房屋主体结构混凝土裂缝的成因及控制分析

秦云雷，胡华宏，辛梓粼，周双，张明凯

（中建二局第二建筑工程有限公司，广东深圳 518000）

1 引言

房屋主体结构裂缝是建筑领域长期存在的技术难题，微小裂缝变形不会过多影响结构应用性能，但如果变形严重，势必导致主体结构失稳，甚至引发安全事故。近些年，混凝土裂缝研究成果较多，为强化对混凝土裂缝的理解，预防巨大病害，结合实际项目进行分析十分必要。

2 项目概况

周口开元万达广场住宅项目位于周口市开元大道南侧、春晖路东侧、南六路北侧。用地面积7.7 万m2，总建筑面积29.4 万m2，其中地上建筑面积约23.86 万m2，地下建筑面积5.54 万m2。其中包含34 层高层住宅11 栋（11 号～13 号、16 号东单元、17 号～23 号），25 层高层住宅1 栋（16 号西单元），27 层高层住宅1 栋（15 号），1 栋幼儿园及1～2 层商业若干，1 层地下车库。主楼结构为框架剪力墙结构。

3 房屋主体结构混凝土裂缝成因

在混凝土结构中裂缝能分成微观与宏观两种，前者指无法通过肉眼观察的病害：骨料和水泥石黏合处缝隙；水泥石内部裂缝；骨料中的裂缝，其分布缺乏规则性及连续性。后者是能直接观察到的缝隙，尺寸通常能达到0.05 mm，且后者应由前者发展形成。由于混凝土结构内裂缝几乎必然出现，只有尽将其控制在允许区间内，才能避免变成真正的病害。混凝土结构裂缝成因通常表现在：首先，外部荷载，属于普遍状况，由结构主要应力造成的；其次，结构次应力，一般是因为主体结构现实工况和设计阶段的假设模型存在差异导致；最后，变形应力，包括沉降、温度与收缩等变化，导致结构变形，继而出现应力，在应力高于结构抗拉强度后便会形成裂缝。

3.1 温度裂缝

混凝土结构变形后，相连部分以及结构内部均受其影响。如果混凝土结构截面尺寸偏大，内部温湿度易出现不均匀分布情况，导致结构内各部分相互制约。项目施工中，混凝土结构尺寸大、材料使用量多，水化热过大结构会面临大幅温度起伏及收缩应力，可见，温度收缩应力就是造成主体结构出现裂缝的关键因素。由此形成的结构缝隙，包括表面与贯通两类。前者是因为结构内外散热效果存在差异，产生温度差，结构内部承受压应力，外表则要抵抗拉应力，在超出混凝土抗压强度后即出现裂缝。而贯通裂缝则是因混凝土结构强度达到一定水平后，温度慢慢下降，降温差异导致结构变形，加之混凝土失水引发收缩变形，由此产生的拉应力大于结构抵抗强度，易形成贯通裂缝[1]。

3.2 收缩裂缝

高强度的混凝土结构，初期收缩比较明显，原因是此类混凝土材料内30%～60%左右的矿物细掺合料取代了传统水泥，而减水剂使用量达到胶凝原料整体的1%～2%，总体水胶比处于0.25～0.4 能够优化混凝土结构。而该类混凝土材料也存在负面影响，易提高收缩裂缝的形成概率。高强度混凝土结构收缩裂缝有不同形式，根据裂纹产生时间，大致判断出实际成因。如塑性裂缝通常是在混凝土浇筑完工后的数小时至十余小时形成；温度裂缝一般在浇筑后的2～10 d；自收缩裂缝则需待混凝土硬化之后的数日至几十日产生；干燥裂缝通常在1年左右产生。

1）塑性收缩。高强度混凝土水胶比小，自由水分不足，其他掺合料对于水分具有较大的敏感度，所以此类结构一般不泌水，结构表面的失水速度较高，因此，高强度混凝土结构更易发生收缩裂缝。

2）温度收缩。在混凝土强度标准偏高的主体结构中，水泥添加量相对偏多，水化热更加明显，升温速度快，总体变化幅度为35～40 ℃，再加上材料初始温度，最终温度可达70～80 ℃。而混凝土热膨胀系数大约是10×10-6/℃，在温度下调2～25 ℃后，混凝土结构会因为承受巨大应力出现冷缩，导致结构开裂。

3）干燥收缩。结构吸附水损失后易引发干缩。

4）自收缩。混凝土结构内的相对湿度会在水化热产生过程中不断下降，也就是“自干燥”，导致水分不饱和，形成负压，导致混凝土结构出现自收缩。

4 控制主体结构混凝土裂缝措施

4.1 合理挑选混凝土原料

1）选择水化热程度处于较低水平的水泥材料制作混凝土，如粉煤灰、矿渣硅酸盐等水泥。混凝土由水化热反应导致热量积聚，形成温差应力。对于大体积混凝土结构，一般选择矿渣硅酸盐水泥，结合有关数据说明，此类水泥3 d 水化热为180 kJ/kg，而普通硅酸盐水泥则达250 kJ/kg，故改用矿渣硅酸盐能使水化热大幅下降。

