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摘要：混凝土裂缝是存在于建筑工程施工领域的通病之一。混凝土裂缝会对建筑工程质量产生影响，严重的情况会对结构安全产生影响。混凝土结构裂缝的产生主要发生在施工阶段，施工单位承担了防止混凝土裂缝产生的主要风险和责任。研究如何避免混凝土裂缝的产生不仅能确保结构实体的安全，同时对于工程顺利交付并得到业主对于施工单位施工水平认可具有非常重大的意义。
关键词：混凝土裂缝 裂缝成因 结构安全 耐久性 裂缝处理
一、混凝土裂缝产生原因
混凝土裂缝是建筑工程中最常见的病害之一。依据裂缝的可见与否，可将肉眼可见的裂缝称为宏观裂缝，将肉眼不可见的裂缝称为微裂缝。工程实践中，通常将裂缝的界限宽度取为0.05mm。混凝土中裂缝的产生机理受多种因素影响。从组成来看，混凝土是一种由粗骨料、细骨料、水泥和水等按一定比例组成的胶凝材料，其内部存在固、液、气等多种相态，这种材料的多样性与不连续性，使得微裂缝在混凝土中普遍存在，这是混凝土产生裂缝的内在原因。研究表明，混凝土中存在三种微裂缝，分别为砂浆与石子黏结面上的微裂缝、贯穿砂浆的微裂缝及贯穿骨料微裂缝。一般情况下，这些微裂缝在混凝土中是弥散存在的，但当外部作用累积或混凝土离析、收缩时，这些微裂缝会不断扩展和增加，最终连通形成肉眼可见的宏观裂缝。
建筑工程中，大多数混凝土裂缝都发生在施工阶段或交付使用以前，一些工程使用阶段发现的裂缝其根源也多来自施工阶段，施工阶段的细小裂缝受到其他因素影响就有可能发展成使用阶段的严重裂缝。可以根据这些裂缝成因，有针对性的进行施工阶段的混凝土裂缝防控工作。基于笔者本人的工程经验，将施工期间的混凝土裂缝分为直接影响裂缝和间接影响裂缝。
1.1直接影响裂缝
直接影响裂缝是指由混凝土浇筑和后续施工不当直接导致或主因导致的裂缝。直接裂缝包括：浇筑施工裂缝、钢筋位移裂缝、接槎裂缝、塑性沉降裂缝、施工堆载裂缝、预应力裂缝和养护裂缝。
1.1.1浇筑施工裂缝
混凝土浇筑应分层段连续进行，振捣时也应符合“快插慢拔”的操作要求，但在一些施工过程中，由于浇筑振捣操作不当或疏忽等原因，会在浇筑成型的混凝土中出现蜂窝、分层、漏浆、露筋、孔洞、夹渣层、等质量问题，造成混凝土裂缝，并有可能诱发初始裂缝的进一步发展。
1.1.2钢筋位移裂缝
混凝土结构工程中钢筋位移问题是施工质量的通病，从钢筋的加工、安装到混凝土浇筑环节，都有可能产生钢筋位移。钢筋加工时，未能进行很好的尺寸控制，就会由于尺寸偏差使钢筋产生位移。钢筋安装时，没有按照规范准确固定钢筋的位置，也会使钢筋产生位移。混凝土浇筑时，没有采取控制钢筋位移的施工技术措施，或者施工人员不注重钢筋的成品保护，随意踩在钢筋的上面，在垫块的间距、强度以及马镫间距不能保证时，钢筋很容易被踩下，由此产生钢筋的位移。对于板或悬臂构件，负弯矩筋位移减小了有效高度，降低截面承载力，在板底引发裂缝。
1.1.3接槎裂缝
混凝土分区、分段施工时，需在接槎处设置施工缝。施工缝、后浇带等混凝土接茬位置属于薄弱位置，由于该薄弱位置处新旧混凝土的差异与缺陷，如果处理不当就极易产生裂缝。另外混凝土连续浇筑间隔时间过长造成冷缝，最终造成接槎裂缝。
1.1.4塑性沉降裂缝
新浇筑混凝土在初始振捣表面抹光之后，混凝土仍处于可塑状态，这时内部沉降会造成塑性沉降裂缝，塑性沉降裂缝严重时会延钢筋通长发展，导致钢筋锈蚀，影响结构的受力和安全。总结施工现场可能产生塑性沉降的原因有如下几种：混凝土内固体受钢筋阻拦、受侧模板摩擦阻力产生不均与沉降形成裂缝；表面水平钢筋上方最容易形成沉降裂缝，且钢筋越粗、保护层越薄，情况越严重；竖向墙柱结构和水平向板梁结构都会发生塑性沉降；梁板混凝土高度不同，在构件交接面会形成沉降差，产生塑性沉降裂缝。一般来说，混凝土坍落度越大，沉降开裂的可能越大。
