淺析商品混凝土開(kāi)裂原因及防治方法

1、淺析商品混凝土開(kāi)裂原因及防治方法【摘要】：商品混凝土以其供應(yīng)速度快、攪拌量大、勞力省、消耗低、等諸多優(yōu) 點(diǎn)，已成為城市建筑業(yè)不可缺少的重要組成部分， 越來(lái)越受到施工單位歡迎。 然 而，商品混凝土裂縫的頻頻出現(xiàn)，也讓人非常頭疼。嚴(yán)格地講，無(wú)裂縫的結(jié)構(gòu)幾 乎沒(méi)有，關(guān)鍵是如何控制有害裂縫的出現(xiàn)。找出原因，拿出對(duì)策，落實(shí)措施，消 滅裂縫是我們每一位施工技術(shù)人員的責(zé)任?！娟P(guān)鍵詞】：商品混凝土、開(kāi)裂、防治1 混凝土的收縮及其影響因素混凝土的收縮主要有塑性收縮、 自收縮、 干燥收縮和碳化收 縮。1.1 塑性收縮塑性收縮是新拌混凝土失水引起的收縮。 它的失水是由表面 脫水而引起。 新拌混凝土顆粒之間的空間完全

2、充滿(mǎn)水， 當(dāng)高風(fēng)速、 低相對(duì)濕度、 高氣溫和高的混凝土溫度等因素作用時(shí)， 水從漿體 向表面移動(dòng)，從表面脫水，這時(shí)，產(chǎn)生毛細(xì)管負(fù)壓力，隨著失水 增加，毛細(xì)管負(fù)壓逐漸增大，產(chǎn)生收縮力，使?jié){體產(chǎn)生收縮。當(dāng) 收縮力大于基體的抗拉強(qiáng)度時(shí)，就會(huì)使表面產(chǎn)生開(kāi)裂。據(jù)試驗(yàn)， 混凝土早期塑性收縮最大速率發(fā)生在澆筑后14小時(shí)，此后收縮平緩。因此在收縮速度較大的時(shí)期特別要采取保護(hù)措施以避免 混凝土開(kāi)裂。影響混凝土塑性收縮的主要因素是風(fēng)速、 相對(duì)濕度、 氣溫和 混凝土本身的溫度。高風(fēng)速、低相對(duì)濕度、高氣溫和高的混凝土 溫度將使混凝土的失水加劇， 從而增加塑性收縮。 混凝土的收縮 在夏季最為嚴(yán)重。據(jù)認(rèn)為，若混凝土表面脫水

3、速率超過(guò)05kg/（m2?h） ，則失水速率將大于滲出水到達(dá)混凝土表面的速率， 并造成毛細(xì)管負(fù)壓， 引起塑性收縮， 如蒸發(fā)速率超過(guò) 10kg/ （ m2 ?h） ，需采取預(yù)防開(kāi)裂的措施。1.2 化學(xué)減縮化學(xué)減縮主要是無(wú)水熟料與水起化學(xué)反應(yīng)， 使固相體積逐漸 增加而水泥水體系的總體積逐漸減少的緣故。 具體地說(shuō)是由水 化前后反應(yīng)物和生成物的平均密度不同所引起。如果進(jìn)一步分 析，則可以認(rèn)為是水泥與水起化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中， 原來(lái)的自由水成 為水化產(chǎn)物的一部分，使它的比容由原來(lái)的 1cm3/g 變成約 075cm3/ g 的緣故。也就是說(shuō)，硅酸鹽水泥的化學(xué)減縮量約為 化學(xué)結(jié)合水的 25 %。因此可以認(rèn)為，化

4、學(xué)結(jié)合水量大的水泥， 其最終化學(xué)減縮量也大。 硅酸鹽水泥的各個(gè)組成礦物有不同的化 學(xué)減縮量， C3A 的化學(xué)減縮量最大。 C3A 的收縮率是 C2S 的 3 倍，幾乎是 C4AF 的 5 倍。因此 C3A 含量高的水泥易因早期的 溫度收縮、自收縮和干燥收縮而開(kāi)裂。為了防止混凝土開(kāi)裂，應(yīng) 盡量使用 C3A 含量低的水泥。1.3 干燥收縮干燥收縮的主要原因是水分在混凝土硬化后較長(zhǎng)時(shí)間產(chǎn)生 的水分蒸發(fā)引起的。 由于集料的干燥收縮很小， 因此混凝土的干 燥收縮主要是水泥石干燥收縮造成的。水泥石干燥收縮理論有： 毛細(xì)管張力學(xué)說(shuō)、 表面吸附學(xué)說(shuō)和夾層水學(xué)說(shuō)等， 不論哪種學(xué)說(shuō)， 都是水分蒸發(fā)引起的。 混凝土

5、的水分蒸發(fā)、 干燥過(guò)程是由外向內(nèi)、 又表及里，逐漸發(fā)展的。由于混凝土蒸發(fā)、干燥非常緩慢，產(chǎn)生 干燥收縮裂縫多數(shù)在一個(gè)月以上， 有時(shí)甚至一年半載， 而且裂縫 產(chǎn)生在表層很淺的位臵，裂縫細(xì)微，有時(shí)呈平行線狀或網(wǎng)狀，常 常不被人們注視。 但是應(yīng)當(dāng)特別注意， 由于碳化和鋼筋銹蝕的作 用，干縮裂縫不僅嚴(yán)重?fù)p害薄壁結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和耐久性， 也會(huì)使 大體積混凝土的表面裂縫發(fā)展成為更嚴(yán)重的裂縫， 影響結(jié)構(gòu)的耐 久性和承載能力。1.4 碳化收縮碳化收縮是大氣中的 CO2 在存在水的條件下與水泥水化產(chǎn) 物作用生成 CaCO3 、硅膠、鋁膠和游離水而引起的收縮。產(chǎn)生收 縮的原因在于這些游離水的蒸發(fā)。 碳化作用必定產(chǎn)生

