混凝土裂缝成因分析及防治对策*
——以酒泉地区为例
2015-04-16施荣
施荣
（酒泉职业技术学院土木工程系，甘肃酒泉735000）
混凝土裂缝成因分析及防治对策*
——以酒泉地区为例
施荣
（酒泉职业技术学院土木工程系，甘肃酒泉735000）
混泥土裂缝是建筑工程质量通病之一，直接影响结构的使用性能和安全性能。本文针对酒泉地区冬冷夏热、气温昼夜温差大的气候特征和广布的盐渍土地质条件对混泥土材料的影响，对该地区混凝土产生裂缝的主要原因、表现形式、以及产生危害进行了全面分析，并从原材料控制、配合比设计、掺合量确定、施工质量控制等方面提出了相应的工程防控措施。
酒泉地区；裂缝；成因分析；防控措施
0 引言
混凝土是一种由骨料、水泥、水及其他外加剂混合而形成的非均质脆性材料。
当浇筑的混凝土凝固后，由于材料本身的原因以及混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题会在混凝土内形成一些孔隙、微小气孔和微小裂缝，就混凝土结构构件受力而言，这些微小的裂缝对结构构件的受力和防渗不产生影响，是一种无害裂缝，
但当微小裂缝在温度、荷载、变形等情况下由于内部应力的作用会不断地扩展贯通，最终形成宏观裂缝，直接影响建筑适用性和耐久性，甚至使用户产生心理恐慌。本文针对酒泉地区比较特殊的气候和盐渍土地质条件对建筑施工和使用的影响，结合多年工程实践经验，分析了混凝土结构裂缝的成因并提出了相应的防治措施。
1 混凝土裂缝的类型及成因分析
1.1混凝土裂缝常见类型
1）根据产生裂缝时间的不同，可分为2大类：一是施工期间出现的裂缝；二是使用期间出现的裂缝。
2）产生裂缝的原因主要有材料选配不当、施工工艺控制不当、混凝土内外温差作用与结构荷载作用、混凝土保护层不标准等导致钢筋锈蚀作用、地基不均匀沉降、西北地区混凝土冻胀作用、地震作用或剧烈碰撞及其他作用等。
3）按照裂缝的产生规律、形态、容易发生的部位，一般划分为塑性收缩裂缝、塑性沉降裂缝、温差裂缝、不规则龟裂、斜向裂缝等，另外还会出现X形交叉裂缝、八字和倒八字形裂缝。
1.2混凝土裂缝的成因分析
由于材料脆性的性质以及混凝土本身抗拉强度较低，当在温度、荷载、变形等情况下内部附加应力大于材料的抗拉强度时混凝土裂缝就会产生，研究表明促使酒泉地区混凝土产生裂缝的主要原因是干燥、多风、气候寒冷、日温差大、紫外线照射强烈等因素。
1.2.1荷载作用
一般来说，根据裂缝的成因可将混凝土裂缝分为结构性裂缝和非结构性裂缝，当在温度、荷载、变形等情况下内部附加应力大于材料的抗拉强度时产生的裂缝为结构性裂缝，研究表明，在混凝土裂缝中，结构性裂缝约占混凝土裂缝总数的20%，非结构性裂缝约占80%，酒泉地区以收缩裂缝和温差裂缝等非结构性裂缝为主，裂缝的形状多为两端较细，中间较宽。
1.2.2塑性收缩和沉降
塑性收缩发生在混凝土终凝之前，一般在混凝土较薄的结构中容易出现，产生的原因是混凝土浇筑初期，剧烈水泥水化反应产生的水化热使得，混凝土出现泌水，混凝土较大水分的蒸发，导致混凝土表面失水收缩，表面形成不规则的塑性收缩裂缝。在酒泉地区夏季干热、春秋风较大的气候容易出现失水干缩而产生裂缝。同时因骨料密度大于浆体，在下沉过程中受到钢筋阻挡，易形成沿钢筋方向的裂缝[1]。
