混凝土質量通病及原因分析（下）

唐新玲

（南昌萬年青商砼有限公司，南昌 330800）

混凝土質量通病及原因分析（下）

唐新玲

（南昌萬年青商砼有限公司，南昌 330800）

本文總結了普通混凝土實體常出現的質量缺陷，分析了出現這些問題的原因；同時也總結分析了大體積混凝土產生裂縫的原因，并提出了相應的控制措施，供同行間交流學習。

混凝土；干濕循環；硫酸鹽；氯離子；侵蝕

（續上期刊登）

12 大體積混凝土裂縫產生原因及防裂措施綜述

12.1 大體積混凝土裂縫形成的原因

裂縫產生的原因可分為兩類：一是結構型裂縫，是由外荷載引起的，包括常規結構計算中的主要應力以及其他的結構次應力造成的受力裂縫；二是材料形裂縫，是由非受力變形變化引起的，主要是由溫度應力和混凝土的收縮引起的。本文主要探討材料形裂縫。其中具體原因如下：

12.1.1 溫度應力引起裂縫（溫度裂縫）

目前溫度裂縫產生主要原因是由溫差造成的。溫差可分為以下三種：混凝土澆注初期，產生大量的水化熱，由于混凝土是熱的不良導體，水化熱積聚在混凝土內部不易散發，常使混凝土內部溫度上升，而混凝土表面溫度為室外環境溫度，這就形成了內外溫差，這種內外溫差在混凝土凝結初期產生的拉應力當超過混凝土抗壓強度時，就會導致混凝土裂縫；另外，在拆模前后，表面溫度降低很快，造成了溫度陡降，也會導致裂縫的產生；當混凝土內部達到最高溫度后，熱量逐漸散發而達到使用溫度或最低溫度，它們與最高溫度的差值就是內部溫差；這三種溫差都會產生溫度裂縫。在這三種溫差中，較為主要是由水化熱引起的內外溫差。

12.1.2 收縮引起裂縫

收縮有很多種，包括干燥收縮、塑性收縮、自身收縮、碳化收縮等等。這里主要介紹干燥收縮和塑性收縮。

12.1.3 塑性收縮

在水泥活性大、混凝土溫度較高，或在水灰比較低的條件下會加劇引起開裂。因為這時混凝土的泌水明顯減少，表面蒸發的水分不能及時得到補充，這時混凝土尚處于塑性狀態，稍微受到一點拉力，混凝土的表面就會出現分布不均勻的裂縫，出現裂縫以后，混凝土體內的水分蒸發進一步加大，于是裂縫進一步擴展。

12.2 防止裂縫的措施

由以上分析，材料形裂縫主要是由溫差和收縮引起，所以為了防止裂縫的產生，就要最大限度的降低溫差和減小混凝土的收縮，具體措施如下：

12.2.1 優選原材料

（1）水泥

由于溫差主要是由水化熱產生的，所以為了減小溫差就要盡量降低水化熱，為了降低水化熱，要盡量采取早期水化熱低的水泥，由于水泥的水化熱受礦物成分與細度的影響，要降低水泥的水化熱，主要是選擇適宜的礦物組成和調整水泥的細度模數。硅酸鹽水泥的礦物組成主要有：C3S、C2S、C3A 和 C4AF，試驗表明：水泥中鋁酸三鈣（C3A）和硅酸三鈣（C3S）含量高的，水化熱較高，所以，為了減少水泥的水化熱，必須降低熟料中 C3A 和 C3S 的含量。在施工中一般采用中熱硅酸鹽水泥和低熱礦渣水泥。另外，在不影響水泥活性的情況下，要盡量使水泥的細度適當減小，因為水泥的細度會影響水化熱的放熱速率，試驗表明比表面積每增加 100cm2/g，1d 的水化熱增加 17～21J/g，7d 和 20d 均增加4～12J/g。

（2）摻加粉煤灰

為了減少水泥用量，降低水化熱并提高和易性，我們可以把部分水泥用粉煤灰代替，摻入粉煤灰主要有以下作用：①由于粉煤灰中含有大量的硅、鋁氧化物，其中二氧化硅含量 40%～60%，三氧化二鋁含量 17%～35%，這些硅鋁氧化物能夠與水泥的水化產物進行二次反應，是其活性的來源，可以取代部分水泥，從而減少水泥用量，降低混凝土的熱脹；②由于粉煤灰顆粒較細，能夠參加二次反應的界面相應增加，在混凝土中分散更加均勻；③同時，粉煤灰的火山灰反應進一步改善了混凝土內部的孔結構，使混凝土中總的孔隙率降低，孔結構進一步的細化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相應收縮值也減少。

