而哪怕是对混凝土材料进行缓慢加载，其拉伸极限值也只能够维持在1.2×10-4～2.0×10-4之间。因此尽管通过内置钢筋的形式可以有效提高材料的抗压抗弯性能，但依旧无法彻底改变其容易受到损坏的特性。

1.2 温度影响

房建工程中所使用的混凝土材料通常有着较大的截面尺寸，如此也就意味着其受到温度变化影响极大。特别是在混凝土刚完成浇筑的4～5h 内，材料自身的水化热反应最为剧烈，此时混凝土材料内部的水分会大量蒸发，导致材料出现剧烈的收缩现象，大约可达到1%左右、并且由于这一收缩通常是从混凝土结构表面开始发生，一旦产生裂缝便会伴随材料内部水分的流失而向深处蔓延、扩张，此时利用湿度复合扩散方程式如式（1）所示。

式中:k——湿度扩散系数，m2/h；μn——混凝土的湿度，kg；l——混凝土结构深度，m；β1——湿度系数，m/h。

1.3 自然影响

混凝土材料长期裸露于自然环境之下，往往会直接与空气中的水和二氧化碳进行接触。长此以往，会导致混凝土结构出现碳化现象，不但会产生大量的碳酸钙物质对钢筋产生侵蚀，同时还会进一步导致“碳化收缩裂缝”的形成，且随着碳酸钙产化物的不断增加，引起的收缩裂缝也会逐渐加深、加宽。

1.4 荷载影响

房屋建筑的构造特点是随着工程进度的不断推移，结构自身的荷载重量也会随之增加。此时由于混凝土结构内部的配筋数量不合理，甚至是出现个别构件不配钢筋的情况，变化导致结构自重所产生的拉应力只能够由混凝土自身来承担，如此一来便增加了结构裂缝出现的概率[1]。

2 房建工程中混凝土结构裂缝的防范措施

某房建项目为市行政规划区内一座高档住宅小区，总建筑高度约为56.30m，建筑面积可达面积14486.4m2，其中包含地下建筑面积共958m2。建筑上部结构为钢筋混凝土搭配剪力墙结构，墙体内部配有水、电气、天然气等管道系统。项目于2020年10月6日展开了首层顶板混凝土浇筑工作，次日返回现场进行观察时，发现建筑结构表面存在数道不规则裂缝。由于未能形成足够重视，当施工层数达到3 层时，已出现了大量裂缝情况，甚至局部裂缝已经上下贯通。因此急需对施工方案进行整改。

2.1 设计与构造优化

当前房屋建筑对住宅的智能化水平提出了越来越多的要求，因此该项目在施工过程中需要在楼板中埋设大量的PVC 管线。如此一来便会对原有楼板结构造成削弱，同时减少了混凝土结构中的钢筋配置，因此容易导致沿管线走向产生大量裂缝。因此工作人员在整改方案中，适当增加了局部位置的结构厚度，以避免由于管线交叉而削弱楼板截面。同时改变楼板内部的布线方式，涉及多处管线重叠的情况，可采用线盒收纳的形式进行连接，同时保证多道管线一放射状的形式均匀分布在楼板内部，避免出现平行排布或密集排布的形式。

此外，优化配筋的设计方案也是减少混凝土裂缝的关键环节。钢筋混凝土楼板具有明显的受弯特征，理论上受弯构件必然会受到拉应力影响，因此建筑结构出现裂缝是不可避免的现象。而进行配筋设计的目的便是为了有效控制裂缝宽度，时期不至于对建筑结构的使用性能产生影响。而钢筋混凝土楼板的允许最大宽度如式（2）所示。

式中：WMAX——当前配筋设计下的允许最大裂缝宽度；C——最外层纵向钢筋距离构件受拉区域的距离；acr——混凝土楼板的受力特征系数，通常取值为acr=2.1；dep——受拉位置纵向钢筋的直径；dte——受拉位置非预应力钢筋的直径；ψ——纵向受拉钢筋的不均匀应变系数，通常取值为ψ=1～0.2；σsk——纵向受拉钢筋的应力；Es——受拉位置的相对粘结特性系。

由此可知，非预应力钢筋的直径越大混凝土楼板所产生的宽度也就随之增长，因此在调整配筋设置的过程中，应尽量采用高强钢筋，同时适当缩小钢筋直径，以此满足建筑截面需求[2]。

因此在随后的方案调整中，为了进一步分散混凝土荷载，工作人员采用了φ6～φ8 抗裂钢筋，沿管线预埋位置保持150mm 间距进行锚固补强，且两端锚固长度应至少在300mm 以上。同时调整非预应力钢筋直径，将原有的φ8～φ12 钢筋全部代换成φ6～φ10 钢筋，并缩短钢筋排列间距，从而进一步提高楼板的结构强度，避免受拉应力影响导致混凝土结构表面出现开裂现象。

2.2 施工材料的选用

该工程1～3 层所使用的混凝土材料配比情况如表1所示。

表1 混凝土材料配比

该配比方案中，材料水灰比为0.46，砂率为41%，完全符合施工设计标准。但在实际施工过程中，发现材料坍落度较大，大概在14～16cm 左右。同时振捣施工过程中发现有产生大量泌水，并伴随骨料沉淀、浆体上浮的现象，并且在水分蒸发之后会产生许多塑性收缩裂缝。为此在后续的施工管理过程中，工作人员对混凝土材料的配比方案作出了以下调整。

（1）进一步控制好粗细骨料的级配问题，保证细骨料的细度模数控制在2.3 以下，且需要经过水洗减少骨料的含泥量，控制其最大含量不超过3%；粗骨料级配应控制在5～25mm，同样控制其含泥量不超过2%。

