商品混凝土（泵送）裂缝的产生原因与防治措施.pdf

第 3 9卷 第 6期 2 0 1 2年 6月 建筑技术开发 Bui l di ng Te c hn i qu e De v e l o p me nt Vo 1 ．3 9， No ． 6 J un ． 2 01 2 商 品混凝 土( 泵送 ) 裂 缝 的产 生原 因 与 防 治 措 施 陈文志 ( 无锡市富安砼业有限公 司， 江苏无锡2 1 4 0 4 4 ) [ 摘要 ] 建筑工程 中混凝土 的裂缝类型很多 ， 且特点不同 ， 而多数发生 的是 收缩裂缝 。对各 种形式 的收缩 裂缝的产生 原 因及影响 因素进行 了分析 ， 详细的阐述了从材料 、 施 工 、 设 计等 方面来 消除裂缝 或减少裂 缝到最低 限度 的 防治措施 。 [ 关键词 ] 商 品混凝土 ； 收缩裂缝 ； 防治措施 [ 中图分类号 ] T U 7 5 5 ． 6 [ 文献标志码 】 A [ 文章编号 ] 1 0 0 1 — 5 2 3 X( 2 0 1 2 ) 0 6 — 0 0 3 5 — 0 3 商品混 凝土 以速度 快 、 质量 好 、 劳力省 、 消耗 低 、 技术先进、 现场文明施工等优点 ， 己成为建筑业不可 缺少 的重要 的结 构 材料 ， 是 国家 建 设 部 重 点 推广 项 目， 并 强 制 推 行 。然 而 ， 商 品 混 凝 土 裂 缝 的频 频 出 现 ， 近 代科学 关 于混 凝 土 工作 的研 究 及 大量 混 凝 土 工程 实践证 明 ， 混凝 土裂缝 是不 可避 免 的 ， 裂缝 是人 们可以接受的一种材料特性 ， 只是如何使有害程度 控制 在某一 有效 范 围 内。因为混 凝 土是多 种材 料组 成 的一种混合体 ， 且又是一种脆 性材料 ， 在受到温 度 、 湿 度 、 压 力 和外力 作 用 下 ， 都 有 出现 裂缝 的可 能 性 。找出原因 ， 拿出对策 ， 落实措施 ， 消除裂缝或减 少 裂缝 到最 低 限度是完 全 可能 的 。 工程 中混 凝 土 的 裂缝 类 型很 多 ， 且 各 有 不 同 的 特点 ， 对建筑 物 的影 响程 度 也 各 不 同 。常 见 的有 应 力裂缝、 收缩裂缝、 温差裂缝 、 沉降裂缝 、 施工裂缝。 而在 建筑工 程 中发生 的绝 大多数 是 收缩裂 缝 。 1 混 凝土 收缩 裂缝 的产 生原 因及其 影响 因素 在 混 凝 土水 化 凝 固过 程 中 ， 由于水 泥 的水 化 作 用 ， 在其表面形成凝胶体 ， 水泥砂浆逐步变稠、 硬化 ， 并 和粗 骨料 粘成 一 整体 的过 程 中 ， 水 泥 砂浆 失 水 收 缩 变形 大于粗 骨 料 的收缩变 形 ， 从而 产生 应力场 ， 这 些 应力 在截 面上 的合力 为零 ， 但 局部应 力 可能很 大 ， 当收缩变形差增大时， 这些微观裂缝逐渐延伸和扩 展 ， 并 连通 成 宏 观 裂 缝 ， 以至 在 骨 料 表 面 产 生 微 观 裂 缝 。 混 凝土 的收缩 包括 塑性 收缩 、 干燥 收缩 、 化 学减 收稿 日期 ： 2 0 1 2— 0 3—1 5 作者简介 ： 陈文志( 1 9 7 6 一 ) ， 男 ， 江 苏姜堰人 ， 毕 业于苏州 建筑职工 大 学 ， 大专学历 ， 工程师 ， 现从事 商品混凝土技术研究 。 缩 ( 自收缩 ) 和碳 化收 缩 四种形式 。 1 ． 1 塑 性 收 缩 塑性 收缩是 新拌 混凝 土失 水表 面脱水 引起 的收 缩 。