陜西土木建筑網首頁 > 學術研究 > 課題研究 > 預拌混凝土早期塑性裂縫防治

摘要：通過對某工程產生混凝土早期塑性裂縫案例的分析，認為影響混凝土早期塑性裂縫產生的因素很多，主要有原材料的選擇、混凝土配合比、施X-及養護方法、環境氣候等因素，提出了避免產生混凝土早期塑性裂縫的方法及對裂縫的處理意見。...

預拌混凝土早期塑性裂縫防治

葉  堅

廈門市住宅建設集團有限公司   361006

1、問題的提出

    由于預拌混凝土強度穩定性高，均質工作性能好等優點，近年來預拌混凝土及泵送預拌混凝土得到廣泛使用。但是采用預拌混凝土的結構，也出現了混凝土裂縫較自拌混凝土相對  有所增加的情況。

    按混凝土工程結構中產生裂縫的原因分類，可分為兩大類：荷載引起的裂縫及變形引起的裂縫。由于溫度變化、混凝土干燥收縮、結構不均勻沉降等原因造成混凝土變形變化引起  的裂縫約占混凝土結構裂縫的80％。其中一種變形引起的裂縫是早期塑性收縮裂縫。它表現為在混凝土澆筑成型后，在混凝土表面、結構體積變化處、梁板交接處等部位出現的斷斷續續的水平裂縫。這些混凝土早期裂縫，主要是在混凝土成型到終凝這段時間內，由于混凝土沉陷或表面失水收縮等原因，在混凝土塑性狀態下產生塑性收縮變形引起的。本文通過對某一工程實例的分析，對預拌混凝土早期塑性收縮裂縫產生的原因、危害和防治方法進行探討。

2、工程實例

    本工程為廈門某工業廠區內兩棟七層單身宿舍樓，三跨中廊式鋼筋混凝土結構，框架梁尺寸250mm×700mm。混凝土原材料為：水泥“三德”牌，P.0.425R，河沙模數2.5，花崗巖碎石5～31．5連續級配，粉煤灰2級，CEA膨脹劑。混凝土配合比：水190、水泥291、沙l077、碎石718、粉煤灰47、減水劑5.62、膨  脹劑37，水膠比0.51，水灰比0.65，塌落度l20～150mm。

    工程主體在四層五層梁板拆模后，發現在板底梁與板的交界處、板面沿框架梁主鋼筋方向有水平裂縫，裂縫集中在1～4軸之間，數量占梁數量的60％。裂縫位置多靠近梁支座處，長度200～1500ram，寬度為0.20～1.0mm。為探明裂縫深度，判定裂縫性質，委托市建筑科研所對梁裂縫進行了超聲波法探測，探測結論為裂縫深度在30～80mm之間。在對混凝土裂縫進行環氧樹脂壓力灌漿的修補過程中，發現有部分梁上灌注的環氧樹脂從梁的另一側滲出，說明裂縫有通透現象，部分裂縫深度比探測的結果更深。

    調查表明，梁的裂縫分布呈一定規律：①裂縫位置多集中在梁端部鋼筋密集處；②裂縫位置多發生在混凝土截面變化處；③裂縫多發生在白天混凝土澆筑施工的區段(1～4軸)，晚上施工的區段(4—9軸)沒有發現裂縫。④l～4軸樓板面混凝土也發現表面裂縫，裂縫分布不規則，在梁上方梁主筋位置延梁方向裂縫較多，深度5—15mm。

    根據混凝土裂縫的分布和形態，經綜合分析判定，本工程發生的裂縫為混凝土早期塑性變形裂縫。

3、混凝土早期塑性裂縫產生的原因

    早期混凝土通常是指混凝土從澆筑后到硬化初期這一段時間(在20'12養護條件下一般為l～3d)的混凝土，這段時間是介于新拌混凝土到混凝土達到一定成熟度之間的一個階段。早期混凝土從澆筑后到終凝階段稱為塑性階段。

    3.1塑性收縮

    混凝土在澆筑3～12h這段時間，水泥水化反應激烈，混凝土會產生各種變形，水化反應引起水泥漿的化學減縮、泌水及骨料與膠凝料下沉產生的沉縮變形和水分急劇蒸發引起混凝土失水收縮，這些變形都發生在混凝土終凝前的塑性階段，稱為塑性收縮變形。

