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摘要：通過(guò)對(duì)某工程產(chǎn)生混凝土早期塑性裂縫案例的分析，認(rèn)為影響混凝土早期塑性裂縫產(chǎn)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(yǎng)護(hù)方法、環(huán)境氣候等因素，提出了避免產(chǎn)生混凝土早期塑性裂縫的方法及對(duì)裂縫的處理意見(jiàn)。...

預(yù)拌混凝土早期塑性裂縫防治

葉  堅(jiān)

廈門市住宅建設(shè)集團(tuán)有限公司   361006

1、問(wèn)題的提出

    由于預(yù)拌混凝土強(qiáng)度穩(wěn)定性高，均質(zhì)工作性能好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)預(yù)拌混凝土及泵送預(yù)拌混凝土得到廣泛使用。但是采用預(yù)拌混凝土的結(jié)構(gòu)，也出現(xiàn)了混凝土裂縫較自拌混凝土相對(duì)  有所增加的情況。

    按混凝土工程結(jié)構(gòu)中產(chǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàn)為在混凝土澆筑成型后，在混凝土表面、結(jié)構(gòu)體積變化處、梁板交接處等部位出現(xiàn)的斷斷續(xù)續(xù)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(shí)間內(nèi)，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(tài)下產(chǎn)生塑性收縮變形引起的。本文通過(guò)對(duì)某一工程實(shí)例的分析，對(duì)預(yù)拌混凝土早期塑性收縮裂縫產(chǎn)生的原因、危害和防治方法進(jìn)行探討。

2、工程實(shí)例

    本工程為廈門某工業(yè)廠區(qū)內(nèi)兩棟七層單身宿舍樓，三跨中廊式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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(shù)2.5，花崗巖碎石5～31．5連續(xù)級(jí)配，粉煤灰2級(jí)，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(fā)現(xiàn)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(shù)量占梁數(shù)量的60％。裂縫位置多靠近梁支座處，長(zhǎng)度200～1500ram，寬度為0.20～1.0mm。為探明裂縫深度，判定裂縫性質(zhì)，委托市建筑科研所對(duì)梁裂縫進(jìn)行了超聲波法探測(cè)，探測(cè)結(jié)論為裂縫深度在30～80mm之間。在對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行環(huán)氧樹(shù)脂壓力灌漿的修補(bǔ)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)有部分梁上灌注的環(huán)氧樹(shù)脂從梁的另一側(cè)滲出，說(shuō)明裂縫有通透現(xiàn)象，部分裂縫深度比探測(cè)的結(jié)果更深。

    調(diào)查表明，梁的裂縫分布呈一定規(guī)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(fā)生在混凝土截面變化處；③裂縫多發(fā)生在白天混凝土澆筑施工的區(qū)段(1～4軸)，晚上施工的區(qū)段(4—9軸)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)裂縫。④l～4軸樓板面混凝土也發(fā)現(xiàn)表面裂縫，裂縫分布不規(guī)則，在梁上方梁主筋位置延梁方向裂縫較多，深度5—15mm。

