预拌混凝土水平结构施工早期裂纹控制初探

　　随着预拌混凝土的推广应用，梁板结构混凝土裂纹的控制越来越成为广大施工单位，特别 是商品混凝土生产厂家关注的问题。为此笔者就此进行了工程调查，查阅了国内外有关资料 ，并在部份工程进行了试验，现将裂纹产生的一些规律、原因分析和控制办法作以阐述， 望诸同行们共同探讨。

　　1　裂纹产生的规律

　　通过沈阳地区数十年工程调查，总结如下规律：

　　（1）春秋季节为北方地区梁板结构裂纹多发期，大风天施工的楼板如不采取有效措施裂纹 多而宽，阴 天、小雨天施工的楼板裂纹极少；

　　（2）楼板裂纹一般发生在浇筑后1～3小时，板面裂纹多在梁板交界处、厚度变化 处、梁板钢筋上部。混凝土表面搓毛裂纹少，表面压光裂纹反而多；

　　(3)楼层越高，由于高空风速大且泵送混凝土坍落度大，楼板裂纹越不易控制;

　　(4)楼板厚度越大，裂纹越少。

　　2　裂纹原因分析

　　预拌混凝土为满足运输、泵送的要求，其水泥用量较现场搅拌混凝土大，同时，混凝土砂率 增大及外加剂 的掺入，使坍落度为80～200mm的预拌混凝土收缩大大加大，有关资料介绍，混凝土早期 裂纹主要是沉缩和干缩引起的。混凝土沉缩变形之大小与混凝土流态有关，混凝土流动性越 大，相对沉缩变形亦越大，如不注意，极易引起早期裂纹。此外，混凝土在硬化过程中，水 份蒸发会产生脱水收缩，从而造成早期干缩裂纹。混凝土表面水份蒸发速度越快，其干 缩值越大。归纳起来，影响混凝土沉缩和干缩的因素有如下几个方面：

　　2.1　混凝土流动性

　　混凝土流动性越大，沉缩量越大。中等流态混凝土相对沉缩变形为60×10-4～10 0×10-4，大流态混凝土则为200×10-4，沉缩变形几乎超过普通干缩变形的30 ～60倍。

　　2.2 　水泥品种和矿物成份

　　水泥中各种矿物成分对干缩影响不一，其中C2S和C4AF收缩率小，C3A收缩率最大。因 此，耐硫酸盐水泥和低热水泥其矿物成份中C2S和C4AF相对含量多，C3A含量少，其干 缩相应也较小，详见表1，表2。

　　表1 　水泥矿物的化学特性
　　矿物名称 强度发展 化 学热 干缩
　　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 　各种硅酸盐水泥中矿物含量(%)
　　矿物成份 普通水泥 低热水泥 早强 水泥 耐硫酸盐水泥
　　C3S 52 41 65 57
　　C2S 24 34 19 23
　　C3A 9 6 8 2
　　C4AF 9 13 9 13

　　此外应避免不同品种水泥混用，因不同品种水泥凝结速度、收缩值均不同，混用会导致 混凝土开裂。

　　2．3　水泥细度

　　水泥颗粒的粗细，对水泥的性质有很大影响，颗粒越细其水化、凝结硬化速度越快，早期和 后期强度均较高，需水量增大，但水泥颗粒过细，其在空气中的收缩性也较大，因此国家标 准中对水泥细度作了相应规定。

　　2．4　混凝土体积形状

　　大体积混凝土(最小截面尺寸＞1m)，由于水化热积聚在内部不易散发，混凝土内部温度升高 产生很大内外温差，由此产生的温度应力造成硬化初期混凝土的开裂。

　　2．5　外加剂收缩的影响

　　据资料介绍，当配合比和用水量不变时，用木钙配制的坍落度增大混凝土，收缩值略大于不 掺木钙的基准混凝土，掺高效减水剂配制的高强混凝土其收缩值与不掺者相比，差别不大， 略有降 低。总之，在商品混凝土中，掺减水剂用于改善和易性，增大坍落度时，其收缩值接近或略 大于不掺者，但一般不超过1×10-4，在预应力混凝土中，为减小预应力值损失，宜 掺少量膨胀组份。

　　引气剂的掺入会使混凝土中引入一定量的空气。但由于它同时又改善了混凝土和易性，可减 少混凝土用水量，从而减少由于引气增大干缩的影响。因此混凝土中适当引气对混凝土 干缩影响不大。

　　2．6　配合比对混凝土收缩的影响

　　(1)砂：砂的含泥量及粒径对混凝土干缩有较大影响。采用细砂时，每m3混凝土用水量比 中、粗砂增加用水量20～25kg，由于用水量增大导致混凝土干缩的增大。砂含泥量对混凝土 收缩影响较大，随着含泥量增大，混凝土收缩增大，抗拉强度降低。

