预拌混凝土结构裂缝的成因及控制措施

[摘  要]   本文阐述了预拌混凝土塑性收缩裂缝和温度裂缝产生的原因，提出了预拌混凝土结构裂缝的控制措施，并以工程实例予以说明。

[关键词]   预拌混凝土  塑性裂缝  温度裂缝  裂缝成因  裂缝控制措施

The reason of construction crack and controlling method in the ready-mixed concrete

CHEN Zhi-rong

（Chongqing Xingtou Building Materials Co., LTD，Chongqing，400060，China）

Abstract：In the paper，It explanation the reason of plastic shrinking crack and temperature crack in the ready-mixed concrete，It provides construction crack controlling method for the ready-mixed concrete，and explanation it used of engineering example。

Key words：ready-mixed concrete； plastic crack； temperature crack； reasons of cracking；cracking controling method

1   前言

随着我国建筑技术的现代化发展，预拌混凝土以其性能优越、质量稳定、效率高、损耗低、施工方便及现场文明等优势而逐渐为各类建设工程普遍采用，但与此同时，其混凝土结构裂缝始终是困扰工程界的一个顽疾。

预拌混凝土是由水泥、骨料、水以及根据施工设计需要掺入的外加剂、矿物掺合料等组分按一定比例，在搅拌站经计量、拌制后出售的并采用运输车，在规定时间内运至使用地点的混凝土拌合物。预拌混凝土结构工程质量则由混凝土的生产、运输以及浇筑成型、早期护理和养护等工序组成，其结构裂缝直接受各个工序影响。

2   预拌混凝土塑性裂缝的成因及控制措施

2.1  塑性裂缝成因

混凝土从浇筑完毕起至终凝时止这一时段，混凝土尚处于塑性流变阶段，此时在适宜的温度、湿度条件下失去塑性凝固成型，水泥水化反应激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发现象，引起失水收缩即凝缩，同时骨料与胶凝料之间发生不均匀的沉缩变形，即塑性收缩，此时产生的裂缝即为塑性收缩裂缝^[1]。

混凝土浇筑成型后，因拌合物各组分材料的密度差异使骨料在胶结材浆体中产生下沉趋势，当下沉的固体颗粒遇到水平钢筋或受到侧面模板的摩擦阻力时，就会与周围的混凝土形成沉降差，因而在混凝土表面容易形成塑性沉降裂缝；同时，由于各组分材料的变形不一致，互相牵制约束，加上混凝土浇筑后其内部水分不断向表面迁移，形成混凝土在塑性阶段体积收缩，当混凝土内部水分的迁移量跟不上表面蒸发量的情况下，混凝土表面失水干缩受下层混凝土约束，因而在混凝土表面会出现不规则的塑性收缩裂缝^[2]。

平面结构（如底板、楼板、地面、屋面等）及薄壳等结构的混凝土，由于其表面系数较大，当遇高温、曝晒、大风天气，混凝土早期失水较快，产生早期干缩裂缝。

2.2  塑性裂缝的控制措施

2.2.1 预拌混凝土生产控制

⑴ 原材料控制

水泥应选择大厂旋窑生产的优质散装水泥，水泥细度不应过大，C₃A含量不超过8%，进场时需严格控制水泥的安定性。同时，同一结构混凝土严禁使用不同品种、规格水泥生产；其它矿物掺和料及外加剂质量均应满足相应规范要求。

粗、细骨料含泥量过大，粗骨料级配差，空隙率大，加剧混凝土的凝结收缩，故应选择级配良好的粗骨料，减小空隙率；严格控制粗、细骨料的含泥量，必要时应将粗、细骨料进行冲洗干净后再使用。

⑵ 配合比优化

随ISO新标准实施后，水泥细度不断降低，早期强度增长较快，早期水化速度亦加快，更加剧了混凝土的早期收缩问题。为此，在配合比设计时，应根据工程设计要求和施工要求进行优化，严格控制水泥用量、水灰比和砂率，并在混凝土中掺加一定量的矿物掺和料、微膨胀剂或纤维（如聚丙烯纤维、晴纤维或钢纤维等），以降低、补偿或限制混凝土收缩。

