預(yù)拌混凝土常見裂縫原因及施工預(yù)防措施

陳飛，王寶君，張先博，李睿

（1. 黑龍江宇輝新型建筑材料有限公司，黑龍江 哈爾濱 150025；2. 黑龍江省建筑材料工業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，黑龍江 哈爾濱 150080）

預(yù)拌混凝土由于坍落度大、用水量多、水泥用量多、砂率大、粗骨料粒徑小、應(yīng)用各種外加劑、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等原因，使得混凝土體積收縮變形增大，尤其是在塑性階段更加突出，混凝土極易產(chǎn)生一種特有的裂縫——塑性裂縫；此外，一些體積比較大的混凝土結(jié)構(gòu)，還會(huì)因水泥水化熱的作用，使混凝土內(nèi)外溫差過大，形成較大的溫度梯度而產(chǎn)生溫度裂縫。這兩種裂縫是預(yù)拌混凝土最常出現(xiàn)的裂縫，給建設(shè)工程帶來極大的隱患。

1 混凝土的塑性裂縫

混凝土的塑性裂縫是指混凝土澆筑后尚處于可塑狀態(tài)時(shí)產(chǎn)生的裂縫。自從我國(guó)開始應(yīng)用了預(yù)拌混凝土，這種裂縫就相伴而生，而且極其普遍，已經(jīng)成為預(yù)拌混凝土的質(zhì)量通病，經(jīng)常困擾著預(yù)拌混凝土生產(chǎn)企業(yè)及施工單位。

根據(jù)裂縫形成的原因，塑性裂縫又可分為沉降收縮裂縫和塑性收縮裂縫。這兩種裂縫都是在混凝土塑性階段產(chǎn)生的，故統(tǒng)稱為塑性裂縫[2]。

1.1 沉降收縮裂縫

混凝土澆筑后，在重力作用下粗骨料會(huì)緩慢沉降密實(shí)，將部分砂漿擠壓至混凝土表面，砂漿又將比重輕的水、氣泡等組分?jǐn)D壓至混凝土表面，產(chǎn)生分層現(xiàn)象，稱為外分層（圖 1）。同時(shí)在緊接粗骨料下方可能會(huì)聚積著一些水分，形成充水區(qū)域，因而在混凝土中還存在內(nèi)部分層現(xiàn)象，稱為內(nèi)分層（圖 2）。若混凝土均勻沉降，則不會(huì)出現(xiàn)裂縫。然而，混凝土在沉降時(shí)會(huì)受到鋼筋、預(yù)埋件、模板、較大的粗骨料、先期硬化的混凝土等局部阻礙或約束，或混凝土本身各部相對(duì)的沉降量相差過大，由此產(chǎn)生拉應(yīng)力。此時(shí)混凝土的抗拉強(qiáng)度很小，極易導(dǎo)致混凝土開裂。這種在混凝土澆筑后硬化前沉降收縮產(chǎn)生的裂縫稱為沉降收縮裂縫。

圖1 混凝土外分層

圖2 混凝土內(nèi)分層

沉降收縮裂縫出現(xiàn)在混凝土沉降受阻處，其表現(xiàn)形式主要有以下 4 種（圖 3）：

圖3 沉降收縮裂縫形式

裂縫 1：這類裂縫的分布形狀與鋼筋的布置有關(guān)，裂縫沿著鋼筋通長(zhǎng)方向上方順筋開裂（圖 4，坡面上的混凝土尤其嚴(yán)重），或者在預(yù)埋件附近周圍出現(xiàn)。

圖4 順筋開裂

裂縫 2：當(dāng)梁（或墻）與頂板同時(shí)澆筑時(shí)，由于頂板混凝土下沉量較小，而梁（墻）等厚重體積混凝土下沉量較大，便易在板上出現(xiàn)平行于梁（墻）的裂紋（見圖 5）。

圖5 沉降不均產(chǎn)生板上開裂

裂縫 3：在梁（墻、柱）與頂板同時(shí)澆筑時(shí)，由于板底部混凝土受到底模的支撐不會(huì)下沉，而梁（墻、柱）混凝土?xí)休^大的沉降，在梁（墻、柱）根部接近板底處便會(huì)產(chǎn)生較大的沉降差，因此該處易產(chǎn)生橫向裂紋（見圖 6）。

圖6 沉降不均根部產(chǎn)生開裂

裂縫 4：墻、柱或梁上的水平筋或箍筋如果保護(hù)層過小，會(huì)限制粗骨料通過，僅使砂漿及粒徑較小的粗骨料通過，從而會(huì)產(chǎn)生橫向順筋開裂（見圖 7）。