（2）改善混凝土性能，在保证其原有用水量180kg/m3不变的基础上，适当上调粉煤灰的使用比例，并掺入高效泵送剂材料，最后需要控制材料水灰比不大于0.46。

（3）调整混凝土砂率为42%，同时需要严格保证粉煤灰用量为水泥的20%，粗骨料用料至少在1000kg/m3以上。

（4）严格控制混凝土材料的坍落度，在材料送达现场正式展开施工之前，需要由专业试验人员进行检测，保障材料坍落度控制在12～16cm。同时冬季作业还需要对混凝土温度进行检测，保证其作业温度不低于5℃。

（5）合理选择混凝土材料的强度等级，将其控制在C20～C35 之间。混凝土强度并非越高越好，否则不但会浪费施工成本，同时过高的强度等级也必然意味着水泥用量的增加，因此会产生更多的水化热，导致混凝土结构出现开裂。因此在施工过程中，强调工作人员应充分把握好混凝土养护达60d 或90d 后的材料强度，以此适当减少材料中的水泥用量，同时避免混凝土固化期间受到温差影响[3]。

2.3 施工工艺的控制

（1）钢筋支架布置。该项目在前期施工过程中，由于建筑自身重量不断增加，导致建筑下部混凝土结构出现多处开裂现象。为了解决这一问题，需要在施工过程中对工程项目增设钢筋支撑架结构，具体措施为选用直径为20mm 的Ⅲ级钢筋，在筏板底筋平面设置立杆，立杆下部与筏板底筋之间进行焊接固定，采用100×（100×50）mm3规格的混凝土垫块作为支撑；上部结构则取代原有的水平通常架立筋，并选取φ20 钢筋与立杆呈30°夹角焊接，以此起到斜撑作用，并分担建筑下部结构承受的应力荷载避免在后续施工过程中出现开裂现象。

（2）混凝土浇筑施工。建筑混凝土施工过程中，可以采用分层浇筑工艺，向模板中给料时可以采用1:6 的设计坡度，确保混凝土材料能够做到自然流淌，并沿斜坡缓慢流动到顶端，以确保这一过程中能够充分散发热量。同时每层浇筑厚度应控制在40～50cm 之间，完成一层浇筑之后，需要采用“前、中、后”3 道振捣程序同时施工，确保振捣棒间距控制在35cm 左右，单次振捣时长需要控制在20～30s，直到混凝土表面变得平整，不再由气泡泛出为止。此时工作人员需要注意的是，浇筑完成后应每间隔30min 进行二次振捣，进一步排出粗骨料与钢筋周围的水分以及气泡，是混凝土能够完全包裹钢筋，从而减少裂缝现象的出现。

（3）排出泌水。为了有效清除混凝土表面泌水，施工过程中应注意采用斜面浇筑的方法，即先从一侧进行浇筑，当混凝土材料逐渐到达模板顶端后往回浇筑，目的是为了是混凝土层形成一个斜面，并起到集水效果。随后工作人员可分别从模板两侧进行混凝土浇筑，以此逐渐缩小集水坑范围，并在这一过程中同步使用抽水泵将坑内积水排出。

2.4 后期养护的管理

（1）测温管理。混凝土进入初凝阶段，不再进行持续放热之后，即可进行人工覆膜养护。这一阶段混凝土的硬度刚刚达到人在上面行走只能够留下脚印的程度，此时进行养护的目的是为了更好地发挥混凝土的徐变特性，并减少温度对其带来的影响。因此工作人员可以在覆膜的基础上再覆盖一层麻袋，并根据外界温度情况来适当洒水保湿，避免混凝土内外产生温差梯度，以此来减少温度裂缝的出现。为此再养护工作中，工作人员需要重点关注的工作便是对混凝土进行测温管理。

具体方法可以更具混凝土结构的平面轴线来划分测温区域，要求在同一轴线内至少拥有4 个测温点；同时根据浇筑面纵向高度度，应分别在其上、中、下3 个区域内均匀设置轴线，控制其最大间距不得超过60cm。确立测点后，工作人员便可以随着混凝土养护周期的变化，来定期测量混凝土的结构温度。具体标准如表2所示。

表2 测温控制

（2）降温管理。工作人员在进行测温读数采集的过程中，一旦发现混凝土结构内外温度差异较大的情况后，不可盲目采取措施进行降温，而是应确保其抗裂安全度符合以下条件的情况下来进行降温，如式（3）所示。

式中：K——抗裂安全度；ft——混凝土抗拉强度值；σ（t）——当前阶段混凝土最大温缩效应力。

（3）表面涂抹环氧胶泥。完成养护后，对建筑表面一些较为集中的但宽度不足2mm 的细小裂缝，工作人员可以采用环氧胶泥进行涂抹，如此不仅能够起到有效的修复作用，同时还可以避免混凝土结构在使用过程中，由于受到外力因素影响而引发的碳化问题。具体措施为在100mL 环氧树脂中，加入10mL 邻苯二甲酸丁酯、30～40mL 二甲苯、9～12mL 乙二胺、25～45g 粉料，充分拌匀后涂抹在混凝土结构表面即可。

3 结语

综上所述，引发建筑混凝土结构出现裂缝的主要因素，大多集中在荷载、温差以及材料配置等三个方面。因此在预防建筑结构裂缝问题的过程中，工作人员需要明确诱发裂缝的原因所在，进而在施工工艺与设计方案上进行调整优化，以此避免建筑工程出现质量问题。