⑶ 混凝土拌制

严格控制各种原材料的计量误差和搅拌时间，严格控制混凝土出机坍落度，保证混凝土拌合物的均匀性，不得欠搅拌和过搅拌。

2.2.2 施工现场控制措施

⑴ 混凝土浇筑前，应认真检查钢筋绑扎、焊接情况，特别是预留孔洞部位应力加强筋的设置，否则即会因收缩应力造成开裂（见图一）。

⑵ 混凝土浇筑前，应确认模板支持牢固，避免浇筑过程中出现“爆模”或“坍塌”，造成施工质量或安全事故；同时模板表面应清洁及湿润，避免裂缝的发生（见图二）。

⑶ 尽量缩短混凝土到现场后的停置时间，避免因混凝土坍落度和流动性损失过大而影响正常的浇筑振捣，以致形成混凝土工程质量隐患。当混凝土坍落度出现异常，可由搅拌站技术员会同现场技术人员进行妥善处理，通常采取现场添加预先调配成水剂的非缓凝型减水剂以调整。严禁向混凝土中任意加水，为保证混凝土的相对均匀性，浇筑前宜对混凝土进行再次快速强拌。 

⑷ 加强混凝土振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，以减少收缩变形，但不得过振；混凝土浇筑1~3h进行二次复振与碾压收面，以消除混凝土内骨料分层，改善骨料界面状况，以尽量减少早期收缩裂缝的产生。

⑸ 混凝土在浇筑及静置过程中，尚处于塑性状态期间，很容易因失水收缩而产生拉应力而导致混凝土早期产生干缩裂缝，影响混凝土的结构性能，甚至酿成质量事故。为减少和消除产生塑性沉降收缩和失水干缩裂缝，应采取有效措施加强混凝土早期护理，以尽可能降低混凝土塑性收缩，避免混凝土有害裂缝的产生。

⑹ 加强混凝土浇筑成型后的养护工作。在混凝土浇筑完毕后，应于混凝土初凝前且不得迟于12h，覆盖塑料薄膜或喷洒养护剂；当施工环境温度高、湿度低、风速大以及气温骤变，使新浇混凝土表面急速失水时，应立即覆盖塑料薄膜以保湿保温；应在混凝土成型后12h内覆盖，并应保持混凝土表面有凝结水，若采用浇水养护（气温低于5℃时不得浇水），浇水养护期应不少于7d，当混凝土掺有缓凝型外加剂或有抗渗要求时，不得少于14d，浇水的次数以保证混凝土处于湿润状态为准，同时对有抗渗要求的混凝土或墙体混凝土还应带模养护3d；另外，混凝土强度达到1.2MPa前，不得在其上踩踏或安装模板及支架作业^[3]。

⑺ 对于大面积或大体积混凝土结构，应根据结构特点采用“抗放结合”的综合措施设置“后浇带”和加强应力集中部位配筋，以减少混凝土结构裂缝的产生。

3   预拌混凝土结构温度裂缝

随建筑技术向大跨、重载、高耸方向发展，混凝土结构尺寸越来越大体积化，并已广为普及。《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55对大体积混凝土的定义为：“混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土”。日本建筑学会标准（JASS₅）对大体积混凝土的定义为：“结构断面最小尺寸在80cm以上；水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土”。其特征为：结构厚实，混凝土量大，工程条件复杂，施工技术要求高，水泥水化热使结构产生温度和收缩变形，其温度裂缝及预防控制更为大家所关注。

3.1  温度裂缝的成因

混凝土凝结时由于水泥水化使混凝土温度升高，此时若混凝土内外温差过大，在温度应力作用下将形成裂缝，即温度裂缝，其裂缝对结构的影响与危害较大。

随着混凝土强度等级的升高，水泥用量也随之增高，加之水泥细度的增大，早期水化过快，增大了前期（一般在混凝土浇筑成型后的前3~4d）水化热量与热量集中，导致温度应力集中而引起开裂；同时新浇混凝土遇环境温度急剧下降或处于严寒环境中时，若保温养护工作又不到位，造成混凝土热量损失过快，内外温差过大，在应力作用下而开裂^[4]。

当大体积混凝土浇筑成型后，水化使内部温度迅速上升，而混凝土温度损失较慢，由内外温差产生应力和体积变化，一旦温差所产生的应力超过混凝土能承受的抗拉强度，即会出现裂缝，严重时会形成贯穿性裂缝。

3.2  温度裂缝的控制措施

3.2.1 预拌混凝土生产控制

⑴ 原材料控制

尽量选用优质大厂旋窑生产的低热或中热水泥配制混凝土（如粉煤灰水泥、矿渣水泥等）；严格控制粗、细骨料的含泥量；选用导热系数高的粗骨料（如卵石或破碎卵石等），以利于混凝土散热。