1.2.3干燥和自干燥收缩
干燥收缩裂缝主要是由于混凝土硬化后，由水分蒸发引起的干缩变形受到混凝土内部约束而产生较大的拉应力使混凝土表面被拉裂。干燥收缩裂缝多沿构件短方向纵横交错，没有规律性[2]，一般每隔1.8m～2.2m就会出现。酒泉在夏季的混凝土施工过程中，养护不当特别容易发生这种裂缝。
1.2.4温差收缩裂缝
温差收缩裂缝是在混凝土逐渐硬化的过程中，内部温度应力大于混凝土的拉应力时出现的。导致温度裂缝产生的因素有年温差和日温差变化大、骤然降温等环境温度变化因素和水泥水化放热因素等[3]。在酒泉辖区的敦煌、金塔等县市区，昼夜温差较大（接近40℃左右）、蒸汽养护、冬季施工和受到寒潮袭击时措施采取不当等因素，以及表面与内部温度急剧变化引起的温度应力，均可能引起温度裂缝。
1.2.5冻胀和盐渍土引起的混凝土开裂
金塔、玉门、瓜州等区域是我国土壤盐渍土分布比较典型的地区，混凝土主要受到冻融破坏和盐渍土破坏。一方面，当环境温度低于0℃时，吸水饱和的混凝土出现冰冻（体积膨胀约9%）引起水泥石开裂破坏。另一方面冻融循环使水泥石累积膨胀，最终导致混凝土开裂、破碎及剥落。其次，在土壤和水中盐碱含量很高的酒泉地区，盐渍土使混凝土粉化、胀裂、脱落以及丧失强度。其主要原因是盐渍土通过物理和化学作用破坏水泥水化产物，最终破坏混凝土。
2 混凝土裂缝的危害
混凝土裂缝影响结构使用性能，随着混凝土裂缝的发展，结构的实力发生改变，结构的抗渗性能变差，结构在设计基准年限内达不到结构的功能要求，结构的安全性能也得不到保障。
2.1钢筋锈蚀
工程实际证明，钢筋的混凝土保护层厚度是影响建筑结构安全性的重要因素，是构件或结构的“生命线”[4]。在实际工程中，暴露在空气中的混凝土会因为氧气和水分的侵入，使得钢筋表面产生锈蚀且体积增大，结构内部的膨胀产生的应力使得混凝土裂缝不断增大，钢筋和混凝土之间的相互粘结作用变小，钢筋锈蚀率不断增大，构件受拉区抗拉强度不断减小，结构功能要求难以保证。
2.2混凝土碳化
由于混凝土裂缝的产生，结构内部的混凝土与空气中的CO2接触，与其中含有的Ca（OH）2作用生成CaCO3，固体的形成使得结构构件表面产生收缩，收缩引起的内部应力导致混凝土出现裂缝，导致结构承载能力降低，在冬季施工期间，酒泉地区早龄期混凝土一般采用火炉保温措施，保温过程产生大量的CO2会导致以上碳化裂缝的加速发展。
2.3结构抗渗性降低
结构构件裂缝的发生会使得结构抗渗性能不断降低，研究表明，当混凝土构件裂缝宽度超过0.1mm时，结构就会出现渗漏，对于长期暴露在空气中的混凝土，空气中水和其它有害离子会促使结构裂缝的产生和进一步扩展，酒泉地区气候干旱，昼夜温差大，当裂缝宽度超过0.1mm时应采取防渗措施。
3 预防混凝土开裂的措施
3.1严格控制原材料的质量
1）为降低水化热引起的温差应力，在选择水泥时尽量采用早期水化热低的水泥，尽可能避免使用早强水泥。
2）严格控制骨料的含碱量，控制粗细骨料级配，控制骨料最大粒径，选择膨胀系数较小的骨料。
3）严格控制细骨料内的含泥量、级配和和易性，在满足要求的情况下尽量减少砂的用量。
4）严格按相关规范和标准对材料常规指标进行检测，加大水泥的体积安定性、Na2O含量、砂石材料的坚固性、粗细程度和有害杂质的含量等的检验力度，控制水泥体积稳定性指标满足规范要求。
