混凝土裂縫成因分析及防治對策*
——以酒泉地區(qū)為例

施榮

（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，甘肅酒泉735000）

混凝土裂縫成因分析及防治對策*
——以酒泉地區(qū)為例

施榮

（酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系，甘肅酒泉735000）

混泥土裂縫是建筑工程質(zhì)量通病之一，直接影響結(jié)構(gòu)的使用性能和安全性能。本文針對酒泉地區(qū)冬冷夏熱、氣溫晝夜溫差大的氣候特征和廣布的鹽漬土地質(zhì)條件對混泥土材料的影響，對該地區(qū)混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因、表現(xiàn)形式、以及產(chǎn)生危害進(jìn)行了全面分析，并從原材料控制、配合比設(shè)計、摻合量確定、施工質(zhì)量控制等方面提出了相應(yīng)的工程防控措施。

酒泉地區(qū)；裂縫；成因分析；防控措施

0　引言

混凝土是一種由骨料、水泥、水及其他外加劑混合而形成的非均質(zhì)脆性材料。

當(dāng)澆筑的混凝土凝固后，由于材料本身的原因以及混凝土施工和本身變形、約束等一系列問題會在混凝土內(nèi)形成一些孔隙、微小氣孔和微小裂縫，就混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力而言，這些微小的裂縫對結(jié)構(gòu)構(gòu)件的受力和防滲不產(chǎn)生影響，是一種無害裂縫，

但當(dāng)微小裂縫在溫度、荷載、變形等情況下由于內(nèi)部應(yīng)力的作用會不斷地擴(kuò)展貫通，最終形成宏觀裂縫，直接影響建筑適用性和耐久性，甚至使用戶產(chǎn)生心理恐慌。本文針對酒泉地區(qū)比較特殊的氣候和鹽漬土地質(zhì)條件對建筑施工和使用的影響，結(jié)合多年工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，分析了混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的成因并提出了相應(yīng)的防治措施。

1　混凝土裂縫的類型及成因分析

1.1混凝土裂縫常見類型

1）根據(jù)產(chǎn)生裂縫時間的不同，可分為2大類：一是施工期間出現(xiàn)的裂縫；二是使用期間出現(xiàn)的裂縫。

2）產(chǎn)生裂縫的原因主要有材料選配不當(dāng)、施工工藝控制不當(dāng)、混凝土內(nèi)外溫差作用與結(jié)構(gòu)荷載作用、混凝土保護(hù)層不標(biāo)準(zhǔn)等導(dǎo)致鋼筋銹蝕作用、地基不均勻沉降、西北地區(qū)混凝土凍脹作用、地震作用或劇烈碰撞及其他作用等。

3）按照裂縫的產(chǎn)生規(guī)律、形態(tài)、容易發(fā)生的部位，一般劃分為塑性收縮裂縫、塑性沉降裂縫、溫差裂縫、不規(guī)則龜裂、斜向裂縫等，另外還會出現(xiàn)X形交叉裂縫、八字和倒八字形裂縫。

1.2混凝土裂縫的成因分析

由于材料脆性的性質(zhì)以及混凝土本身抗拉強(qiáng)度較低，當(dāng)在溫度、荷載、變形等情況下內(nèi)部附加應(yīng)力大于材料的抗拉強(qiáng)度時混凝土裂縫就會產(chǎn)生，研究表明促使酒泉地區(qū)混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因是干燥、多風(fēng)、氣候寒冷、日溫差大、紫外線照射強(qiáng)烈等因素。

1.2.1荷載作用

一般來說，根據(jù)裂縫的成因可將混凝土裂縫分為結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫，當(dāng)在溫度、荷載、變形等情況下內(nèi)部附加應(yīng)力大于材料的抗拉強(qiáng)度時產(chǎn)生的裂縫為結(jié)構(gòu)性裂縫，研究表明，在混凝土裂縫中，結(jié)構(gòu)性裂縫約占混凝土裂縫總數(shù)的20%，非結(jié)構(gòu)性裂縫約占80%，酒泉地區(qū)以收縮裂縫和溫差裂縫等非結(jié)構(gòu)性裂縫為主，裂縫的形狀多為兩端較細(xì)，中間較寬。

1.2.2塑性收縮和沉降

塑性收縮發(fā)生在混凝土終凝之前，一般在混凝土較薄的結(jié)構(gòu)中容易出現(xiàn)，產(chǎn)生的原因是混凝土澆筑初期，劇烈水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的水化熱使得，混凝土出現(xiàn)泌水，混凝土較大水分的蒸發(fā)，導(dǎo)致混凝土表面失水收縮，表面形成不規(guī)則的塑性收縮裂縫。在酒泉地區(qū)夏季干熱、春秋風(fēng)較大的氣候容易出現(xiàn)失水干縮而產(chǎn)生裂縫。同時因骨料密度大于漿體，在下沉過程中受到鋼筋阻擋，易形成沿鋼筋方向的裂縫[1]。

