預拌混凝土水平結構施工早期裂紋控制初探

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隨著預拌混凝土的推廣應用，梁板結構混凝土裂紋的控制越來越成為廣大施工單位，特別 是商品混凝土生產(chǎn)廠家關注的問題。為此筆者就此進行了工程調(diào)查，查閱了國內(nèi)外有關資料 ，并在部份工程進行了試驗，現(xiàn)將裂紋產(chǎn)生的一些規(guī)律、原因分析和控制辦法作以闡述， 望諸同行們共同探討。?

1　裂紋產(chǎn)生的規(guī)律

通過沈陽地區(qū)數(shù)十年工程調(diào)查，總結如下規(guī)律：

春秋季節(jié)為北方地區(qū)梁板結構裂紋多發(fā)期，大風天施工的樓板如不采取有效措施裂紋 多而寬，陰 天、小雨天施工的樓板裂紋極少；?

樓板裂紋一般發(fā)生在澆筑后1～3小時，板面裂紋多在梁板交界處、厚度變化 處、梁板鋼筋上部?；炷帘砻娲昝鸭y少，表面壓光裂紋反而多；

(3)樓層越高，由于高空風速大且泵送混凝土坍落度大，樓板裂紋越不易控制;?

(4)樓板厚度越大，裂紋越少。?

2　裂紋原因分析

預拌混凝土為滿足運輸、泵送的要求，其水泥用量較現(xiàn)場攪拌混凝土大，同時，混凝土砂率 增大及外加劑 的摻入，使坍落度為80～200mm的預拌混凝土收縮大大加大，有關資料介紹，混凝土早期 裂紋主要是沉縮和干縮引起的?；炷脸量s變形之大小與混凝土流態(tài)有關，混凝土流動性越 大，相對沉縮變形亦越大，如不注意，極易引起早期裂紋。此外，混凝土在硬化過程中，水 份蒸發(fā)會產(chǎn)生脫水收縮，從而造成早期干縮裂紋?；炷帘砻嫠菡舭l(fā)速度越快，其干 縮值越大。歸納起來，影響混凝土沉縮和干縮的因素有如下幾個方面：

2.1　混凝土流動性

混凝土流動性越大，沉縮量越大。中等流態(tài)混凝土相對沉縮變形為60×10-4～10 0×10-4，大流態(tài)混凝土則為200×10-4，沉縮變形幾乎超過普通干縮變形的30 ～60倍。

2.2 　水泥品種和礦物成份

水泥中各種礦物成分對干縮影響不一，其中C2S和C4AF收縮率小，C3A收縮率最大。因 此，耐硫酸鹽水泥和低熱水泥其礦物成份中C2S和C4AF相對含量多，C3A含量少，其干 縮相應也較小，詳見表1，表2。

表1 　水泥礦物的化學特性
礦物名稱 強度發(fā)展 化 學熱 干縮
早期 后期
C3S 大 大 中 中
C2S 小 大 小 小
C3A 大 小 大 大
C4AF 小 小 小 小

表2 　各種硅酸鹽水泥中礦物含量(%)
礦物成份 普通水泥 低熱水泥 早強 水泥 耐硫酸鹽水泥
C3S 52 41 65 57
C2S 24 34 19 23
C3A 9 6 8 2
C4AF 9 13 9 13

此外應避免不同品種水泥混用，因不同品種水泥凝結速度、收縮值均不同，混用會導致 混凝土開裂。

2．3　水泥細度

水泥顆粒的粗細，對水泥的性質有很大影響，顆粒越細其水化、凝結硬化速度越快，早期和 后期強度均較高，需水量增大，但水泥顆粒過細，其在空氣中的收縮性也較大，因此國家標 準中對水泥細度作了相應規(guī)定。

2．4　混凝土體積形狀

大體積混凝土(最小截面尺寸＞1m)，由于水化熱積聚在內(nèi)部不易散發(fā)，混凝土內(nèi)部溫度升高 產(chǎn)生很大內(nèi)外溫差，由此產(chǎn)生的溫度應力造成硬化初期混凝土的開裂。