3.2科学设计混凝土的配合比［5］
在设计时，根据控制配合比采用减少砂率、水泥、水等减少裂缝的措施。二是要严格控制混凝土坍落度，因为在其它条件一定时，坍落度越大，水泥砂浆需要量越多，不利于温度裂缝、干缩裂缝的有效控制。三是严格按标准规范要求，依据试验数据，科学确定矿物外加剂、化学外加剂的品种和掺量。
3.3掺合量的确定
1）粉煤灰量的确定。实践证明，混凝土配置时粉煤灰的掺用量控制在10%～15%，混凝土的工作性能会得到很好的改善，且混凝土材料的和易性得到了提高，水化热得到了降低，对控制混凝土裂缝的产生效果比较明显[6]。
2）纤维材料的使用。在混凝土结构材料中键入一些纤维材料因其产生的拉结作用可以抑制裂缝的发展，这种拉结尤其对干缩和温度裂缝产生的内部应力有较好的抑制作用，所以，在考虑成本及性能的前提想下，加入一定的纤维材料会改善混凝土裂缝的发展。
3.4加强施工质量控制及管理［7］
l）建立裂缝质量控制图。在工程施工过程中，建立裂缝质量控制图是确保工程质量的有效途径，结合酒泉地区干旱少雨、昼夜温差大等特点，建立水泥用量、用水量、环境温度、砂率、坍落度、等影响混凝土开裂的主要因素建立裂缝质量控制图，动态持续监控并提取数据分析，采取有效措施控制裂缝进一步发展。
2）施工质量控制。一是在施工过程中，科学把握混凝土浇注振捣程度和养护条件，避免过度振捣。二是耐久混凝土水灰比低、泌水少，为防止因水分蒸发引起的混凝土表面干缩开裂现象，气候干燥地区要做好混凝土未拆模前的保湿、保温措施。
3）温差控制。在施工期间，一般将混凝土内外温差控制在25℃之内。当环境温度低于掺合剂规定的使用温度时，在满足加热场所适当通风的条件下采用火炉、蒸汽等加热措施，避免发生新的碳化收缩裂缝。
4）低温环境下的拆模与养护控制。酒泉地区每年10月底到11中旬左右，处于秋冬交替，此时施工要注意防冻，避免冻胀裂缝。首先要根据混凝土强度发展时间确定拆模时间，拆模时间不宜过早。其次要对混凝土尽早开始养护，防止在低温环境下拆模时混凝土表面温度产生温差裂缝。
4 结语
酒泉地区气温昼夜温差大、盐渍土分布广，对混凝土裂缝产生的影响比较严重。在工程实践中，既要熟悉混凝土在施工、使用期间产生裂缝的基本原因，还要结合当地气温、地质、施工技术、材料制约等实际条件，在设计、施工、使用过程中，做到科学合理，切合实际，易于操作，能够解决问题。
[1]陈路，李凤云.混凝土裂缝的预防与处理[J].中国水利，2003.
[2]朱耀台，詹树林.混凝土裂缝成因与防治措施研究[J].材料科学与工程学报，2003，21（05）：727-730.
[3]吕丽华，柳俊哲，左红军.混凝土的裂缝[J].低温建筑技术，2004，29（02）：98-100.
[4]李晓斌.混凝土收缩成因及裂缝控制研究[D].重庆：重庆大学，2003.
TU528.1
C
1673-1093（2015）12-0094-03
10.3969/j.issn.1673-1093.2015.12.023
施荣，现就职于酒泉职业技术学院土木工程系。
2015-07-28；
2015-08-08
2014年度甘肃省陇原青年创新人才扶持计划项目