2）减水剂选择木质素磺酸钙，其拥有极高的分散性与黏结性等优势。在拌制混凝土中，可当成一种外加剂，其使用量在水泥量的0.25%～0.3%倍，借此能少添加10%～14%的水，达到控制水化热的目的，降低释放热量的速度。

3）粉煤灰外掺料。拌制混凝土中加入适量粉煤灰，具有润滑效果，优化混凝土材料输送与黏塑等特性。另外，粉煤灰可取代部分水泥，实现控制水化热的程度[2]。添加粉煤灰的混凝土结构，后期强度明显提升，但也要注意粉煤灰的实际用量，以免结构表面形成细纹。

4）骨料挑选。混凝土材料通常是连续级配，以此保证其和易性，实现用较少的水与水泥就能达到抗压需要。在该工程中，粗骨料粒径标准是20～40 mm，而细骨料以中砂为主，且注意骨料含泥量，不能超过1%。

4.2 把控混凝土入模的温度

建筑主体结构混凝土施工一般是在春秋两季，或温度相对偏低的时段，以此降低混凝土浇筑期间的温度。如果是高温季节，需采取必要举措调节浇筑施工温度，现场要搭建相关设施。对于入模温度的调控可尝试借助以下方式实现。

1）混凝土材料中粗骨料用量能达到50%左右，所以控制粗骨料温度，可有效降低拌制出料的实际温度。按照有关数据说明，粗骨料温度下降5 ℃左右，混凝土出料温度大约能下调1 ℃。因此在拌制施工中，施工人员可适当喷洒冷水，控制骨料温度。而在实际操作中，必须对洒水量进行有效控制，以免由于含水量“失控”，提升混凝土坍落度，甚至引发离析的问题。为防止发生该类情况，通过混凝土配合比试验，灵活调整拌制原料投入量。

2）水泥原料保存空间要有良好的通风，水泥温度应在60 ℃以内。

3）拌制混凝土中的水体也应进行冷却处理，控制在5 ℃左右。

4.3 实施全过程测温

在设置测温点时要遵循以下原则。

1）保证测温点可以体现混凝土结构温度场与变化情况。

2）在主体结构的各个部分与中心位置、厚度差异过渡区与结构边缘等位置，容易出现明显约束应力的位置，应适当提高测温点的布置密度。

3）测温点要避开阳光直射的位置，以免影响温度参数收集结果的准确度。根据相关施工技术标准，混凝土表面温度和自然环境温差应在20 ℃以内，所以在测量混凝土内部温度中，也要记录大气温度变化。

4）保温层部分的测点，需设置在混凝土结构与保温层之间，收集层内的数据变化。按照混凝土结构项目的施工规范，结构表面40～80 mm 处，内部温差要控制在25 ℃以内。相应测温布置点如图1 所示。

图1 混凝土结构测温点布置方法

测温操作从混凝土浇筑到后期拆掉保温层，至少需20 d。本项目中，测温频率可参见表1。

表1 混凝土结构测温频率

4.4 优化建筑结构设计

在房屋主体结构设计中需考虑方案本身的完整性与实效性，以此实现从根本上加大对裂缝病害的控制力度。为此，设计师需根据不同施工节点可能形成的应力情况调整房屋结构，并对因应力变化形成裂缝的部分实行精准预测，利用加强对应力的制约，控制裂缝威胁范围。具体的设计处理中，除了考虑结构裂缝本身外，还需全面提升主体结构刚度，保证混凝土结构具有足够的荷载能力，防止因为载荷以及结构承重能力的设计误差，埋下形成裂缝的隐患。同时，在利用荷载强度加强对主体结构裂缝控制的同时，设计师还要关注地基沉降的问题，对此可专门制订沉降缝处理方案。如结合项目区的各类环境条件，在易发生裂缝的位置使用完整的钢筋混凝土体系，并提升地基稳定性，抑制裂缝发育[3]。

5 结语

为有效提升对混凝土裂缝的管控，应注重结构本身的设计，且要结合具体试验进行分析，挑选合适材料。在施工过程中重点控制温度条件。通过提前降低拌制混凝土的原料温度、用其他物料代替水泥等方式，降低混凝土浇筑期间的温度水平，同时，为提高现场控制的精准度，施工人员要在适当的位置布设测温点，及时采集主体结构各部分的温度数据，以便调整施工方案与管理计划。总体来看，虽然混凝土裂缝在所难免，但在保障各项施工条件稳定的情况下，裂缝能处于可控状态，利用防范举措抑制裂缝发展。