1.1.5施工堆载裂缝
由于工程工期紧张，单层结构施工时间缩短。顶板混凝土浇筑后但强度很低时，上层施工就已开始，较大的施工荷载造成楼板模板支撑不均匀沉降，引起较大的变形，造成裂缝。同时施工层堆料未经合理安排，集中放置时引起混凝土的局部变形较大，造成裂缝。
1.1.6预应力裂缝
现浇混凝土结构施工中，当预应力张拉失控，骤然释放施力，使得锚固段局部应力增大，局部构造措施失当引起预应力裂缝。
1.1.7养护裂缝
混凝土养护耗时长，也是对混凝土质量起决定性作用的一个过程。养护过程中，应保证混凝土表面的温度和湿度都处在合理范围内。但在施工过程中，当混凝土表层未经压抹处理、养护覆盖未按规定时间进行、养护环境的温度-湿度不符合要求、蒸汽出池骤然冷却时会出现养护裂缝。
1.2间接影响裂缝
间接影响裂缝是指受混凝土性质影响而产生的裂缝。本文所指的间接影响裂缝包括耐久性裂缝、温度裂缝和收缩裂缝。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆耐久性裂缝对混凝土的危害最为严重，是由于混凝土配比中碱、氯离子等有害物质含量超标造成的。按照施工规范规定严格控制碱、氯离子等有害物质含量即可有效控制此类裂缝的发生。温度裂缝指混凝土浇筑过程中，水泥发生水化热反应释放出大量热量，内部温度急剧上升，内部和表面温差较大，在一定的约束条件下受拉所产生的裂缝。底板等部位大体积混凝土施工过程中，控制温度裂缝的关键是控制温度应力。收缩裂缝是混凝土在浇筑完毕的塑性阶段和硬化后因干燥失水、温度变化和内部水化等过程发生收缩，我国传统混凝土的总收缩量不超过300 ,自上世纪90年代推广商品混凝土以及相应的泵送施工工艺后，收缩量已增大到400~500 ，由于现浇混凝土结构多为超静定结构，收缩变形受到制约，因此产生收缩裂缝。收缩裂缝的成因复杂，涉及因素多，防控难度大，防控周期长，是混凝土裂缝防控的难点。
1.2.1配比致耐久性裂缝
配比致耐久性裂缝主要包括：碱骨料反应裂缝、钢筋锈胀裂缝。
a)碱骨料反应裂缝
露天的混凝土结构中通常有水存在，这时必须考虑有水参与的碱骨料反应。碱骨料反应主要包括碱-硅酸反应和碱-碳酸盐反应，反应的生成物体积膨胀，引起混凝土内部的胀裂，碱骨料反应持续进行时，裂缝发展到结构表面从而形成碱骨料反应裂缝。碱骨料反应裂缝外观类似龟裂，但其不是混凝土结构的表层裂缝，而是深入内部的结构裂缝，会导致结构抗力降低。
B)钢筋锈胀裂缝
由于混凝土的微观结构并不密实，当环境中有腐蚀性介质和水时，可能渗入混凝土表面达到钢筋表面，发生电化学反应，从而锈蚀钢筋。当环境中存在腐蚀性物质和氯化物时，这种腐蚀进程会被加快。钢筋锈蚀后体积膨胀，胀裂混凝土保护层而形成锈胀裂缝。当锈蚀严重时，钢筋与混凝土的粘结锚固作用削弱，进而影响混凝土的受力及结构的安全。
1.2.2温度裂缝
混凝土浇筑过程中，水泥水化热会随着龄期的增长释放出大量的热量，混凝土内部的热量以热传导形式传递，在混凝土与空气的接触面上，热量会以对流和辐射的方式扩散，使得混凝土表面温度低于内部温度。混凝土的弹性模量同样随龄期变化，呈现出逐渐增大后稳定的趋势。综合来看，混凝土浇筑以后，由于水泥的水化热，内部温度急剧上升，此时的混凝土弹性模量很小，徐变很大，升温引起的压应力并不大，但在日后温度逐渐降低时，模型模量比较大，徐变较小，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土产生温度裂缝。
