沙漠地區建筑工程混凝土裂縫成因分析及預防措施

高建峰

摘 要：結合沙特阿拉伯一建筑工程實例，分析沙漠地區建筑工程出現混凝土裂縫的原因及形成機理。分析結果表明，在混凝土裂縫的產生過程中既有混凝土材料的影響，也有施工過程中澆筑、養護等施工因素的影響。結合混凝土裂縫成因機理，提出相應的控制和預防措施，并在實際運用中取得較好的效果。

關鍵詞：沙漠地區；混凝土裂縫；成因分析；預防措施

1 引言

建筑工程混凝土裂縫一直是困擾現場施工的行業難題，裂縫的出現給混凝土結構安全和耐久性帶來危害。在沙漠地區惡劣的條件下，混凝土更加容易出現裂縫，如不妥善處理，極易引起混凝土保護層剝落及鋼筋銹蝕，混凝土耐久性降低，嚴重的甚至會影響主體結構安全。本文結合沙漠地區建筑工程實例，分析在沙漠環境下混凝土裂縫產生的原因和影響因素，并探討對應的控制措施，以期對沙漠地區類似工程施工提供借鑒。

2 工程實例

經現場調查分析，排除了裂縫是由基礎沉降所造成的混凝土質量事故。但裂縫的存在，使得混凝土外表觀感差，業主和監理對此很不滿意，要求盡快改善。

3 裂縫成因分析

要控制混凝土裂縫，必須首先理清裂縫的形成機理及影響因素。據此才能找出控制重點，制訂有效的防治措施。我們在開始施工的兩個區域內，每區隨機抽取10處裂縫作為樣本，從原材料質量到其性能作用，以及施工工藝等幾方面來綜合分析裂縫形成原因。

3.1 原材料質量（混凝土配料）的影響

當地水泥主要是引進國外技術生產，規模小，出廠水泥質量不穩定。如果水泥中游離的氧化鈣含量超標，會影響水泥的安定性，引起混凝土開裂。如果拌合過程中配料不精準，集料顆粒級配不良，或出現水灰比過大等情況[1]，混凝土收縮增大，出現裂縫。粗骨料泥沙含量大，或材質不達標，也會直接削弱混凝土的強度等級，引起混凝土開裂。

3.2 材料性能（作用）影響

3.2.1 塑性收縮

工程所在地區年平均氣溫為32℃，夏季最高達46℃，且氣流變化較大，大風天氣較多，容易出現塑性收縮裂縫。這種裂縫通常發生在混凝土凝結之前[2]，因混凝土表面失水較快而形成，多呈中間寬、兩端細，互不連貫狀態。較短的一般長20～30cm，較長的可達2～3 m，縫寬1～5mm。

3.2.2 干縮裂縫

這類裂縫多發生在混凝土養護結束后的一段時間或澆筑完畢后的一周左右。由于受外部條件的影響，混凝土表面水分損失過快，變形較大，而內部濕度變化較小，變形較小，較大的表面干縮變形受到混凝土內部約束，形成較大拉應力而產生裂縫[3]。沙漠地區晝夜溫差大，更易產生此類裂縫。

3.2.3 溫度裂縫

在混凝土硬化過程中，大量的水化熱聚積在混凝土內部導致內部溫度急劇上升，而混凝土表面散熱較快，這樣形成內外較大的溫差，造成內部與外部熱脹冷縮的程度不同，使混凝土表面產生一定的拉應力，形成表面裂縫[4]。沙漠地區白天持續高溫，夜晚降溫明顯，顯然助長了這種趨勢。

3.2.4 化學反應引起的裂縫

混凝土集料中若摻入過量的堿性料，堿離子與某些活性骨料（如硅石）發生化學反應，局部體積增大，嚴重的會造成混凝土酥松，或膨脹開裂。拌合水或外加劑中氯離子超標，會造成鋼筋銹蝕，降低混凝土握裹力，引發混凝土裂縫出現。這兩類是結構中最常見的由于化學反應而引起的裂縫。

3.3 施工工藝影響

3.3.1 混凝土拌合、輸送不當

本工程為業主指定混凝土拌合站。采用電腦配料，砼運輸車邊拌合邊運輸的生產方式。混凝土拌和質量不穩定，易產生泌水離析。澆筑中泵送速度控制不當，也會降低混凝土性能，在澆筑后產生裂縫。

3.3.2 混凝土振搗不當

振搗棒操作不當，漏振、過振或振搗抽撤過快，或振搗中擾動鋼筋籠，會降低鋼筋與混凝土的握裹作用，影響混凝土的均勻性與密實性。

3.3.3 澆注天氣選擇不當

如不注意選擇合適澆筑天氣，在高溫下混凝土表面蒸發很快，而混凝土內部水化熱高，在澆筑后數小時混凝土仍處于塑性狀態，易產生塑性收縮裂縫。

3.3.4 鋼筋、模板施工不當

鋼筋表面銹蝕或污染未妥當處理，或者在混凝土澆注過程中鋼筋籠受到擾動而移位，使混凝土保護層變小，都會影響鋼筋與混凝土的握裹咬合力，容易形成裂縫。另外，模板構造不當，漏水、漏漿、支撐剛度不足、過早拆模、拆模不當等都有可能引起混凝土開裂。

3.3.5 混凝土養護不當

適當的養護可改善混凝土的水化反應速度。現場養護措施不到位（無麻草覆蓋等），養護時間間隔長，養護時間短都會造成混凝土脫水，引發收縮裂縫。

根據上述不同成因形成的裂縫在尺寸形狀和發生部位上的差異，我們將抽取的裂縫樣本按材料因素（包括材料質量及性能作用）影響和施工工藝因素影響兩種類型進行了歸類分析。結果如表1所示。