    根據(jù)混凝土裂縫的分布和形態(tài)，經(jīng)綜合分析判定，本工程發(fā)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(chǎn)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(shí)間(在20'12養(yǎng)護(hù)條件下一般為l～3d)的混凝土，這段時(shí)間是介于新拌混凝土到混凝土達(dá)到一定成熟度之間的一個(gè)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(shí)間，水泥水化反應(yīng)激烈，混凝土?xí)�產(chǎn)生各種變形，水化反應(yīng)引起水泥漿的化學(xué)減縮、泌水及骨料與膠凝料下沉產(chǎn)生的沉縮變形和水分急劇蒸發(fā)引起混凝土失水收縮，這些變形都發(fā)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(guò)程中，由無(wú)水的熟料礦物變?yōu)樗�化物，所以水化后的固相體積比水化前要大的多。但是，對(duì)于水泥一水體系總的體積來(lái)說(shuō)卻是要縮小，叫做化學(xué)減縮。發(fā)生減縮作用的  原因，是由于水化前后反應(yīng)物和生成物的平均密度不同。試驗(yàn)結(jié)果指出，對(duì)硅酸鹽水泥來(lái)說(shuō)，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(jiàn)這個(gè)數(shù)值是比較大的。化學(xué)縮減的產(chǎn)生時(shí)間隨水泥水化反應(yīng)階段有不同的宏觀表現(xiàn)，在水泥漿或混凝土凝結(jié)前，拌和物具有良好的流動(dòng)性和塑性，化學(xué)減縮在宏觀上表現(xiàn)為混凝土拌和物在塑性狀態(tài)下體積的收縮減小。在混凝土凝結(jié)后，水泥漿的化學(xué)收縮不會(huì)直接引起宏觀的體積變化，而是  以形成內(nèi)部孔隙的形式表現(xiàn)，它會(huì)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(jīng)澆筑、振搗之后，在凝結(jié)硬化的過(guò)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(zhì)及配合  比等因素的影響。當(dāng)水灰比較大，塌落度較大、粗骨料多沙子較粗時(shí)，泌水量較多。泌水過(guò)程的同時(shí)，混凝土拌和物發(fā)生沉降收縮，泌水水量多的混凝土其沉降量也大。化學(xué)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(xué)減縮和泌水引起的塑性收縮量級(jí)很大，可達(dá)2％左右。宏觀上表現(xiàn)為混凝土的沉陷收縮，混凝土流動(dòng)性越大，沉縮量越大。中等流態(tài)混凝土相對(duì)沉縮變形為60×10-4—100×10-4大流態(tài)混凝土則為200×10-4，沉縮變形幾乎超過(guò)普通干縮變形的30—60倍[1]。沉縮過(guò)程在混凝土硬化過(guò)程中一直在進(jìn)行，直到混凝土終凝。混凝土的這種沉陷收縮變形，當(dāng)受到模板、鋼筋等的阻礙作用，混凝土的流動(dòng)性又不足時(shí)就會(huì)在混凝土中產(chǎn)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(nèi)混凝土相對(duì)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(nèi)混凝土早凝結(jié)，流動(dòng)性減小，再加上變截  面處模板的阻礙，梁內(nèi)混凝土的繼續(xù)沉降變形，此時(shí)混凝土處于塑性狀態(tài)，抗拉強(qiáng)度很低，梁板交界處就會(huì)產(chǎn)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(chǎn)生了延梁鋼筋方向的水平裂縫。

    混凝土澆筑時(shí)，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(guò)大、水泥用量過(guò)大、外摻劑保水性差，在炎熱或大風(fēng)天氣，混凝土表面砂漿水分快速蒸發(fā)，表面失水大就會(huì)導(dǎo)致混凝土表面塑性收縮開(kāi)裂。

4、影響混凝土塑性收縮及裂縫產(chǎn)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(shí)驗(yàn)表明，不同的水泥種類帶來(lái)的收縮按下面順序遞增：超早強(qiáng)水泥<普通硅酸鹽水泥<早強(qiáng)水泥<礦渣水泥。普通硅酸鹽水泥屬中等收縮量。水泥現(xiàn)在多采用高質(zhì)量的早強(qiáng)水泥，水泥顆粒細(xì)度更細(xì)，活性大，水泥凝結(jié)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(duì)混凝土早期干縮有較大影響，含泥量越高收縮越大，細(xì)砂用水量比中粗砂增加約20k9/m3，水量的增加導(dǎo)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(duì)減小收縮有利。摻膨脹劑的混凝土隨著時(shí)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(dòng)性，增加了產(chǎn)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(yīng)增加。根據(jù)混凝土收縮的毛細(xì)管理論，混凝土收縮主要是水泥石中毛細(xì)管失水收縮引起，混凝土用水量的增加會(huì)增大混凝土收縮。

    水灰比的大小對(duì)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(yán)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(dòng)性，砂率越高流動(dòng)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(xì)礦渣在混凝土中具有形態(tài)效應(yīng)、活性效應(yīng)、微集科效應(yīng)，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(duì)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(zhǎng)泵機(jī)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(yù)拌和泵送混凝土的塌度一般較大，在120～180之間，混凝土流動(dòng)性大，更容易產(chǎn)生相對(duì)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(shí)間延長(zhǎng)。如本案例初凝時(shí)間為6h，混凝土有較長(zhǎng)的沉陷變形時(shí)問(wèn)，面層混凝土凝結(jié)時(shí)間和內(nèi)部凝結(jié)時(shí)間的差異，是混凝土中產(chǎn)生沉陷裂縫的原因之一。