圖7 鋼筋保護(hù)層過小產(chǎn)生的橫向順筋開裂

由于混凝土澆筑后有一個(gè)沉降過程，約 1～2 小時(shí)方能趨于穩(wěn)定，沉降收縮裂縫恰是在這個(gè)時(shí)候開始產(chǎn)生，因此，消除沉降收縮裂縫除了應(yīng)控制混凝土坍落度不要過大外，最有效的解決辦法就是在混凝土沉降趨于穩(wěn)定后再進(jìn)行二次復(fù)振。二次復(fù)振會(huì)使混凝土重新密實(shí)，不但可以消除裂縫，還可以改善混凝土和鋼筋的粘結(jié)強(qiáng)度。

1.2 塑性收縮裂縫

混凝土澆筑后尚處于塑性狀態(tài)時(shí)，因氣候干燥、風(fēng)吹日曬，混凝土板面會(huì)失水過快，混凝土體積急劇收縮而產(chǎn)生不規(guī)則裂縫，這種裂縫稱為塑性收縮裂縫（圖8）。

圖8 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫產(chǎn)生的根本原因是混凝土脫水，解決這類裂縫的最有效辦法是采用原漿覆蓋養(yǎng)護(hù)法。即在混凝土澆筑后，先用木拉板將混凝土表面拉平，再用成軸的塑料薄膜邊退邊覆蓋，并隨時(shí)用鐵抹子抹平腳印，待混凝土終凝后方可視情況撤除塑料薄膜。這樣便可以保住混凝土中的水分不蒸發(fā)，最大限度地減少混凝土早期塑性收縮開裂（圖 9）。

圖9 原漿覆蓋養(yǎng)護(hù)法

采用原漿覆蓋養(yǎng)護(hù)法通常不需要二次抹壓。但對(duì)表面有特殊要求時(shí)（如道路等），可以在混凝土初凝時(shí)將塑料薄膜掀開，進(jìn)行二次抹壓，抹光后再用塑料薄膜重新覆蓋，或噴涂養(yǎng)護(hù)液。

原漿覆蓋養(yǎng)護(hù)法實(shí)施效果見圖 10。原漿覆蓋與未覆蓋的效果對(duì)比見圖 11。

圖10 原漿覆蓋養(yǎng)護(hù)法實(shí)施效果

圖11 覆蓋與未覆蓋效果對(duì)比

在東北地區(qū)，春秋季節(jié)氣溫較低，風(fēng)大干燥，混凝土強(qiáng)度發(fā)展緩慢，施工單位又急于上人放線，往往未等混凝土終凝，就將塑料薄膜掀掉，使混凝土過早地暴露在空氣中，若遇大風(fēng)干燥天，混凝土還會(huì)出現(xiàn)大面積開裂現(xiàn)象。因此，有施工單位常常不解地問：我們都原漿覆蓋了，怎么還會(huì)開裂？筆者到施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地觀察發(fā)現(xiàn)，先澆筑的混凝土幾乎沒有開裂，而后澆筑部分開裂嚴(yán)重。這是因?yàn)榛炷翝仓拈_始到結(jié)束有一段時(shí)間差，通常有十來個(gè)小時(shí)，當(dāng)工地覺得可以上人放線時(shí)，會(huì)一股腦將所有養(yǎng)護(hù)材料在同一時(shí)間拿掉，先期澆筑的混凝土已經(jīng)終凝，而后期澆筑的可能還沒初凝，便會(huì)出現(xiàn)收縮開裂。如若想早掀膜放線，還不想混凝土開裂，可在掀開薄膜的同時(shí)再噴灑一層養(yǎng)護(hù)液；如果做不到噴養(yǎng)護(hù)液，也可在掀開薄膜后及時(shí)用拉板或電抹子進(jìn)行二次抹壓，也會(huì)起到一定的防裂作用。

2 混凝土的溫度裂縫

混凝土凝結(jié)硬化過程中水泥會(huì)釋放出大量水化熱，內(nèi)部溫度不斷上升，在表面引起拉應(yīng)力。后期，在降溫過程中，由于受到基礎(chǔ)或柱子的約束，又會(huì)在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低或驟降也會(huì)在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力。當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生溫度裂縫。

最典型的溫度裂縫就是大體積混凝土的表面裂縫以及地下室剪力墻（長(zhǎng)墻）出現(xiàn)的豎向裂縫。

2.1 大體積混凝土溫度裂縫

大體積混凝土產(chǎn)生裂縫主要是因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大，溫度梯度產(chǎn)生溫度應(yīng)力，當(dāng)溫度應(yīng)力大于混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)即產(chǎn)生工程實(shí)體裂縫（見圖12）。

圖12 大體積混凝土的表面開裂

控制大體積混凝土裂縫的關(guān)鍵在于控制溫度梯度。大體積混凝土施工時(shí)，應(yīng)按規(guī)定進(jìn)行熱工計(jì)算，在混凝土表面預(yù)留測(cè)溫孔，安排專人測(cè)溫，混凝土表面覆蓋材料的厚度，應(yīng)根據(jù)溫度測(cè)定情況隨時(shí)調(diào)整?；炷翝仓w在入模溫度基礎(chǔ)上的溫升值不宜大于 50℃，混凝土澆筑體里表溫差不宜大于 25℃，降溫速率不宜大于2℃/d，拆除保溫覆蓋時(shí)混凝土澆筑體表面與大氣溫差不應(yīng)大于 20℃[4]。