2．5　外加劑收縮的影響

據(jù)資料介紹，當配合比和用水量不變時，用木鈣配制的坍落度增大混凝土，收縮值略大于不 摻木鈣的基準混凝土，摻高效減水劑配制的高強混凝土其收縮值與不摻者相比，差別不大， 略有降 低?？傊?，在商品混凝土中，摻減水劑用于改善和易性，增大坍落度時，其收縮值接近或略 大于不摻者，但一般不超過1×10-4，在預應力混凝土中，為減小預應力值損失，宜 摻少量膨脹組份。

引氣劑的摻入會使混凝土中引入一定量的空氣。但由于它同時又改善了混凝土和易性，可減 少混凝土用水量，從而減少由于引氣增大干縮的影響。因此混凝土中適當引氣對混凝土 干縮影響不大。

2．6　配合比對混凝土收縮的影響

(1)砂：砂的含泥量及粒徑對混凝土干縮有較大影響。采用細砂時，每m3混凝土用水量比 中、粗砂增加用水量20～25kg，由于用水量增大導致混凝土干縮的增大。砂含泥量對混凝土 收縮影響較大，隨著含泥量增大，混凝土收縮增大，抗拉強度降低。?

(2)石子：石子粒徑加大，混凝土配合比不變的情況下，其用水量或水泥用量相應 減少，混凝土收縮隨之減少。但泵送混凝土由于受輸送管徑和泵送高度的影響，粗 骨料不宜過大。同樣石子含泥對其收縮極為不利。

(3)水泥用量：混凝土中水泥用量增加，其收縮隨之加大。

(4)砂率：混凝土中粗骨料是抵抗收縮的主要材料。在配合比完全相同的情況下，混凝土干 縮率隨砂率增大而增大，砂率降低，即增加粗骨料用量， 對控制混凝土裂紋有顯著效果。因此泵送混凝土在滿足泵送要求前提下，宜盡可能 降低砂率。

(5)水灰比：水是影響混凝土收縮最主要的因素?；炷林杏盟吭酱?，坍落度越大，則 干縮越大。因此嚴格控制水灰比對預拌混凝土是十分重要的。

2.7　環(huán)境

施工時的氣象條件是影響混凝土板面裂紋的極主要因素，經(jīng)驗證明在氣候干燥和大風季節(jié)， 混凝土澆灌后不覆蓋會立即開裂。據(jù)有關資料介紹，風速為16m/s時，混凝土中水分蒸發(fā)速 度為 無風時的4倍，相對濕度為10％時，蒸發(fā)速度為相對濕度90%時的9倍以上。如果將 風速和濕度影響疊加，則可推算出此時混凝土干燥速度是通常條件下的10倍之多。因此， 表面較大的樓板上就會產(chǎn)生裂紋，這種裂紋往往是上下貫通的，其特征是樓板上面比下 面開裂處多，經(jīng)樓板承載力試驗證明，這種開裂一般對樓板剛度及承裁力降低很小。

2．8　設計

(1)樓板含鋼率過小或含鋼率不變而配置鋼筋直徑過大，鋼筋間距過大會降低樓 板抗裂性能。

(2)梁板結構斷面突變或樓板開洞，造成應力集中而在變截面處和孔洞轉角處開 裂，一般結構變斷面處的裂紋還較寬。

(3)根據(jù)日本資料介紹，樓板厚度小于14cm易產(chǎn)生裂紋。

2.9　施工

(1)振搗時間過長，混凝土中石子下沉、表面出現(xiàn)一層灰漿層，因而降低了樓板表 面粗骨料含量，加大了收縮，導致混凝土表面出現(xiàn)網(wǎng)狀裂紋。?

(2)混凝土振搗后，未及時表面搓毛和抹壓，使沉縮裂紋得不到及時愈合就硬化了。

(3)混凝土澆注后表面未及時覆蓋澆水養(yǎng)護，表面水分迅速蒸發(fā)，產(chǎn)生干縮裂紋。

(4)厚大體積基礎底板未按熱工計算采用溫控措施，導致混凝土 內(nèi)外溫差＞25℃，產(chǎn)生較大溫度應力而開裂。?