⑵ 配合比优化

在满足工程设计和施工要求的基础上严格控制水泥用量、水灰比及砂率，在混凝土中适量掺入粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰等矿物掺和料，以降低水泥用量，减少水化热；同时在混凝土中掺加缓凝减水剂，即改善和易性，又利于延缓放热峰时，利于结构热量散失。例如长江某大型桥梁工程（见图三），其主跨420m刚构箱梁为C60高性能大体积混凝土结构，为有效控制水化热，采取了矿渣粉和硅灰“双掺”技术，水泥（P·O42.5）用量仅为368kg/m³，最终有效地避免了水化放热给结构带来的危害。

⑶ 混凝土的拌制

严格控制各种原材料的计量误差和搅拌时间，保证混凝土拌合物的均匀性。同时应根据施工设计要求，严格控制混凝土的出厂温度，必要时对骨料和拌合用水采取相应的降温措施。例如某大型桥梁工程，其主桥墩0^#块为C55高性能大体积混凝土，浇筑时正值盛夏，大气温度高达50℃许，为有效控制混凝土出厂温度，生产时对粗骨料浇冰水降温，采用冰屑对拌合水进行降温，并采用凉水浇淋混凝土运输车罐体，以有效控制混凝土入模温度。

3.2.2 施工现场控制措施

⑴ 合理掌控工程进度，尽量避免在炎热和严寒天气浇筑混凝土，当必须浇筑混凝土时，应事先对环境及天气状况进行预测，并进行混凝土热工计算，同时编制“施工质量控制方案”，作好人员安排和设施准备工作。

⑵ 合理组织混凝土浇筑施工作业，大体积混凝土浇筑时应合理分层、分块或跳仓分缝间隔浇筑施工，以削减温度应力；混凝土结构内部宜埋设循环冷却水管，以利于混凝土内部温度散热。

⑶ 混凝土在浇筑成型抹面收光后，应及时用薄膜进行覆盖保湿，必要时应搭蓬以避免阳光直射；当遇到低温季节，混凝土表面除覆盖塑料薄膜外，上层还应覆盖1~2层草垫以保温。

⑷ 混凝土经过早期护理凝结后，应及时采用覆盖、浇水或薄膜保湿等养护措施，避免水分急剧干燥、温度急剧变化以及外力扰动；当混凝土表面不便浇水或覆盖薄膜时，宜涂刷养护剂。

⑸ 对大体积混凝土的养护，应制定专项养护措施，在保湿的基础上进行保温覆盖或蓄热蓄水养护，其覆盖厚度或蓄水深度应通过热工验算确定；加强监控混凝土内部和表层的温度及温差，将温差控制在设计要求的范围以内，当设计无具体要求时，温差不宜超过25℃；同时其潮湿养护不得少于14d。例如某标志性工程楼高33层，其筏板基础断面尺寸为18000×22000×2500mm（见图四），混凝土强度等级为C40，混凝土共计约990m³左右，于2011年03月中旬浇筑。为有效控制筏基混凝土工程质量，对配合比进行了优化；经热工验算其筏基中心混凝土3d最高绝热温升可达80℃，而当时大气最低温度在9℃左右，根据“施工方案”（经热工验算确定需蓄水大约300mm高度才可以使筏板混凝土中心温度与表面温差控制在25℃以内）。规定以蓄水法保温养护，并加强温差实测，及时采取蓄水与搭棚相结合，有效地控制了混凝土筏基内外温差，待7d拆模后检查整个混凝土筏基未有任何宏观裂缝的出现，得到了参建各方的高度认同。

4   结语

混凝土工程结构裂缝是难以避免的，其裂缝的存在是一种可以接受的材料特征，但可通过设计、生产、施工等技术措施将裂缝及其有害程度控制在一定范围。预防或减少预拌混凝土工程结构裂缝应从预拌混凝土的生产、运输、施工及结构设计等方面采取措施，并严格按照相关规范标准执行，结合相关技术经验措施，预拌混凝土结构的有害裂缝可得到有效的控制。

作者简介：陈智荣（1977~ ），男，高级工程师，主要从事施工管理，预拌混凝土、混凝土预制构件及矿场集料等生产与技术管理。

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