    水泥在水化過程中，由無水的熟料礦物變為水化物，所以水化后的固相體積比水化前要大的多。但是，對于水泥一水體系總的體積來說卻是要縮小，叫做化學減縮。發生減縮作用的  原因，是由于水化前后反應物和生成物的平均密度不同。試驗結果指出，對硅酸鹽水泥來說，每1009水泥與33ml的水拌成水泥漿體，其硬化后減縮總量為7—9ml，體積減縮7％～9％。如果每立方混凝土中水泥用量為250k9，則體系中減縮量將為20000ml，可見這個數值是比較大的。化學縮減的產生時間隨水泥水化反應階段有不同的宏觀表現，在水泥漿或混凝土凝結前，拌和物具有良好的流動性和塑性，化學減縮在宏觀上表現為混凝土拌和物在塑性狀態下體積的收縮減小。在混凝土凝結后，水泥漿的化學收縮不會直接引起宏觀的體積變化，而是  以形成內部孔隙的形式表現，它會造成混凝土孔隙率的增加和微裂縫增加。水泥石孔隙率占24％，C—S—H凝膠中孔隙占28％。

    混凝土拌和物經澆筑、振搗之后，在凝結硬化的過程中，伴隨著骨料材料的下沉，水上升，在混凝土表面析出水分，叫做泌水。泌水的多少主要受水泥及骨料外加劑的品種、性質及配合  比等因素的影響。當水灰比較大，塌落度較大、粗骨料多沙子較粗時，泌水量較多。泌水過程的同時，混凝土拌和物發生沉降收縮，泌水水量多的混凝土其沉降量也大。化學減縮和泌水共同作用造成了混凝土塑性沉縮。

    3.2塑性收縮與混凝土早期裂縫

    混凝土化學減縮和泌水引起的塑性收縮量級很大，可達2％左右。宏觀上表現為混凝土的沉陷收縮，混凝土流動性越大，沉縮量越大。中等流態混凝土相對沉縮變形為60×10-4—100×10-4大流態混凝土則為200×10-4，沉縮變形幾乎超過普通干縮變形的30—60倍[1]。沉縮過程在混凝土硬化過程中一直在進行，直到混凝土終凝。混凝土的這種沉陷收縮變形，當受到模板、鋼筋等的阻礙作用，混凝土的流動性又不足時就會在混凝土中產生裂縫。由于沉陷作用，裂縫往往沿鋼筋分布和體積變化處分布。

    在本工程中，梁內混凝土相對于樓板截面較大，沉陷塑性變形量也較大，樓板面混凝土在澆筑后，由于日照溫度較高、失水較多等原因，比梁內混凝土早凝結，流動性減小，再加上變截  面處模板的阻礙，梁內混凝土的繼續沉降變形，此時混凝土處于塑性狀態，抗拉強度很低，梁板交界處就會產生拉裂縫。在樓板面，由于在有梁的部位，混凝土體積較大，沉陷收縮也較大，混凝土的沉縮量不均勻，板面混凝土受到梁鋼筋的阻擋，因而產生了延梁鋼筋方向的水平裂縫。

    混凝土澆筑時，由于振搗和重力的作用，粗骨料下沉，砂漿上浮，如振搗不良、水灰比過大、水泥用量過大、外摻劑保水性差，在炎熱或大風天氣，混凝土表面砂漿水分快速蒸發，表面失水大就會導致混凝土表面塑性收縮開裂。

4、影響混凝土塑性收縮及裂縫產生的因素

    4.1混凝土的原材料

    水泥種類不同，收縮量不同。實驗表明，不同的水泥種類帶來的收縮按下面順序遞增：超早強水泥<普通硅酸鹽水泥<早強水泥<礦渣水泥。普通硅酸鹽水泥屬中等收縮量。水泥現在多采用高質量的早強水泥，水泥顆粒細度更細，活性大，水泥凝結硬化速度較快，需水量大，收縮量也較大。

    碎石、砂越粗，混凝土抗收縮性越好，但泌水量增加。砂含泥量及粒徑對混凝土早期干縮有較大影響，含泥量越高收縮越大，細砂用水量比中粗砂增加約20k9/m3，水量的增加導致混凝土干縮量的增加。

    外加劑特別是高效減水劑的使用可減少混凝土用水量，減少了泌水，對減小收縮有利。摻膨脹劑的混凝土隨著時間的增加，鈣礬石迅速生成，它吸收了大量水分，使坍落度很快減少，降低了混凝土的流動性，增加了產生裂縫的可能性。

    4.2混凝土的配合比

    泵送混凝土一般水泥用量較多，水泥用量增加，用水量也相應增加。根據混凝土收縮的毛細管理論，混凝土收縮主要是水泥石中毛細管失水收縮引起，混凝土用水量的增加會增大混凝土收縮。

    水灰比的大小對混凝土收縮影響很大。資料表明水灰比0．6較0．4的混凝土收縮增加約40％，因此嚴格控制水灰比非常重要。使用高效減水劑可有效的降低用水量。

    砂率影響混凝土的流動性，砂率越高流動性越大。資料表明，砂率越大混凝土收縮也越大。

    粉煤灰及磨細礦渣在混凝土中具有形態效應、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，改善混凝土和易于降低混凝土泌水性，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。