2.2 地下室剪力墻的溫度裂縫

地下室剪力墻豎向裂縫比較常見，尤其易出現(xiàn)在C45 以上的混凝土墻中，且混凝土強(qiáng)度等級(jí)越高，產(chǎn)生的裂縫越多。通常每隔 1～2m 就會(huì)出現(xiàn)一條，裂縫寬度約 0.5mm 左右，長(zhǎng)度通常都在墻高的中間部位，嚴(yán)重時(shí)也會(huì)貫通墻壁的全高（見圖 13）。

圖13 剪力墻上的豎向裂縫

地下室剪力墻豎向裂縫產(chǎn)生原因比較復(fù)雜，既有混凝土配合比的原因，也有施工上的原因，還有設(shè)計(jì)上的原因。但從裂縫原理上講，主要由兩方面原因產(chǎn)生：一方面，當(dāng)混凝土澆筑后處于升溫階段時(shí)，根據(jù)“熱脹冷縮”的原理，混凝土體積是膨脹狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生裂縫。然而，當(dāng)混凝土進(jìn)入降溫階段（約 2d 以后），混凝土開始收縮，而此時(shí)混凝土早已凝結(jié)硬化，墻體會(huì)受到基礎(chǔ)和兩側(cè)柱子的約束作用而產(chǎn)生溫度收縮應(yīng)力；另一方面，施工單位往往過早地拆除模板，使混凝土又因表面失去養(yǎng)護(hù)，失水干燥，產(chǎn)生干燥收縮應(yīng)力。當(dāng)這兩種應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土表面就會(huì)產(chǎn)生豎向裂縫。

剪力墻豎向裂縫可參考以下措施加以解決：

（1）在設(shè)計(jì)上，墻體的水平構(gòu)造筋的配置宜遵照“細(xì)筋密布”的原則，水平筋的間距宜小于 150mm。如有必要，還可在主筋外側(cè)鋪加鋼絲網(wǎng)片，以進(jìn)一步增強(qiáng)混凝土抗裂能力。

（2）降低混凝土的溫升（減少水泥用量、降低混凝土入模溫度、延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間等）。

（3）混凝土中應(yīng)摻加合適的外加劑，以最大限度地減少收縮。比如可以摻加膨脹劑，補(bǔ)償混凝土的收縮；還可以摻加減縮劑，減少收縮；此外，近些年出現(xiàn)了一種自養(yǎng)護(hù)劑[3]，其可以使水泥水化體系在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持較高的內(nèi)部相對(duì)濕度，既保證了水泥水化的持續(xù)進(jìn)行，又抑制了混凝土表面的早期干燥，從而顯著降低了混凝土自收縮率以及干縮率，改善混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使之更加致密，避免出現(xiàn)干燥收縮裂縫。

（4）適當(dāng)減小混凝土坍落度、分層澆筑、加強(qiáng)振搗，增加混凝土的密實(shí)度，以減少收縮。

（5）采用保溫效果較好的竹木模板，不應(yīng)過早拆模，應(yīng)使混凝土內(nèi)外溫差≤20℃ 時(shí)方可拆模，且拆模后，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù)，建議噴刷養(yǎng)護(hù)液或披掛棉氈澆水養(yǎng)護(hù)。

3 結(jié)語

（1）預(yù)拌混凝土的塑性裂縫和溫度裂縫是最常見的裂縫，已經(jīng)成為混凝土工程的質(zhì)量通病，嚴(yán)重影響著工程質(zhì)量，如不及時(shí)采取有效的預(yù)防措施，將會(huì)給工程帶來嚴(yán)重的質(zhì)量隱患。

（2）施工單位應(yīng)根據(jù)裂縫產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)部位，確定產(chǎn)生的原因，采取不同的抗裂措施。如：沉降收縮裂縫應(yīng)采取二次復(fù)振法；塑性收縮裂縫應(yīng)采用原漿覆蓋養(yǎng)護(hù)法；大體積混凝土應(yīng)控制好溫度梯度等等。

（3）對(duì)于有防水抗裂要求的混凝土結(jié)構(gòu)，建議推廣應(yīng)用自養(yǎng)護(hù)劑替代傳統(tǒng)的防水劑和膨脹劑，以徹底解決混凝土因失水引起的開裂問題，即混凝土凝結(jié)硬化前的塑性裂縫以及硬化后的干縮裂縫，最大限度地降低混凝土開裂風(fēng)險(xiǎn)。此外，自養(yǎng)護(hù)劑還可以起到降低混凝土碳化深度，提高界面光潔度和硬度，提高回彈強(qiáng)度，改善混凝土耐久性等作用。