預拌混凝土水平結構施工早期裂紋控制

摘 要：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廠家關注的問題。實踐證明，只要努力，裂紋是可以控制在最小范圍內，或者說是可以基本得到控制的。

關鍵詞：預拌混凝土； 裂紋控制

中圖分類號：TU755 文獻標識碼：A 文章編號：1006-3315（2012）05-173-002

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廠家關注的問題。筆者就此進行了工程調查，查閱了國內外有關資料，并在部分工程進行了試驗。現將裂紋產生的一些規律、原因分析和控制辦法作以闡述，望諸同行們共同探討。

一、裂紋產生的規律

通過工程調查，總結如下規律：

（1）春秋季節為梁板結構裂紋多發期，大風天施工的樓板如不采取有效措施裂紋就多而寬，陰天、小雨天施工的樓板裂紋極少；

（2）樓板裂紋一般發生在澆筑后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。混凝土表面搓毛裂紋少，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。

二、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。混凝土沉縮變形之大小與混凝土流態有關，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，水分蒸發會產生脫水收縮，從而造成早期干縮裂紋。混凝土表面水分蒸發速度越快，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：

1.混凝土流動性

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。

2.水泥品種和礦物成分

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分中C2S和C4AF相對含量多，C3A含量少，其干縮相應也較小。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。

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定。

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部不易散發，混凝土內部溫度升高產生很大內外溫差，由此產生的溫度應力造成硬化初期混凝土的開裂。

5.外加劑收縮的影響

據資料介紹，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。總之，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，宜摻少量膨脹組分。

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。

6.配合比對混凝土收縮的影響

6.1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，每立方米混凝土用水量比中、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。

6.2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。

6.3水泥用量：混凝土中水泥用量增加，其收縮隨之加大。

6.4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。

6.5水灰比：水是影響混凝土收縮最主要的因素。混凝土中用水量越大，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。

7.環境

施工時的氣象條件是影響混凝土板面裂紋的極主要因素，經驗證明在氣候干燥和大風季節，混凝土澆灌后不覆蓋會立即開裂。據有關資料介紹，風速為16m/s時，混凝土中水分蒸發速度為無風時的4倍，相對濕度為10％時，蒸發速度為相對濕度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，經樓板承載力試驗證明，這種開裂一般對樓板剛度及承載力降低很小。

8.設計

8.1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。

8.2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。

8.3根據日本資料介紹，樓板厚度小于14cm易產生裂紋。

9.施工

9.1振搗時間過長，混凝土中石子下沉、表面出現一層灰漿層，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網狀裂紋。

9.2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。

9.3混凝土澆注后表面未及時覆蓋澆水養護，表面水分迅速蒸發，產生干縮裂紋。

9.4厚大體積基礎底板未按熱工計算采用溫控措施，導致混凝土內外溫差＞25℃，產生較大溫度應力而開裂。

9.5基礎底板混凝土在澆灌振動過程中，會產生大量泌水，若不采取措施及時排除會降低混凝土質量和抗裂性。

9.6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。

9.7樓板上部架立筋保護層過小，一旦混凝土產生沉降和塑性收縮，板面極易產生裂紋。

9.8梁板結構支撐過早拆除或過早上荷載，會導致混凝土梁板產生裂紋。

三、防治裂紋技術措施

通過裂紋產生原因分析，我們在工程進行了試驗，初步摸索出一些防治裂紋的措施，效果較好。

1.混凝土生產質量控制

1.1材料選擇和控制。砂：宜采用細度模數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。

1.2配合比及生產控制。前面我們已經介紹，粗骨料可阻止水泥收縮從而阻止裂紋的產生，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。

2.施工質量控制

2.1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，容易產生分層處水平裂紋。

2.2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，混凝土表面砂漿層過厚，容易產生裂紋。混凝土澆灌1～2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%。據日本一些資料介紹，在氣象條件不好的季節施工，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。

2.3抹壓。混凝土除復振外，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。

2.4養護。混凝土成型后，應有很好的溫、濕度環境，防止大風襲擊和陽光曝曬，表面水分劇烈蒸發，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2000年5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境濕度。混凝土終凝前及時養護。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，宜在混凝土澆筑面周圍腳手架上4m用苫布圍好，再用塑料薄膜覆蓋養護，避免樓板表面風吹日曬，水分蒸發，從而防止裂紋產生。

混凝土養護幼齡時期(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范》規定，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。

2.5拆模。現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、結構同條件養護試件實際達到的強度占設計強度的百分率，按規范規定的數值指導拆模。

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。

終凝后發現的混凝土裂紋在處理前應調查其寬度、長度、是否貫穿，再根據結構使用環境(有無抹面層、使用環境等)決定處理方案。

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，再將用環氧樹脂浸漬的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，然后再剔除中間部分，形成U形槽，用鋼絲刷將槽內清理干凈，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。

四、結束語

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、養護)諸多因素的課題，需要各部門、各環節共同努力，精心配合才能奏效，通過實踐證明，只要努力，裂紋是可以控制在最小范圍內，或者說是可以基本得到控制的。