1.2.3收缩裂缝
收缩裂缝通常是由混凝土收缩和混凝土表层收缩引起的。混凝土收缩主要是指由于混凝土胶凝硬化过程中，内部产生的水化反应表现于宏观层面的体积收缩。由水化反应引起的体积收缩是引起混凝土收缩裂缝的主要原因。混凝土表面收缩是指发生在混凝土表面，由干燥、失水等原因引起的龟裂裂缝。
二、建筑工程混凝土裂缝控制措施
目前，国际上对有害和无害裂缝的研究正在进行，主要是从耐久性的角度出发，裂缝允许宽度有逐渐扩大的趋势。国内规范对裂缝宽度的控制相对比较严格。预应力混凝土结构的无害裂缝宽度为0~0.2mm，非预应力混凝土结构的无害裂缝宽度为0.30mm。为避免裂缝值超过最大允许裂缝宽度，应在设计和施工中采取裂缝控制措施。
2.1设计时预防裂缝
建筑工程中，为避免在施工阶段产生裂缝，应在设计阶段就采取预防裂缝出现的措施。根据工程所在地的地理位置与气候情况，首先应选用合格的钢筋、水泥、粗细骨料等施工材料，并选用合理的混凝土配合比。混凝土结构既要考虑工况中的最不利情况，也要考虑到工况外可能产生的效应，在一些容易开裂的部位采取针对性的预防措施。此外，应在规定范围内选取厚度最小的钢筋保护层，避免因为厚度超标，对保护层造成影响，进而出现温度裂缝问题。
2.2施工中避免裂缝
在施工过程中，为防止混凝土裂缝的出现，需对施工进行工艺、工序以及技术的控制，具体包含：钢筋加工和安装时，应严格按照规范要求进行，确保钢筋尺寸在容许误差范围内，钢筋位置满足设计要求；模板安装完毕后，应仔细检查扣件、螺栓是否紧固，模板拼缝是否严密，墙厚是否准确，角模与墙板接槎是否紧固，经检验合格后，再进行浇筑；在采用分层浇筑的同时，做好密实与均匀振捣作业，同时浇捣时振捣人员应注意对钢筋位置的保护；为减少塑性沉降裂缝，混凝土拌合物在入模时，塌落度不宜过大；为避免堆载裂缝，也应严格限制施工荷载，并避免过大堆载；在现浇预应力混凝土结构中，预留孔洞周边应配有足够的加强钢筋，并保证锚固长度；混凝土养护也是确保混凝土质量的关键措施。养护方式可以采用洒水自然养护、喷涂薄膜养护、覆盖塑料养护以及蒸汽养护等，具体方式根据所在环境和经济条件选取。一般混凝土的养护时间要持续21天~28天。在遇到特殊天气，如冬季、雨期或高温时，应根据具体情况采取对应措施，避免混凝土因环境突变而产生裂缝。
三、结语
混凝土裂缝作为结构工程中的通病之一，给结构工程的安全性与稳定性带来了隐患，同时也对建筑施工单位施工质量形成挑战。研究混凝土裂缝的成因及应对措施具有重要意义。本文介绍了混凝土裂缝的产生机理，并基于笔者的工程经验和相关文献，列举了施工过程中常见的裂缝原因和可行的裂缝控制措施。一般认为混凝土结构都是带裂缝工作的，但考虑到裂缝都是随着环境温度、湿度、荷载而变化的，为避免裂缝影响结构的美观性和威胁结构安全，必须确保结构的最大裂缝符合规范要求。只有这样才能确保有效防控裂缝，确保建筑质量，并促进建筑行业的稳步发展。
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备注：肖辉 国家注册一级建造师 工程师
论文作者:肖辉
论文发表刊物:《防护工程》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/31
标签：裂缝论文; 混凝土论文; 钢筋论文; 骨料论文; 结构论文; 塑性论文; 温度论文; 《防护工程》2017年第28期论文;