1.2.3干燥和自干燥收縮

干燥收縮裂縫主要是由于混凝土硬化后，由水分蒸發(fā)引起的干縮變形受到混凝土內(nèi)部約束而產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力使混凝土表面被拉裂。干燥收縮裂縫多沿構(gòu)件短方向縱橫交錯，沒有規(guī)律性[2]，一般每隔1.8m～2.2m就會出現(xiàn)。酒泉在夏季的混凝土施工過程中，養(yǎng)護(hù)不當(dāng)特別容易發(fā)生這種裂縫。

1.2.4溫差收縮裂縫

溫差收縮裂縫是在混凝土逐漸硬化的過程中，內(nèi)部溫度應(yīng)力大于混凝土的拉應(yīng)力時出現(xiàn)的。導(dǎo)致溫度裂縫產(chǎn)生的因素有年溫差和日溫差變化大、驟然降溫等環(huán)境溫度變化因素和水泥水化放熱因素等[3]。在酒泉轄區(qū)的敦煌、金塔等縣市區(qū)，晝夜溫差較大（接近40℃左右）、蒸汽養(yǎng)護(hù)、冬季施工和受到寒潮襲擊時措施采取不當(dāng)?shù)纫蛩?，以及表面與內(nèi)部溫度急劇變化引起的溫度應(yīng)力，均可能引起溫度裂縫。

1.2.5凍脹和鹽漬土引起的混凝土開裂

金塔、玉門、瓜州等區(qū)域是我國土壤鹽漬土分布比較典型的地區(qū)，混凝土主要受到凍融破壞和鹽漬土破壞。一方面，當(dāng)環(huán)境溫度低于0℃時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍（體積膨脹約9%）引起水泥石開裂破壞。另一方面凍融循環(huán)使水泥石累積膨脹，最終導(dǎo)致混凝土開裂、破碎及剝落。其次，在土壤和水中鹽堿含量很高的酒泉地區(qū)，鹽漬土使混凝土粉化、脹裂、脫落以及喪失強(qiáng)度。其主要原因是鹽漬土通過物理和化學(xué)作用破壞水泥水化產(chǎn)物，最終破壞混凝土。

2　混凝土裂縫的危害

混凝土裂縫影響結(jié)構(gòu)使用性能，隨著混凝土裂縫的發(fā)展，結(jié)構(gòu)的實(shí)力發(fā)生改變，結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能變差，結(jié)構(gòu)在設(shè)計基準(zhǔn)年限內(nèi)達(dá)不到結(jié)構(gòu)的功能要求，結(jié)構(gòu)的安全性能也得不到保障。

2.1鋼筋銹蝕

工程實(shí)際證明，鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度是影響建筑結(jié)構(gòu)安全性的重要因素，是構(gòu)件或結(jié)構(gòu)的“生命線”[4]。在實(shí)際工程中，暴露在空氣中的混凝土?xí)驗(yàn)檠鯕夂退值那秩?，使得鋼筋表面產(chǎn)生銹蝕且體積增大，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的膨脹產(chǎn)生的應(yīng)力使得混凝土裂縫不斷增大，鋼筋和混凝土之間的相互粘結(jié)作用變小，鋼筋銹蝕率不斷增大，構(gòu)件受拉區(qū)抗拉強(qiáng)度不斷減小，結(jié)構(gòu)功能要求難以保證。

2.2混凝土碳化

由于混凝土裂縫的產(chǎn)生，結(jié)構(gòu)內(nèi)部的混凝土與空氣中的CO2接觸，與其中含有的Ca（OH）2作用生成CaCO3，固體的形成使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面產(chǎn)生收縮，收縮引起的內(nèi)部應(yīng)力導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)裂縫，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力降低，在冬季施工期間，酒泉地區(qū)早齡期混凝土一般采用火爐保溫措施，保溫過程產(chǎn)生大量的CO2會導(dǎo)致以上碳化裂縫的加速發(fā)展。

2.3結(jié)構(gòu)抗?jié)B性降低

結(jié)構(gòu)構(gòu)件裂縫的發(fā)生會使得結(jié)構(gòu)抗?jié)B性能不斷降低，研究表明，當(dāng)混凝土構(gòu)件裂縫寬度超過0.1mm時，結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)滲漏，對于長期暴露在空氣中的混凝土，空氣中水和其它有害離子會促使結(jié)構(gòu)裂縫的產(chǎn)生和進(jìn)一步擴(kuò)展，酒泉地區(qū)氣候干旱，晝夜溫差大，當(dāng)裂縫寬度超過0.1mm時應(yīng)采取防滲措施。

3　預(yù)防混凝土開裂的措施

3.1嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量

1）為降低水化熱引起的溫差應(yīng)力，在選擇水泥時盡量采用早期水化熱低的水泥，盡可能避免使用早強(qiáng)水泥。

2）嚴(yán)格控制骨料的含堿量，控制粗細(xì)骨料級配，控制骨料最大粒徑，選擇膨脹系數(shù)較小的骨料。

3）嚴(yán)格控制細(xì)骨料內(nèi)的含泥量、級配和和易性，在滿足要求的情況下盡量減少砂的用量。

4）嚴(yán)格按相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)對材料常規(guī)指標(biāo)進(jìn)行檢測，加大水泥的體積安定性、Na2O含量、砂石材料的堅固性、粗細(xì)程度和有害雜質(zhì)的含量等的檢驗(yàn)力度，控制水泥體積穩(wěn)定性指標(biāo)滿足規(guī)范要求。