    4.3混凝土性能

    預拌和泵送混凝土的塌度一般較大，在120～180之間，混凝土流動性大，更容易產生相對沉陷變形，變形也較大。

    泵送混凝土外加劑的使用，使混凝土的初凝和終凝的時間延長。如本案例初凝時間為6h，混凝土有較長的沉陷變形時問，面層混凝土凝結時間和內部凝結時間的差異，是混凝土中產生沉陷裂縫的原因之一。

    4.4氣候環境

    天氣炎熱、空氣濕度小、陽光暴曬和大風都會使混凝土表面水分大量蒸發。在高溫特別是大風的作用下混凝土暴露面會快速失水，一方面造成混凝土表面脫水、收縮、產生塑性裂縫，另一方面使混凝土表面凝結硬化速度較內部快。在本案例中表現為板混凝土凝結較早，梁內混凝土繼續收縮沉陷變形，變形的差異使混凝土在板梁交界處產生水平裂縫。從本案例混凝土裂縫都發生在白天施工的區段，晚上施工的5—9軸裂縫很少的現象來看，施工環境的影響是很大的。

    4.5混凝土施工及養護

    混凝土澆筑過程中振搗時間過長，使石子下沉，上浮砂漿過多造成面層粗骨料減少，水泥漿量多，收縮性大，抗收縮能力減小。有效控制和減小縮水，可減小水分損失從而減少塑性裂縫。混凝土表面搓毛壓實工序可有效防止和愈合表面混凝土收縮裂縫。及時灑水覆蓋養護，可減少混凝土表面水分蒸發，對減少塑性收縮有顯著效果。

5、混凝土早期塑性裂縫的防治

    由于施工工藝的需要，預拌泵送混凝土具有流動性大、水泥用量大、砂率高、石子小、用水量大等特點，造成了泵送混凝土的塑性沉縮量大，比一般自拌混凝土更容易產生早期塑性沉縮裂縫，增加了控制裂縫的難度。預防和控制混凝土早期塑性裂縫應從以下3個方面進行：

    (1)控制泵送混凝土配比。在滿足混凝土可泵送的條件下。選用較粗的碎石和砂，砂模數控制在2.8～3.0，砂率控制在40％以下。利用雙摻技術(摻減水劑、摻粉煤灰)控制減少水泥的用量，減少混凝土用水量和塑性沉縮量。

    (2)改善施工時的外部環境條件。盡可能避開高溫大風的白天進行澆筑施工。在白天施工時可采取增設擋風墻、遮陽苫布、覆蓋塑料薄膜等措施，避免環境造成劇烈水分蒸發形成的上部與下部或截面中部與邊緣部硬化不均勻和差異收縮。

    (3)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，振搗混凝土振動棒移動間距400mm左右，時間以5—15g/次為宜，振搗時間過長，骨料下沉，混凝土表面砂漿過厚，容易產生裂紋。混凝土澆筑施工中采用二次復振，即在混凝土澆筑后l—2h，通過二次復振消除混凝土中可能產生的沉陷塑性裂縫。一般使用平板振搗器復振一遍。應特別注意復振的時間，最好在初凝前進行。對控制混凝土表面收縮，可采用初凝前用木搓搓毛、拍打、壓實混凝土表面的方法，防止產生表面塑性裂縫。及時灑水并覆蓋養護，防止水分蒸發。

    本工程經過設計、施工、監理、混凝土供應商共同研究分析，通過采用以上措施，特別是施工措施，在后期混凝土結構施工中未再出現相同的塑性裂縫，證明這些措施可有效防止預拌泵送混凝土塑性裂縫的產生。

    對出現的混凝土塑性裂縫，如在樓板面的一般混凝土表面收縮裂縫，可用水泥漿封閉處理。對沉陷裂縫，當裂縫較大較深，有可能影響結構的安全性能和防滲漏性能時，應組織具有資質的檢測機構進行檢測鑒定，影響到結構安全時應對結構進行加固處理。當判定裂縫不影響結構安全時，為防滲漏和防止裂縫造成鋼筋銹蝕，可用環氧樹脂灌縫修補，以達到封閉裂縫恢復結構完整性的目的。

參考文獻

[1]王鐵夢．工程結構裂縫控制[M]．北京中國建筑工業出版社，l997．8．

[2]馮乃謙．實用混凝土大全[M]．北京科學出版社，2001

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)

上一篇： 項目施工中的安全管理

下一篇： 住宅電氣接地系統的問題及措施