值得一提的是：由于粉煤灰的比重較水泥小，混凝土振搗時比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的摻合料較多，強度較低，表面容易產生塑性收縮裂縫。因此，粉煤灰的摻量不宜過多，在工程中我們應根據具體情況確定粉煤灰的摻量。

（3）骨料

1）粗骨

盡量擴大粗骨料的粒徑，因為粗骨料粒徑越大，級配越好，孔隙率越小，總表面積越小，每立方米的用水泥砂漿量和水泥用量就越小，水化熱就隨之降低，對防止裂縫的產生有利。

2） 細骨料

宜采用級配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因為其孔隙率小，總表面積小，這樣混凝土的用水量和水泥用量就可以減少，水化熱就低，裂縫就減少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收縮變形就越大，裂縫就越嚴重，因此細骨料盡量用干凈的中粗砂。

（4）加入外加劑

加入外加劑后能減小混凝土收縮開裂的機會。外加劑對混凝土收縮開裂性能有以下影響：

1）減水劑對混凝土開裂的影響

減水劑能改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土強度或在保持混凝土一定強度時減少水泥用量，而水灰比的降低、水泥用量的減少對防止開裂是十分有利的。

2）緩凝劑對混凝土開裂的影響

緩凝劑的作用，一是延緩混凝土放熱峰值出現的時間，由于混凝土的強度會隨齡期的增長而增大，所以等放熱峰值出現時，混凝土強度也增大了，從而減小裂縫出現的機率，二是改善和易性，減少運輸過程中的坍落度損失。

3）引氣劑對混凝土開裂的影響

引氣劑在混凝土的應用對改善混凝土的和易性、可泵性和提高混凝土耐久性能十分有利，能在一定程度上增大混凝土的抗裂性能。在這里值得注意的是：外加劑不能摻量過大，否則會產生負面影響，在 GB8076—1977 中規定，摻有外加劑的混凝土，28d 的收縮比不得大于 135%，即摻有外加劑的混凝土收縮比基準混凝土的收縮不得大于 35%。

12.2.2 采用合理的施工方法

（1）混凝土的拌制

1）在混凝土拌制過程中，要嚴格控制原材料計量準確，同時嚴格控制混凝土出機塌落度。

2）要盡量降低混凝土拌合物出機口溫度，拌合物可采取以下兩種降溫措施：

一是送冷風對拌和物進行冷卻，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的溫度控制在 6℃ 左右。

（2）混凝土澆注、拆模

1） 混凝土澆注過程質量控制

澆注過程中要進行振搗方可密實，振搗時間應均勻一致以表面泛漿為宜，間距要均勻，以振搗力波及范圍重疊二分之一為宜，澆注完畢后，表面要壓實、抹平，以防止表面裂縫。另外，澆注混凝土要求分層澆注，分層流水振搗，同時要保證上層混凝土在下層初凝前結合緊密。避免縱向施工縫、提高結構整體性和抗剪性能。

2） 澆注時間控制

盡量避開在太陽輻射較高的時間澆注，若由于工程需要在夏季施工，則盡量避開正午高溫時段，澆注盡量安排在夜間進行。

3）混凝土拆模時間控制

混凝土在實際溫度養護的條件下，強度達到設計強度的75% 以上，混凝土中心與表面最低溫度控制在 25℃ 以內，預計拆模后混凝土表面溫降不超過 9℃ 以上允許拆模。

（3）做好表面隔熱保護

大體積混凝土的溫度裂縫，主要是由內外溫差過大引起的。混凝土澆注后，由于內部較表面散熱慢，會形成內外溫差，表面收縮受內部約束產生拉應力，但是這種拉應力通常很小，不至于超過混凝土的抗拉強度而產生裂縫。但是如果此時受到冷空氣的襲擊，或者過分通風散熱，使表面溫度降溫過大就很容易導致裂縫的產生，所以在混凝土拆模后，特別是低溫季節，應立即采取表面保護，防止表面降溫過大引起裂縫。另外，當日平均氣溫在 2～3d 內連續下降不小于6～8℃ 時，28d 齡期內混凝土表面必須進行表面保護。

（4）養護

混凝土澆注完畢后，應及時灑水養護以保持混凝土表面經常濕潤，這樣既減少外界高溫倒罐，又防止干縮裂縫的發生，促進混凝土強度的穩定增長。一般在澆注完畢后 12～18h內立即開始養護，連續養護時間不少于 28d 或設計齡期。