当高风速、 低相对湿度 、 高气温和混凝土温度高 等因素作用时 ， 使混凝土失水加剧 ， 这时产生毛细管 负压力， 随着失水， 毛细管负压逐渐增大， 产生收缩 力 ， 使浆体产生收缩。当收缩力大于基体抗拉强度 时， 表面产生开裂 ， 一般发生在 2～ 5 h ， 需采取保护 措 施 ， 预 防开裂 。 1 ． 2 干 燥 收 缩 干燥 收缩 的主 因是在 混凝 土硬化 后较 长时 间产 生 的水 蒸发 引起 的 ， 主要是 水泥 石干燥 收缩 造成 的 ， 且 是 非常缓 慢 ， 产生 干燥 收缩裂 缝 多在一 个月 以上 。 裂缝发生表层很浅的位置 ， 裂缝细微 ， 有时呈平行状 或 网状 ， 常不 被 人们重 视 。应特 别指示 ， 由于碳化 和 钢筋锈蚀的作用 ， 干燥裂缝不仅严重损害薄壁结构 的抗渗性和耐久性 ， 也会使大体积混凝土表面裂缝 发展 成为更 严重 的裂缝 ， 影 响结 构 的耐 久性 和承 载 能力 。 影 响混 凝 土干 燥 收缩 的 因素 主要 有水 泥 品种 、 水 泥 用量 、 用水 量 、 骨 料 品种 、 砂 率 、 外 加 剂 、 掺合 料 、 混凝土养护等。水泥用量及用水量大、 干缩也大 ； 砂 率 高也 有此 倾 向 ， 所 以泵 送 混凝 土 比非 泵送 混 凝 土 较易出现干缩裂缝。混凝土养护不好 ， 干缩增大。 1 ． 3 化 学减缩 (自收 缩 ) 水泥水 化 反应过 程 中原来 的 自由水 成为水 化产 物一部分 ， 使水泥一水体系总体积减少， 不 同品种水 泥化 学 减缩 不 同 ， C A含 量 高 的水 泥 易发 生 自收 缩 和干 燥收 缩 。 3 5 第 6期 陈文志 ： 商品混凝 土( 泵送 ) 裂缝的产生原 因与防治措施 第 3 9卷 1 ． 4碳 化 收 缩 主要 是 空 气 中 C O ， 与 混 凝 土 水 泥 石 中 的 C a ( O H) ， 反应生 成 碳 酸 钙 ， 放 出结 合 水 而使 混 凝 土 收 缩 。碳 化 作用 和碳化 收缩 均发生 在混凝 土表 面 。 2混凝 土裂缝 防治措 施 综上 所述 ， 收缩 足混凝 土 固有特性 ， 混凝 土结 构 除由于地基不均匀下沉 ， 过早拆模或超负荷使用等 因素外 ， 一般都 是 由于 混凝 土 收 缩 引起 的。泵 送 混 凝 土大量 采用 ， 裂缝 出现 的可 能性加 大 ， 仅仅 是 可能 性 而 己 ， 绝非 必然 。 在 现实 工程 中 ， 裂缝 确实存 在 。究其 根源 ， 不外 乎 材料 、 施 工 、 设计 等方 面 的因素 。解决 裂缝 的问题 也 主要 从这 三方 面 人 手 。据有 关 报 道 ， 由于施 工 因 素造成 的混凝 土早 期裂 缝 可 能 占 8 0 ％左 右 ； 因混凝 土材 料 方 面 原 因 造 成 的 混 凝 土 早 期 裂 缝 可 能 占 1 5 ％左 右 ； 因设计 不 当造成 的裂缝 可能 占 5 ％左右 。 2 ． 1混凝 土材料 如前 所述 ， 混凝 土是一 种收缩 材料 ， 收缩 的绝对 值不 大 ， 但 由于其较 高 的弹性 模 量 和 较低 的抗 拉 强 度 ， 即使很 小 的收缩 变形也 会产 生很 大 的拉 应力 ， 超 过此 限 即 可 开 裂 。 矿 渣 水 泥 比 普 硅 水 泥 收 缩 大 2 5 ％ ， 混凝 土 配 比影 响 因 素是 含 水 量 ( 水 灰 比 ) 、 骨 料 、 水泥 、 含砂 率 、 坍 落度 等 直 接 或 间接 的 影 响混 凝 土 收缩 。