(5)基礎底板混凝土在澆灌振動過程中，會產(chǎn)生大量泌水，若不采取措施及時排除會 降低混凝土質量和抗裂性。?

(6)混凝土梁板工程模板支承不牢，剛度不足，使混凝土梁板變形導致裂紋。?

(7)樓板上部架立筋保護層過小，一旦混凝土產(chǎn)生沉降和塑性收縮，板面極易產(chǎn)生裂紋。

(8)梁板結構支撐過早拆除或過早上荷裁，會導致混凝土梁板產(chǎn)生裂紋。

3　防治裂紋技術措施

通過裂紋產(chǎn)生原因分析，我們在“遼寧省圖書音像配送中心”、“沈陽協(xié)合嘉陽廣 場”等工程進行了試驗，初步摸索出一些防治裂紋的措施，效果較好。

3.1　混凝土生產(chǎn)質量控制

(1)材料選擇和控制

砂：宜采用細度模數(shù)M＝2.8～3.0中砂，嚴格控制含泥量≯2％，?

石：采用級配良好卵石，并控制含泥量≯1％。?

水泥：采用425#礦渣水泥或低熱水泥。?

(2)配合比及生產(chǎn)控制?

前面我們已經(jīng)介紹，粗骨料可阻止水泥收縮從而阻止裂紋的產(chǎn)生，因此 樓板用混凝土在滿足泵送的基礎上，盡可能降低砂率，一般可控制在39%～40%。 混凝土水灰比是影響強度和裂紋的主要因素，水灰比大混凝土坍落度大，其收縮亦越大， 也就越容易產(chǎn)生裂紋，因此施工樓板時，應嚴格控制混凝土坍落度，一般16cm～18cm 為宜，不宜過大。

粉煤灰及磨細礦渣在混凝土中具有形態(tài)效應，活性效應，微集科效應，因此它能改善和提 高新拌混凝土和硬化混凝土的性能，改善混凝土和易性降低混凝土泌水性，特別對泵送混 凝土可改善其可泵性，減少在輸送管中的堵塞和分離，降低混凝土與管壁的阻力，延長泵 機和管道的壽命，由于其可泵性的提高和泌水性降低，在相同坍落度情況下，混凝土用 水量可降低，從而減少混凝土早期沉縮量，有利于裂紋的控制。

此外高溫季節(jié)為避免混凝土過快硬化，應采取適當措施緩凝，為施工抹壓提供條件。

3.2　施工質量控制

(1)混凝土澆灌下料速度不宜過快，特別是分層澆灌的厚大體積混凝土或墻體， 下層未來得及沉降時，上層又覆蓋，容易產(chǎn)生分層處水平裂紋。

(2)振搗混凝土振動棒移動間距400mm左右，時間以5～15秒/次為宜，振搗時間過長，骨料下 沉，混凝土表面砂槳層過厚，容易產(chǎn)生裂紋?；炷翝补?～2小時后，有條件的工地可對混 凝土二次復振，可提高混凝土強度5%～20%。據(jù)日本一些資料介紹，在氣象條件不好的 季節(jié)施工，可在樓板混凝土澆注后一小時左右再進行搗固，其用意是待混凝土沉縮、 一階段后，再振搗將其裂紋消除。

(3)抹壓?；炷脸龔驼裢?，還應在表面水基本收干前后，用木抹子磨平搓毛2～3遍，拍打 液化混凝土，愈合裂紋。?