    4.4氣候環(huán)境

    天氣炎熱、空氣濕度小、陽(yáng)光暴曬和大風(fēng)都會(huì)使混凝土表面水分大量蒸發(fā)。在高溫特別是大風(fēng)的作用下混凝土暴露面會(huì)快速失水，一方面造成混凝土表面脫水、收縮、產(chǎn)生塑性裂縫，另一方面使混凝土表面凝結(jié)硬化速度較內(nèi)部快。在本案例中表現(xiàn)為板混凝土凝結(jié)較早，梁內(nèi)混凝土繼續(xù)收縮沉陷變形，變形的差異使混凝土在板梁交界處產(chǎn)生水平裂縫。從本案例混凝土裂縫都發(fā)生在白天施工的區(qū)段，晚上施工的5—9軸裂縫很少的現(xiàn)象來(lái)看，施工環(huán)境的影響是很大的。

    4.5混凝土施工及養(yǎng)護(hù)

    混凝土澆筑過(guò)程中振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，使石子下沉，上浮砂漿過(guò)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(shí)工序可有效防止和愈合表面混凝土收縮裂縫。及時(shí)灑水覆蓋養(yǎng)護(hù)，可減少混凝土表面水分蒸發(fā)，對(duì)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(yù)拌泵送混凝土具有流動(dòng)性大、水泥用量大、砂率高、石子小、用水量大等特點(diǎn)，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(chǎn)生早期塑性沉縮裂縫，增加了控制裂縫的難度。預(yù)防和控制混凝土早期塑性裂縫應(yīng)從以下3個(gè)方面進(jìn)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(shù)控制在2.8～3.0，砂率控制在40％以下。利用雙摻技術(shù)(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(shí)的外部環(huán)境條件。盡可能避開(kāi)高溫大風(fēng)的白天進(jìn)行澆筑施工。在白天施工時(shí)可采取增設(shè)擋風(fēng)墻、遮陽(yáng)苫布、覆蓋塑料薄膜等措施，避免環(huán)境造成劇烈水分蒸發(fā)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(guò)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(dòng)棒移動(dòng)間距400mm左右，時(shí)間以5—15g/次為宜，振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，骨料下沉，混凝土表面砂漿過(guò)厚，容易產(chǎn)生裂紋。混凝土澆筑施工中采用二次復(fù)振，即在混凝土澆筑后l—2h，通過(guò)二次復(fù)振消除混凝土中可能產(chǎn)生的沉陷塑性裂縫。一般使用平板振搗器復(fù)振一遍。應(yīng)特別注意復(fù)振的時(shí)間，最好在初凝前進(jìn)行。對(duì)控制混凝土表面收縮，可采用初凝前用木搓搓毛、拍打、壓實(shí)混凝土表面的方法，防止產(chǎn)生表面塑性裂縫。及時(shí)灑水并覆蓋養(yǎng)護(hù)，防止水分蒸發(fā)。

    本工程經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、混凝土供應(yīng)商共同研究分析，通過(guò)采用以上措施，特別是施工措施，在后期混凝土結(jié)構(gòu)施工中未再出現(xiàn)相同的塑性裂縫，證明這些措施可有效防止預(yù)拌泵送混凝土塑性裂縫的產(chǎn)生。

    對(duì)出現(xiàn)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(duì)沉陷裂縫，當(dāng)裂縫較大較深，有可能影響結(jié)構(gòu)的安全性能和防滲漏性能時(shí)，應(yīng)組織具有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行檢測(cè)鑒定，影響到結(jié)構(gòu)安全時(shí)應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固處理。當(dāng)判定裂縫不影響結(jié)構(gòu)安全時(shí)，為防滲漏和防止裂縫造成鋼筋銹蝕，可用環(huán)氧樹(shù)脂灌縫修補(bǔ)，以達(dá)到封閉裂縫恢復(fù)結(jié)構(gòu)完整性的目的。

參考文獻(xiàn)

[1]王鐵夢(mèng)．工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M]．北京中國(guó)建筑工業(yè)出版社，l997．8．

[2]馮乃謙．實(shí)用混凝土大全[M]．北京科學(xué)出版社，2001

(本文來(lái)源：陜西省土木建筑學(xué)會(huì)  文徑網(wǎng)絡(luò)：溫紅娟  劉紅娟  尹維維 編輯 文徑 審核)

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