满 足施工 和 易 性 的条 件 下 ， 尽 量 减 小混 凝 土 的水灰比， 尽量减小单位体积水泥砂浆量 ， 掺加磨 细粉煤 灰可 减小 收 缩 。水 泥 细度 越 细 、 砂 与 石 子含 泥量越 高 ， 混凝 土也越 易收缩 开裂 。 2． 2 施 工 方 面 施 工 单 位 对 于 大 体 积 或 大 面 积 的 混凝 土施 工 前 ， 应 详 细制定 施工 组 织 设计 方 案 根 据结 构 不 同划 分施 工段 ， 确定 混凝 土浇筑 先后 顺序 ， 特别是 为 防止 混凝 土 出现施 工冷缝 ， 根 据气 温不 同 ， 施工 单位应 对 商 品混凝 土初 凝 时 间的 要求 ， 即在 确 定 第 一次 浇 筑 混 凝土 与第 二次浇 筑 混 凝 土 的时 间 间 隔 ， 应在 初 凝 前 浇第 二层 。 2 ． 2 ． 1 振 捣方 式 不 正 确 的振 捣 方式 造 成混 凝 土 分层 离 析 、 表 面 浮浆而使混凝土表面层开裂或砂浆大量 向低处 流 淌， 致使混凝土产生不均匀沉降收缩 ， 在结构厚薄交 界处 出现裂 缝 。不可 用振 捣棒拼 命赶送 混凝 土 防止 混凝 土 分 层 离 析 ， 严 格 遵 守 操 作 规 程 ， 每 隔 3 0～ 4 0 c m插振 捣棒 1 0～1 5 s ， 防止 过振 或欠 振 。不可 以 从一 端一 直浇 向另 一端 ， 应在 距 端 部 4— 5 c m 处 向 回浇 ， 防止端 部无骨 料完 全是水 泥砂 浆而 产生裂 缝 。 36 2 ． 2 ． 2 二次振捣和多次抹面 施 工 人员 应 根据 泵 送 混凝 土特 点 ， 配 合 做好 二 次振动和多次抹光， 使塑性沉降裂缝 和干缩裂缝及 时得 到愈合 。泵 送混 凝 土 坍 落度 较 大 、 凝 结 时 间 比 较长 ， 一般初 凝 时间都 在 8～1 0 h ( 在气 温为 2 0 ℃ 时 测定 ， 水泥砂 浆表 面用 断面 1 c m 的试 针贯 入深度 达 2 5 m m时贯 入 阻力达 3 ． 5 MP a 时 对应 的时 间为混凝 土初凝时间) 。在炎热 的夏天要求更高 ， 即使掺 高 效 减水缓 凝剂初 凝在 1 4～1 6 h ， 但 表面被 太 阳曝晒 、 水分 蒸发 很快 ， 在 4～5 h形 成一 层 几 毫米 厚 的 “ 被 子 ” ， 看 上去混凝 土 好象 已凝结 ， 实 际 上混 凝 土 内 部 还 远未 达到初 凝 。这 样 的混凝土 若不进 行二 次振 捣 和多次抹面 ， 混凝土表面不可避免出现裂缝。开始 裂缝是 浅表 的 、 窄 细的 ， 不 及时处 理 ， 裂缝就 会扩展 ， 严 重者 很可 能出现 贯穿 裂缝 。 有 经验 的施工 人员 ， 混凝 土振捣 后不 去抹 面 ， 让 混凝 土表 面水 分蒸 发 ， 掌 握好 初凝 时 间 ， 在 初凝 前 1 h左右进 行二 次振捣 ( 表 面略微 泛浆 ， 或 用平 板振 动 微微 出 浆 ) ， 压 光 抹 平 覆 盖 塑 料 薄 膜 或 草 袋 保 湿 。 二次 振捣 可 以消 除 因塑性沉 降而 引起 的 内分 层和表 面 的微裂缝 ， 阻 断 因泌 水而 留下 的连贯 通道 ， 改善 骨 料 界面结 构 ， 提 高混凝 土强 度和抗 渗 能力 。 2 ． 2 ． 3现场 养护 现 场养护 不 当是 造成 混凝 土收缩 开裂 的最 主要 原 因。