　　(2)石子：石子粒径加大，混凝土配合比不变的情况下，其用水量或水泥用量相应 减少，混凝土收缩随之减少。但泵送混凝土由于受输送管径和泵送高度的影响，粗 骨料不宜过大。同样石子含泥对其收缩极为不利。

　　(3)水泥用量：混凝土中水泥用量增加，其收缩随之加大。

　　(4)砂率：混凝土中粗骨料是抵抗收缩的主要材料。在配合比完全相同的情况下，混凝土干 缩率随砂率增大而增大，砂率降低，即增加粗骨料用量， 对控制混凝土裂纹有显著效果。因此泵送混凝土在满足泵送要求前提下，宜尽可能 降低砂率。

　　(5)水灰比：水是影响混凝土收缩最主要的因素。混凝土中用水量越大，坍落度越大，则 干缩越大。因此严格控制水灰比对预拌混凝土是十分重要的。

　　2.7　环境

　　施工时的气象条件是影响混凝土板面裂纹的极主要因素，经验证明在气候干燥和大风季节， 混凝土浇灌后不覆盖会立即开裂。据有关资料介绍，风速为16m/s时，混凝土中水分蒸发速 度为 无风时的4倍，相对湿度为10％时，蒸发速度为相对湿度90%时的9倍以上。如果将 风速和湿度影响叠加，则可推算出此时混凝土干燥速度是通常条件下的10倍之多。因此， 表面较大的楼板上就会产生裂纹，这种裂纹往往是上下贯通的，其特征是楼板上面比下 面开裂处多，经楼板承载力试验证明，这种开裂一般对楼板刚度及承裁力降低很小。

　　2．8　设计

　　(1)楼板含钢率过小或含钢率不变而配置钢筋直径过大，钢筋间距过大会降低楼 板抗裂性能。

　　(2)梁板结构断面突变或楼板开洞，造成应力集中而在变截面处和孔洞转角处开 裂，一般结构变断面处的裂纹还较宽。

　　(3)根据日本资料介绍，楼板厚度小于14cm易产生裂纹。

　　2.9　施工

　　(1)振捣时间过长，混凝土中石子下沉、表面出现一层灰浆层，因而降低了楼板表 面粗骨料含量，加大了收缩，导致混凝土表面出现网状裂纹。

　　(2)混凝土振捣后，未及时表面搓毛和抹压，使沉缩裂纹得不到及时愈合就硬化了。

　　(3)混凝土浇注后表面未及时覆盖浇水养护，表面水分迅速蒸发，产生干缩裂纹。

　　(4)厚大体积基础底板未按热工计算采用温控措施，导致混凝土 内外温差＞25℃，产生较大温度应力而开裂。

　　(5)基础底板混凝土在浇灌振动过程中，会产生大量泌水，若不采取措施及时排除会 降低混凝土质量和抗裂性。

　　(6)混凝土梁板工程模板支承不牢，刚度不足，使混凝土梁板变形导致裂纹。

　　(7)楼板上部架立筋保护层过小，一旦混凝土产生沉降和塑性收缩，板面极易产生裂纹。

　　(8)梁板结构支撑过早拆除或过早上荷裁，会导致混凝土梁板产生裂纹。

　　3　防治裂纹技术措施

　　通过裂纹产生原因分析，我们在“辽宁省图书音像配送中心”、“沈阳协合嘉阳广 场”等工程进行了试验，初步摸索出一些防治裂纹的措施，效果较好。

　　3.1　混凝土生产质量控制

　　(1)材料选择和控制

　　砂：宜采用细度模数M＝2.8～3.0中砂，严格控制含泥量≯2％，

　　石：采用级配良好卵石，并控制含泥量≯1％。

　　水泥：采用425#矿渣水泥或低热水泥。

　　(2)配合比及生产控制

　　前面我们已经介绍，粗骨料可阻止水泥收缩从而阻止裂纹的产生，因此 楼板用混凝土在满足泵送的基础上，尽可能降低砂率，一般可控制在39%～40%。 混凝土水灰比是影响强度和裂纹的主要因素，水灰比大混凝土坍落度大，其收缩亦越大， 也就越容易产生裂纹，因此施工楼板时，应严格控制混凝土坍落度，一般16cm～18cm 为宜，不宜过大。

　　粉煤灰及磨细矿渣在混凝土中具有形态效应，活性效应，微集科效应，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，特别对泵送混 凝土可改善其可泵性，减少在输送管中的堵塞和分离，降低混凝土与管壁的阻力，延长泵 机和管道的寿命，由于其可泵性的提高和泌水性降低，在相同坍落度情况下，混凝土用 水量可降低，从而减少混凝土早期沉缩量，有利于裂纹的控制。