(4)養(yǎng)護?；炷脸尚秃螅瑧泻芎玫臏?、濕度環(huán)境，防止大風襲擊和陽光 爆曬，表面水分劇烈蒸發(fā)，形成上部和下部硬化不均和差異收縮，因此， 施工單位應特別予以注意。通過工程實踐大體有以下幾種有效措施：

人工噴霧，加大空氣濕度。沈陽協(xié)合嘉陽廣場(沈陽四建施工)，遼寧 音像圖書配送中心(遼寧金帝建設公司施工)兩工程于二000年五月 施工樓板工程，施工時處春季大風天，空氣相對濕度約30%。日照較強，混凝土澆灌后約2小時采用高壓水噴霧法加大施工環(huán)境濕度?；炷两K凝前及時養(yǎng)護。混凝土終凝前用手按混凝土表面無坑時立即澆水，隨混凝土表面強度增長，水流由小變大、當混凝土表面剛變白時，保持樓板表面一層5～10mm厚水覆蓋24小時，以后設專人一日數(shù)次澆水， 保持混凝土表面潮濕一周。

此外日本資料介紹，為避免風和日光的影響，宜在 混凝土澆注面周圍腳手架上4m用苫布圍好，再用塑料水平覆蓋養(yǎng)護，避免樓板表面風 吹日曬，水分蒸發(fā)，從而防止裂紋產(chǎn) 生。

混凝土養(yǎng)護幼齡時期(常溫下1～3天)應防止腳手架、鋼筋、模具等過早集中堆放在樓板上， 特別是防止上述荷載沖擊振動混凝土及模板支撐，造成混凝土隱患和裂紋。按《混凝土結構 工 程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定，已澆筑混凝土強度未達到1.2N/mm2以前，不得在其上踩踏或 安裝模板及支架。

(5)拆?！，F(xiàn)澆結構模板及支撐過早拆除，會造成梁板結構開裂，施工單位應按結構類型、 結構跨度、結構同條件養(yǎng)護試件實際達到的強度占設計強度的百分率，按規(guī)范規(guī)定的數(shù)值指 導拆模。?

3.3 裂紋處理

樓板裂紋應盡量消滅在萌芽之中，因此在混凝土終凝前應設專人在早期沉縮裂紋處拍打，若 裂紋仍不愈合，可用水泥∶膨脹劑=9∶1(重量比)攪成泥漿在裂紋處搓抹。

終凝后發(fā)現(xiàn)的混凝土裂紋在處理前應調(diào)查其寬度、長度、是否貫穿，再根據(jù)結構使用環(huán)境( 有無抹面層、使用環(huán)境等)決定處理方案。一般按裂紋寬度可參照表3選取修補方法。

表3
方法 表面處理方法 充填方法 注入方法
條件 流入 U形槽 手動 電動
修補目的 美觀
耐久性
耐久性
防水性
耐久性
防水性
施工位置 板上面 ○ ○ ○ ○ ○
板下面 ○ 　 ○ ○ ○
裂紋寬度?(mm) 小于0.2 ○ 　 ○ 　 　
0.2～0.3 　 　 ○ ○ ○
大于3.0 　 ○ ○ ○ ○

表面處理：首先將欲鋪設薄膜的混凝土表面用鋼絲刷打毛，水清洗后待其干燥，再將用 環(huán)氧樹脂浸漬玻璃布鋪貼在裂紋上表面。

充填法：在混凝土板面沿裂縫兩側開出兩條溝，然后再剔除中間部份，形成U形槽，用鋼絲 刷將槽內(nèi)清理干凈，水沖洗潤濕后，刷素水泥漿再填以膨脹砂漿，表面抹壓蓋以濕布養(yǎng)護。

注入法：注漿前，先透氣(小氣泵或自行車打氣筒)清掃裂紋并進行注入試驗，然后慢慢注入 樹脂。一根注入管可能注入范圍，將因裂紋寬度、注入用樹脂粘度、注入時氣溫等條件而異 ，一般10cm～30cm，當裂紋較長使用并排管依次注入時，在確認相鄰管的注入材料已流出后 ，關閉相鄰注入管，再開下一根管，依次順序施工。

4　結語

預拌混凝土水平結構裂紋的控制是個涉及原材料質量、混凝土配合比、混凝土生產(chǎn)質量控制 、施工氣象(風力、風速、氣溫、空氣濕度)、設計(配筋、板厚)、施工(模板、振搗、養(yǎng)護) 諸多因素的課題，需要各部門、各環(huán)節(jié)共同努力，精心配合才能湊效，通過實踐證明，只要 努力，裂紋是可以控制在最小范圍內(nèi)，或者說是可以基本得到控制的。