混 凝 土 浇 筑 后 ， 若 表 面不 及 时覆 盖 、 浇 水 养 护 ， 表 面水分 迅速蒸 发 ， 很 容易 产生 收缩裂 缝 。特别 是高气 温 、 相 对湿 度 低 、 风速 大 的情 况下 ， 干缩 更 易 发生 。资料 表 明 ， 当风速 为 1 6 m ／ s时 ， 混凝 土水 分 蒸发速度为无风时的四倍 。一些高层建筑的楼面为 什 么容易 产 生 裂 缝 ， 就 是 因 高 空 中 风 速 比地 面 大 。 正确 的做 法是第 一 次抹 光 ， 立 即用 塑料 薄 膜 覆 盖不 让水 分蒸 发 ， 依靠 混凝 土 自身水分 保湿 养护 ， 第二 次 抹光 时 ， 揭开薄 膜 抹 完 了仍 要 盖好 。养护 时 间肯 定 越 长越好 ， 有 防水抗 裂 要求 的 ， 养 护 时 间 至少 1 4 d 。 但 在这一 点绝 大多 数 施 工单 位 做 不 到 ， 所 以混 凝 土 出现干 缩裂缝 在所 难免 了 。 2 ． 2 ． 4 模 板质 量 如采用木模或混凝土模 ， 预先一定要充分洒水 ， 不然拆 模后 会有裂 缝 。 2 ． 2 ． 5正确使 用膨 胀剂 对掺 有 膨胀 剂 的错 误 认识 ， 许 多施 工人 员 以为 混凝 土掺 膨胀剂 就 万 事大 吉 了 ， 其 实 掺膨 胀 剂 的 混 凝土对养护要求更高 ， 早期养护不好时裂缝更易发 生 ( 因膨胀 剂要 求在 有 水 的条 件 下才 能 成 为补 偿 收 第 3 9卷 陈文志 ： 商品混凝 土( 泵送) 裂缝 的产生原 因与防治措施 第 6期 缩混凝土 ) ， 在一些楼面屋面使用膨胀剂混凝 土仍 出现裂缝 ， 其根 源就 在 于没能 进行 良好保 湿养 护 。 2 ． 2 ． 6 控 制 内外 温差 和环境 温 差 温差 应力 产 生裂 缝 。对 于温 差 收 缩裂 缝 ， 施 工 单位 往往 只 注重名 义 上 的大体 积 混 凝 土 ， 而 忽 视 其 他结 构 ， 只重 视混凝 土 内外温 差 ， 忽视环 境温 差 。对 于大体积混凝土 ， 美 国混凝土协会定义 ： 任意体积的 混凝土 ， 其尺寸大到足 以必须采取措施减少 由于体 积 变形 引起 的裂 缝 ， 统 称 为 大体 积 混 凝 土 。真 正 的 大体积混 凝土 ， 如厚大 的地下室底 板 ， 由于厚度 大 、 抗 拉力大 ， 即使内部温度很高也很少出现裂缝。规程规 定 内外 温差不宜大 于 2 5 ℃ ， 否则应采 取降温措施 。 2 ． 3 设 计 方 面 混凝 土结 构 的开 口和变截 面处 容易 开裂 应增 加 配 筋 ， 有 温度 、 湿 度 应 力 的结 构 应 适 当增 加 构 造 配 筋 ， 要大 于最小 配 筋 量 。在 混 凝 土 结构 设 计 中应 尽 力减少约束。 2 ． 4现 场混凝 土试 块制 作 出现混 凝 土 质量 事 故 ， 往往 由于 混凝 土试 件 检 测 达不 到设计 强度 等级 ( 不 合格 ) 引 起 的 ， 而对 结 构 进行 混凝 土 强度 回弹 、 超 声 回弹或 钻芯 检验结 构 ， 对 施 工方 总是不 利 的 。 因为施 工 不 同季 节 ， 如 冬 季 施 工 ， 无锡 1 ～ 2月平均气温 2—3 ℃并有负温 出现， 夏 季施 工气 温 高 、 相对 湿度 低 ， 混 凝 土又不 能洒 水养 护 ( 如墙和柱) ， 结构混凝土强度肯定低于混凝土试件 标 准养护 的 2 8 d强度 ， 所 以出现 混凝 土试 件不 合 格 情况 ， 往往 本来 混凝 土 结 构 合 格 的 而被 误 判 为 不 合 格 ， 无锡 就有此 类经 验教 训 。