　　此外高温季节为避免混凝土过快硬化，应采取适当措施缓凝，为施工抹压提供条件。

　　3.2　施工质量控制

　　(1)混凝土浇灌下料速度不宜过快，特别是分层浇灌的厚大体积混凝土或墙体， 下层未来得及沉降时，上层又覆盖，容易产生分层处水平裂纹。

　　(2)振捣混凝土振动棒移动间距400mm左右，时间以5～15秒/次为宜，振捣时间过长，骨料下 沉，混凝土表面砂桨层过厚，容易产生裂纹。混凝土浇灌1～2小时后，有条件的工地可对混 凝土二次复振，可提高混凝土强度5%～20%。据日本一些资料介绍，在气象条件不好的 季节施工，可在楼板混凝土浇注后一小时左右再进行捣固，其用意是待混凝土沉缩、 一阶段后，再振捣将其裂纹消除。

　　(3)抹压。混凝土除复振外，还应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，愈合裂纹。

　　(4)养护。混凝土成型后，应有很好的温、湿度环境，防止大风袭击和阳光 爆晒，表面水分剧烈蒸发，形成上部和下部硬化不均和差异收缩，因此， 施工单位应特别予以注意。通过工程实践大体有以下几种有效措施：

　　人工喷雾，加大空气湿度。沈阳协合嘉阳广场(沈阳四建施工)，辽宁 音像图书配送中心(辽宁金帝建设公司施工)两工程于二000年五月 施工楼板工程，施工时处春季大风天，空气相对湿度约30%。日照较强，混凝土浇灌后约2小时采用高压水喷雾法加大施工环境湿度。混凝土终凝前及时养护。混凝土终凝前用手按混凝土表面无坑时立即浇水，随混凝土表面强度增长，水流由小变大、当混凝土表面刚变白时，保持楼板表面一层5～10mm厚水覆盖24小时，以后设专人一日数次浇水， 保持混凝土表面潮湿一周。

　　此外日本资料介绍，为避免风和日光的影响，宜在 混凝土浇注面周围脚手架上4m用苫布围好，再用塑料水平覆盖养护，避免楼板表面风 吹日晒，水分蒸发，从而防止裂纹产 生。

　　混凝土养护幼龄时期(常温下1～3天)应防止脚手架、钢筋、模具等过早集中堆放在楼板上， 特别是防止上述荷载冲击振动混凝土及模板支撑，造成混凝土隐患和裂纹。按《混凝土结构 工 程施工及验收规范》规定，已浇筑混凝土强度未达到1.2N/mm2以前，不得在其上踩踏或 安装模板及支架。

(5)拆模。现浇结构模板及支撑过早拆除，会造成梁板结构开裂，施工单位应按结构类型、 结构跨度、结构同条件养护试件实际达到的强度占设计强度的百分率，按规范规定的数值指 导拆模。

　　3.3 裂纹处理

　　楼板裂纹应尽量消灭在萌芽之中，因此在混凝土终凝前应设专人在早期沉缩裂纹处拍打，若 裂纹仍不愈合，可用水泥∶膨胀剂=9∶1(重量比)搅成泥浆在裂纹处搓抹。

　　终凝后发现的混凝土裂纹在处理前应调查其宽度、长度、是否贯穿，再根据结构使用环境( 有无抹面层、使用环境等)决定处理方案。一般按裂纹宽度可参照表3选取修补方法。

表3
方法 表面处理方法 充填方法 注入方法
条件 流入 U形槽 手动 电动
修补目的 美观
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 ○ 　 ○ ○ ○
裂纹宽度(mm) 小于0.2 ○ 　 ○ 　 　
0.2～0.3 　 　 ○ ○ ○
大于3.0 　 ○ ○ ○ ○

　　表面处理：首先将欲铺设薄膜的混凝土表面用钢丝刷打毛，水清洗后待其干燥，再将用 环氧树脂浸渍玻璃布铺贴在裂纹上表面。

　　充填法：在混凝土板面沿裂缝两侧开出两条沟，然后再剔除中间部份，形成U形槽，用钢丝 刷将槽内清理干净，水冲洗润湿后，刷素水泥浆再填以膨胀砂浆，表面抹压盖以湿布养护。

　　注入法：注浆前，先透气(小气泵或自行车打气筒)清扫裂纹并进行注入试验，然后慢慢注入 树脂。一根注入管可能注入范围，将因裂纹宽度、注入用树脂粘度、注入时气温等条件而异 ，一般10cm～30cm，当裂纹较长使用并排管依次注入时，在确认相邻管的注入材料已流出后 ，关闭相邻注入管，再开下一根管，依次顺序施工。

　　4　结语

　　预拌混凝土水平结构裂纹的控制是个涉及原材料质量、混凝土配合比、混凝土生产质量控制 、施工气象(风力、风速、气温、空气湿度)、设计(配筋、板厚)、施工(模板、振捣、养护) 诸多因素的课题，需要各部门、各环节共同努力，精心配合才能凑效，通过实践证明，只要 努力，裂纹是可以控制在最小范围内，或者说是可以基本得到控制的。