（5）通水冷卻

若是在高溫季節施工，則要在初期采用通制冷水來降低混凝土最高溫度峰值。但注意，通水時間不能過長，因為時間過長會造成降溫幅度過大而引起較大的溫度應力。為了削減內外溫差，還應在夏末秋初進行中期通水冷卻，中期通水一般采用河水，通水歷時兩個月左右。后期通水是使混凝土柱狀塊達到接縫灌漿的必要措施，一般采用通河水和通制冷水相結合的方案。

13 大體積混凝土蜂窩麻面產生原因及處置措施

13.1 混凝土結構表面蜂窩麻面形成的內部原因

（1）混凝土含氣量過大，而且引氣劑質量欠佳。目前泵送混凝土用量較大，為了保證泵送混凝土的可泵性，往往在泵送混凝土中加人適量的引氣劑。由于各種引氣劑性能有較大的差異，因此在混凝土中呈現的狀態也不盡相同，有的引氣劑在混凝土中會形成較大的氣泡，而且表面能較低，很容易形成聯通性大氣泡，如果再加上振動不合理，大氣泡不能完全排出，肯定會給硬化混凝土結構表面造成蜂窩麻面。

（2）混凝土配合比不當，混凝土過于黏稠，振搗時氣泡很難排出。由于混凝土配合比不當，例如膠結料偏多、砂率偏大、用水量太小、外加劑中有不合理的增稠組分等，都會導致新拌混凝土過于黏稠，使混凝土在攪拌時就會裹人大量氣泡，即使振搗合理，氣泡在黏稠的混凝土中排出也十分困難，因此導致硬化混凝土結構表面出現蜂窩麻面。

（3）由于混凝土和易性較差，產生離析泌水。為了防止混凝土分層，混凝土入模后不敢充分振搗，大量的氣泡排不出來，也會導致硬化混凝土結構表面出現蜂窩麻面。有一些水泥廠為了增大水泥細度，提高水泥早期強度，又考慮節約電能，往往在磨粉時加人一些助磨劑，例如木鈣、二乙二醇、三乙醇胺、丙二醇等物質，由于其中一些助磨劑有引氣性，而且引入的氣泡不均勻且偏大，也會給硬化混凝土結構表面造成蜂窩麻面。

13.2 解決混凝土內部不利因素的方法

（1）選擇使用優質的引氣劑。優質的引氣劑在混凝土中引入的氣袍直徑宜在 10～200μm，氣泡表面能比較高，氣泡在混凝土中分布比較均勻（平均間距不大于 0.25mm）。筆者先后試驗了 11 種引氣劑對混凝土含氣量、抗壓強度、凝結時間以及摻引氣劑經時含氣量損失等，認為以丹寧酸和旅烯為主要原材料的引氣劑綜合性能較好。

（2）降低混凝土黏稠度。適當調整混凝土水灰比、砂率、膠結材料用量以及外加劑的組分，改善混凝土的黏稠性，也可以提高混凝土結構窗層的質量。

（3）控制新拌混凝土和易性。如果混凝土離析泌水，嚴格控制振搗時間，必須適時進行復振。

（4）如果水泥中含有引氣組分，在拌制混凝土時應在其中加入消泡劑。例如加入適量的磷酸三丁脂、有機硅消泡劑、聚醚類消泡劑以及表面張力低于 30 達因/厘米的許多助劑，都可以消除其中的氣泡。

13.3 混凝土結構表面蜂窩麻面形成的外部原因

（1）在《混凝土泵送技術規程》中規定“混凝土澆注分層厚度，宜為 300～500mm”，但是在實際施工時，往往澆注厚度都偏高，由于氣泡行程過長，即使振搗時間達到規程要求，氣泡也不能完全排出，這樣也會給硬化混凝土結構表面造成蜂窩麻面。

（2）不合理使用脫模劑是造成硬化混凝土結構表面蜂窩麻面的主要原因。目前脫模劑市場比較混亂，良莠不齊，產品大致分以下幾大類：礦物油類、乳化油類、水質類、聚合物類和溶劑類等。

1）就礦物油類脫模劑而言，不同標號的機油黏度也不盡相同，即使是同標號的機油，由于環境溫度不同，黏度也不相同，氣溫高時黏度低，氣溫低時黏度高。當氣溫較低時，附著在模板上的機油較黏，新拌混凝土結構面層的氣泡一旦接觸到黏稠的機油，即使合理振搗氣泡也很難沿模板上升排出，直接導致混凝土結構表面出現蜂窩麻面。有一些單位充分注意到這一點，在機油中加入部分柴油，用來降低脫模劑的黏度，這樣做能起到一定作用，但是仍不能取得令人滿意的效果。