因此 ， 施工 单位 应加 强 混凝 土试 件制 作 、 养 护管 理工 作 。 为 了防止 上 述 问题 发 生 误 判 ， “ 混 凝 土 结 构 工 程施 工质 量 验收 规 范 ” G B 5 0 2 0 4规 定 ： 除 混 凝 土试 件 2 8 d标 准养 护 强度 外 ， 1 0 ． 1 ． 3条 规定 ： 对 混 凝 土 强度应制作与结构 同条件养护的试件强度。制作的 混凝土试件 1 d拆模应 即时送委托检验试验室标准 养 护 ( 3 d之 内最 为 重 要 ) 。如 未 能及 时送 出 ， 各施 工单位应砌水池 ， 4～ 1 0月气温， 混凝土试件拆模可 立 即放人 池 中养护 ， 然后 及 时送检 。 3 结语 混 凝 土 的收 缩是 客 观 存在 的 ， 为 了防止 混 凝 土 结 构 出现开 裂 ， 应从 混凝 土生 产 、 施 工及 结构设 计 等 方 面采 取防 治措施 。而施工 环节则 是避 免混凝 土 出 现 裂缝所 在 ， 务必 引起 每一位 施工 人员 的高度 重视 。 1 ) 混 凝 土生产 应采 用小 的 W ／ C和低 水 泥用量 ， 尽量减少混凝土中砂浆的比例。对水泥不宜采用细 度 过细 的水 泥 ， 骨 料 要 选用 含 泥 量 低 、 强 度 高 、 变形 小 的石 子 ， 如 石灰石 ， 尽 量不 用砂 岩 。细骨料 宜用 级 配 良好 的 中砂 。 2 ) 混 凝 土 施 工 应 采 用 正 确 的振 捣 和 养 护 方 式 及二次振捣和多次抹 面， 这是消除塑性收缩裂缝的 关 键措施 。此外对 采用 膨胀 剂 的补偿 收缩 的混凝 土 更 要注 意保湿 养护 ， 才 能发挥 其作 用 ， 否则反 而适得 其反。对于由于环境温湿度差而有可能引发裂缝的 板 式结构 ， 要 注意 降低 板两侧 的温 湿度 差 。 3 ) 设 计 除 采 取 措 施 防 止 不 均 匀 沉 降 而 产 生 的 结 构裂缝 ， 还 要在 窗角 、 拐角 或变截 面处 等易 发生 裂 缝的薄弱部位适当的增加构造钢筋 ； 适 当的提高楼 板 、 墙板 的配 筋率 ， 在配 筋率 不变 的情况 下应 采取 细 而 密 的配 筋方 法 。 ( 上接 第 3 4页) 表 2 掺聚羧酸减水剂 C 3 0 - C 6 0 S C C配合比 水／ 罢 ( k．s／ m ) 荔 2结论 与展 望 1 ) 通 过 V i s u a l B a s i c编 程 实 现 全计 算 法 配 合 比 设计 和调 整过 程 的 自动 化 。 2 ) 通过全 计算法 初配合 调配 ， 配 制成 功一 系 列 工作 性 能 良好 的 C 3 0～C 6 0 S C C 。试 验 结 果 证 明 ， 全 计 算法 可 以适 用 于 S C C配 合 比设 计 、 试 配 和 调 试 。 参 考 文 献 [ 1 ] 郭奇． 自密实混凝土 制备方 法及收 缩性能研 究 [ D] ． 北京 ： 北京 工业大学 ， 2 0 0 8 [ 2 ] 新 颖 的 混凝 土配 合 比设 计 方 法 ， 浅 介 现 代 混凝 土 配 合 比设 计——全计算法 [ J ] ．膨胀剂与膨胀混凝土 ， 2 0 0 6， ( 1 ) ： 1 6—1 8 [ 3 ] 全计算法 组织 商 品混凝 土配 合 比系统设 计 [ J ] ．商 品混 凝土 ， 2 0 0 6。 ( 2)： 1—1 2 37