3.2科學(xué)設(shè)計混凝土的配合比［5］

在設(shè)計時，根據(jù)控制配合比采用減少砂率、水泥、水等減少裂縫的措施。二是要嚴(yán)格控制混凝土坍落度，因?yàn)樵谄渌鼦l件一定時，坍落度越大，水泥砂漿需要量越多，不利于溫度裂縫、干縮裂縫的有效控制。三是嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，科學(xué)確定礦物外加劑、化學(xué)外加劑的品種和摻量。

3.3摻合量的確定

1）粉煤灰量的確定。實(shí)踐證明，混凝土配置時粉煤灰的摻用量控制在10%～15%，混凝土的工作性能會得到很好的改善，且混凝土材料的和易性得到了提高，水化熱得到了降低，對控制混凝土裂縫的產(chǎn)生效果比較明顯[6]。

2）纖維材料的使用。在混凝土結(jié)構(gòu)材料中鍵入一些纖維材料因其產(chǎn)生的拉結(jié)作用可以抑制裂縫的發(fā)展，這種拉結(jié)尤其對干縮和溫度裂縫產(chǎn)生的內(nèi)部應(yīng)力有較好的抑制作用，所以，在考慮成本及性能的前提想下，加入一定的纖維材料會改善混凝土裂縫的發(fā)展。

3.4加強(qiáng)施工質(zhì)量控制及管理［7］

l）建立裂縫質(zhì)量控制圖。在工程施工過程中，建立裂縫質(zhì)量控制圖是確保工程質(zhì)量的有效途徑，結(jié)合酒泉地區(qū)干旱少雨、晝夜溫差大等特點(diǎn)，建立水泥用量、用水量、環(huán)境溫度、砂率、坍落度、等影響混凝土開裂的主要因素建立裂縫質(zhì)量控制圖，動態(tài)持續(xù)監(jiān)控并提取數(shù)據(jù)分析，采取有效措施控制裂縫進(jìn)一步發(fā)展。

2）施工質(zhì)量控制。一是在施工過程中，科學(xué)把握混凝土澆注振搗程度和養(yǎng)護(hù)條件，避免過度振搗。二是耐久混凝土水灰比低、泌水少，為防止因水分蒸發(fā)引起的混凝土表面干縮開裂現(xiàn)象，氣候干燥地區(qū)要做好混凝土未拆模前的保濕、保溫措施。

3）溫差控制。在施工期間，一般將混凝土內(nèi)外溫差控制在25℃之內(nèi)。當(dāng)環(huán)境溫度低于摻合劑規(guī)定的使用溫度時，在滿足加熱場所適當(dāng)通風(fēng)的條件下采用火爐、蒸汽等加熱措施，避免發(fā)生新的碳化收縮裂縫。

4）低溫環(huán)境下的拆模與養(yǎng)護(hù)控制。酒泉地區(qū)每年10月底到11中旬左右，處于秋冬交替，此時施工要注意防凍，避免凍脹裂縫。首先要根據(jù)混凝土強(qiáng)度發(fā)展時間確定拆模時間，拆模時間不宜過早。其次要對混凝土盡早開始養(yǎng)護(hù)，防止在低溫環(huán)境下拆模時混凝土表面溫度產(chǎn)生溫差裂縫。

4　結(jié)語

酒泉地區(qū)氣溫晝夜溫差大、鹽漬土分布廣，對混凝土裂縫產(chǎn)生的影響比較嚴(yán)重。在工程實(shí)踐中，既要熟悉混凝土在施工、使用期間產(chǎn)生裂縫的基本原因，還要結(jié)合當(dāng)?shù)貧鉁亍⒌刭|(zhì)、施工技術(shù)、材料制約等實(shí)際條件，在設(shè)計、施工、使用過程中，做到科學(xué)合理，切合實(shí)際，易于操作，能夠解決問題。

[1]陳路，李鳳云.混凝土裂縫的預(yù)防與處理[J].中國水利，2003.

[2]朱耀臺，詹樹林.混凝土裂縫成因與防治措施研究[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報，2003，21（05）：727-730.

[3]呂麗華，柳俊哲，左紅軍.混凝土的裂縫[J].低溫建筑技術(shù)，2004，29（02）：98-100.

[4]李曉斌.混凝土收縮成因及裂縫控制研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2003.

TU528.1

C

1673-1093（2015）12-0094-03

10.3969/j.issn.1673-1093.2015.12.023

施榮，現(xiàn)就職于酒泉職業(yè)技術(shù)學(xué)院土木工程系。

2015-07-28；

2015-08-08

2014年度甘肅省隴原青年創(chuàng)新人才扶持計劃項目