2）水乳類脫模劑目前在市場上比較多，但是有一些產品選用的乳化劑引氣性較大，也會給混凝土結構面層造成蜂窩麻面。

3）由動植物油進行脂化的脫模劑出現的問題較多，其原因是產品中含有引氣性比較大的乳化劑及增稠劑，會給混凝土結構面層帶來極大的影響。模板材質不同也會使混凝土結構面層出現不同的狀態。溶液和各種固體接觸后都會形成不同的接觸角，水泥漿體也不例外，接觸角越小液體在固體上附著力越強（用余弦定理可以解釋）。在日常生活中常用的“不粘鍋”其面層就涂了聚四氟乙烯（商品名稱叫特夫隆），在生產實踐中大家都知道，在其他條件相同的前提下，使用尿醛樹脂壓制的竹或木模板成型的混凝土面層質量比用鐵模板成型的混凝土面層質量有明顯的提高。

（3）環境溫度對混凝土結構面層的質量也有影響。由于氣泡內部含有氣體，因此氣泡體積變化對環境溫度特別敏感，環境溫度高時氣泡體積變大，氣泡承載力變小，容易破滅。環境溫度低時氣泡體積變小，承載力較大，不容易形成聯通氣泡。即使混凝土結構面層有氣泡，氣泡也很小，對混凝土結構外觀影響不大，由此使人們聯想到冬、夏季混凝土結構面層好于春、秋季。

春、秋季節晝夜溫差較大，因此附著在混凝土結構表面的氣泡體積變化也很大，當混凝土面層水泥漿體的強度小于氣泡強度時，氣泡體積隨環境溫度變化而變化，氣泡周圍的水泥漿體也隨之變化，隨著時間的推移水泥漿體的強度不斷增加，當氣泡周圍水泥漿體達到一定強度時，再不隨氣泡體積變化而變化，如果此時正趕上氣泡直徑最大時，勢必給混凝土面層留下孔洞。

13.4 解決混凝土外部不利因素的方法

（1）嚴格按《混凝土泵送施工技術規程 》中的規定執行，每層混凝土澆注厚度不應大于 50cm。

（2）選擇使用優質的脫模劑。

（3）在有條件的情況下應優先選用尿醛樹脂壓制的竹、木模板進行成型。

（4）復振是消除混凝土結構面層蜂窩麻面最有效的方法之一。筆者曾在北京某工地發現 6 個混凝土橋礅表面下部平整光潔，越往上氣泡越多，最上層氣泡最多。一個橋礅用同一批混凝土，甚至用同一車混凝土，而且上下模板相同，結果呈現不同的狀態。查其原因主要是振搗第二層混凝土時不自覺地又振搗了第一層，振搗第三層時不自覺地又振搗了第二層和第一層，按此作法橋礅下部的混凝土等于多次受振搗，因次外觀平整光潔，越往上相對振搗次數逐漸減少，因此整個橋墩面層由下到上氣泡逐漸增多。盡管在《混凝土泵送技術規程》中明確規定：間隔 20～30min 再復振一次，春、秋季節進行混凝土施工時尤其重要。據筆者長期在施工現場觀察，實際這樣操作的單位鳳毛麟角，應引起施工管理人員高度重視。

（5）合理使用消泡劑。消泡包括兩方面的含義，一是“抑泡”，即防止氣泡或泡沫的產生；二是“破泡” , 即是將已產生的氣泡（或泡沫）消除掉。消泡劑除了發泡體系的特殊要求外，還具備消泡力強，用量少；加到起泡體系中不影響體系的基本性質；化學性穩定，耐氧化性強；在起泡性溶液中的溶解性好；無生理活性，安全性高等特性。另外使用效果與消泡劑的品種、摻量有很大關系，往往選擇不當或摻加量不合適都不會達到預期效果。

一般外加劑中都含有減水劑，目前使用的減水劑大多數為陰離子型表面活性劑。當外加劑加入到混凝土中后，使混凝土中拌合用水的表面張力不同程度地下降，在混凝土攪拌或制作過程中會產生不必要的氣泡，國外發達國家很早就發現了這個問題，他們在許多外加劑中都摻入了適量的消泡劑，用來消除有害的大氣泡。目前國內在混凝土外加劑中摻加消泡劑的產品比較少，尚未引起外加劑廠家（尤其是復配外加劑廠家）的足夠重視。

[通訊地址]江西省南昌市昌北經濟開發區英雄八路白水湖工業園南昌萬年青商砼有限公司（330800）

唐新玲，男，工作單位，南昌萬年青商砼有限公司。