分析結果表明，由于采用商品混凝土，原材料質量基本能得到保證，現場預防和改善混凝土裂縫的工作重點應放在施工工藝控制上。

4 控制和預防措施

4.1 加強原材料質量監控

做好商品混凝土拌合站的質量監督工作。重點把握幾個關鍵點：進場水泥分批次進行強度和安定性復測，不合格的杜絕使用；盡量使用中低水化熱水泥（如火山灰水泥）；根據拌合站到作業區的距離，確定合適的水灰比（控制在0.4-0.45）；使用合格砂子，不得直接使用沙漠采集的砂子；粗骨料要控制石粉含量，如超標必須進行過水沖洗。

4.2 制訂合理的澆注方案

工程所在地建筑施工機械化程度較高，混凝土普遍采用泵車泵送澆注。由于泵送砼沖擊力較大，建筑主體結構（如梁板）宜采用趕澆法。具體做法：由板面一端開始先澆筑梁體，根據梁高分層成階梯狀澆筑（控制在30cm一層）；當混凝土澆至板底位置時再與板的混凝土一起澆筑；充分利用混凝土的流塑性并不斷往前推進，直至澆完整個梁板。工藝流程如圖3所示。

柱體混凝土宜采用分層分段法澆筑。一是保證混凝土振搗能充分到位，二是減小泵入混凝土對模板的側向壓力，減少漲模風險，保證混凝土構件的質量和觀感。

4.3 選擇澆筑時間

混凝土澆注盡量避開高溫時段。根據經驗，在5月至10月這一時段，每天上午10時至下午4時原則上不安排混凝土澆注施工。在其他時段，也要根據外界氣溫及時作出調整，氣溫高于35℃，盡量不安排混凝土澆注。確實錯不開時間或必須連續澆筑的，可采取加冰塊等輔助降溫措施，嚴格控制混凝土入模溫度（不宜高于30℃）。

4.4 強化混凝土振搗

振動棒振搗采取行列式布局，垂直振搗，快插慢拔，并盡量輔以二次振搗、二次抹面技術，及時排除泌水及混凝土內部的水分、氣泡。必須做到以下幾點：根據設計要求的坍落度，及時調整振搗時間，并按振搗方位依次振搗，避免過振或漏振；在振搗新澆一層混凝土時，必須插入下面一層中，避免兩層中間生縫的出現，上方一層混凝土的自然形成厚度不能超過振動棒長的1.25倍；每處混凝土的振搗時間不宜過長，一般控制在8～10s，防止粗骨料下沉造成混凝土材質不均勻；混凝土澆到面層時，應抹平壓實，排除泌水，排除混凝土內部的水分和氣泡，提高混凝土密實度。

4.5 合理養護

澆筑后的養護是混凝土施工的關鍵環節。混凝土凝固后，及時安排人覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片，按養護方案定時養護，保證混凝土在養護齡期內保持濕潤。根據工地經驗，每日養護不應低于6次，養護間隔不長于2小時。

4.6 規范鋼筋綁扎和模板施工

鋼筋位置要正確，保證足夠的混凝土保護層。根據業主技術規范和現場經驗，混凝土保護層設置應不偏離以下數值：基礎部位5cm，柱體4cm，梁體3cm，板體2cm。可以采用塑料成品墊圈和自制砂漿墊塊等方式來調整保護層厚度。

模板構造及加固措施要合乎技術規范，防止模板各桿件間的變形不同而導致混凝土裂縫。模板和支架安全系數不宜低于1.2，嚴防在施工荷載（特別是動荷載）作用下，模板變形過大而引發混凝土開裂。

混凝土拆模要根據施組預案進行：柱及梁體邊模在澆筑完成12小時后拆除，梁底模板在砼澆筑養護14天后拆除，板底模板在砼澆筑養護28天后拆除。拆模不宜過早，要保證混凝土在模板拆除過程中不損壞或開裂。同時也不宜過晚，必須保證混凝土得到及時養護。

我們依上述方案在后續施工中加強了質量監測和工藝改良，結果此前出現的混凝土裂縫問題得到有效控制，觀感質量明顯提高。混凝土施工獲得業主和監理的認可，主體結構順利通過驗收。

5 結束語

通過成因分析和實踐，我們對沙漠地區建筑工程混凝土裂縫問題有以下5點認識：

（1）沙漠地區晝夜溫差變化較大，混凝土出現裂縫的幾率要遠高于一般地區，必須引起高度重視。

（2）做好原材料質量控制，強化混凝土施工工藝是控制和減少砼裂縫的主要技術手段。

（3）混凝土澆筑前必須綜合考慮，做好預案，通過合理的技術措施，保證混凝土密實度。

（4）混凝土凝固后，及時覆蓋塑料薄膜或者潮濕的草墊、麻片，按規范要求養護，確保后期養護質量。

（5）混凝土裂縫的出現雖不可避免，但通過有效的預防措施，可以得到合理的控制。

參考文獻

[1]陳建南.淺析混凝土裂縫的形成及預防措施[J].科學大眾（科學教育），2011（05）：64.

[2]黃金彪.試論混凝土裂縫的預防與治理要點[J].科學之友，2011（06）：82.

[3]仝雪娜.淺談混凝土裂縫的成因與控制[J].河南建材，2013（01）：45.

[4]陳曦，楊楊.淺談水利建筑施工中混凝土裂縫的原因及防治措施[J].建筑科學，2012（09）：77.