6、游離水， 這 些游離水蒸發(fā)時(shí)產(chǎn)生毛細(xì)管張力， 從而引起漿體收縮。 碳化作用 的實(shí)質(zhì)是碳酸對(duì)水泥石的腐蝕作用。 而碳化收縮則是由于碳化作 用所產(chǎn)生的游離水的蒸發(fā)引起。 但漿體在充分干燥和水飽和的場(chǎng) 合都不易產(chǎn)生碳化作用。因?yàn)樵谕耆稍锏膱?chǎng)合毛細(xì)管水已蒸 發(fā)， CO2 無(wú)法在毛細(xì)管中形成碳酸，因此無(wú)法與水化產(chǎn)物直接作 用，當(dāng)然也就不會(huì)產(chǎn)生碳化收縮。而在水飽和的狀態(tài)下，CO2 很難進(jìn)入毛細(xì)孔內(nèi)，也無(wú)法在毛細(xì)管內(nèi)形成的碳酸。正因?yàn)槿绱耍?碳化作用和碳化收縮均發(fā)生在混凝土表面。 對(duì)碳化收縮影響最大 的是相對(duì)濕度。2、混凝土裂縫產(chǎn)生的原因及防治方法如上所述， 收縮是混凝土的固有特性， 而混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂

7、除由于地基不均勻沉降、 過(guò)早拆模或超負(fù)荷使用等因素外， 一般 都是由于混凝土收縮引起的。 隨著商品混凝土的普遍使用， 混凝 土的坍落度普遍比現(xiàn)場(chǎng)攪拌的大。特別是泵送混凝土的大量采 用，更加劇了混凝土的收縮，裂縫出現(xiàn)的可能性更大。然而也僅 僅是可能性而已，絕非必然。但在現(xiàn)實(shí)工程中，裂縫確實(shí)存在。究其根源不外乎材料、施 工、設(shè)計(jì)等方面的因素。 解決裂縫的問(wèn)題也主要從這三方面著手。 據(jù)有關(guān)報(bào)道，由施工因素造成的混凝土早期裂縫可能占80 %左右，因混凝土材料方面原因造成的裂縫可能占15 %左右，因設(shè) 計(jì)不當(dāng)造成的裂縫可能占 5 %左右。下面本文就這三個(gè)方面，分 別從產(chǎn)生裂縫的原因和如何進(jìn)行防治等作一些

8、探討。2.1 混凝土材料方面如前所述， 混凝土是一種收縮性材料。 雖然其收縮的絕對(duì)值 不大，但由于其較高的彈性模量和很低的抗拉強(qiáng)度， 即使很小一 點(diǎn)的收縮變形也會(huì)產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力。 當(dāng)拉應(yīng)力超過(guò)其抗拉強(qiáng)度 時(shí)，混凝土即出現(xiàn)開(kāi)裂。因此，我們應(yīng)該做的事情就是設(shè)法盡最 大可能地降低溫凝土的收縮值和最大程度地提高混凝土的抗拉 強(qiáng)度。對(duì)于商品混凝土攪拌站來(lái)說(shuō)， 一是要盡量少用收縮量大的 水泥， 如礦渣水泥。 礦渣硅酸鹽水泥的收縮比普通硅酸鹽水泥大 25 %左右。二是在滿(mǎn)足施工和易性的條件下，應(yīng)盡量減小混凝土 的水灰比，盡量減小單位體積水泥漿量和砂漿量。眾所周知，混凝土水灰比大，收縮將顯著增加，同時(shí)抗拉強(qiáng)

9、 度降低。如水灰比為 0 6 的混凝土收縮比水灰比為 04 的增 加約40 %而與混凝土相比，砂漿和水泥漿的收縮大約增加25 倍。需要特別關(guān)注的是水泥的細(xì)度問(wèn)題和石子的含泥量問(wèn)題。 水 泥的細(xì)度越細(xì)，混凝土越容易開(kāi)裂。這是由于： 細(xì)度大的水 泥水化快，產(chǎn)生較大的水的消耗，易引起混凝土的自干燥收縮。 水泥細(xì)度細(xì)，則使毛細(xì)管細(xì)化，較細(xì)的毛細(xì)管失水時(shí)將產(chǎn)生 較大的張力。 細(xì)顆粒容易水化充分，產(chǎn)生更多的易于干燥收 縮的凝膠和其他水化物。 粗顆粒的減少， 減少了穩(wěn)定體積的未水 化顆料，因而影響到混凝土的長(zhǎng)期性能。石子含泥量越高， 混凝土也越容易開(kāi)裂。 這是由于石子表面 所帶的泥份妨礙了石子與砂漿之間的咬

10、合粘結(jié)， 弱化了石子的界 面結(jié)構(gòu)，降低了界面強(qiáng)度，也就降低了混凝土的強(qiáng)度，特別是降 低了抗拉強(qiáng)度。 因而在相同收縮應(yīng)變的情況下， 石子含泥量高的 混凝土更容易開(kāi)裂。關(guān)于因混凝土材料本身原因而造成混凝土結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的問(wèn)題， 已有大量的研究報(bào)導(dǎo)， 本文在此不多作探討。 本文將重點(diǎn)探討因 施工方面的原因造成混凝土開(kāi)裂的問(wèn)題。2.2 施工方面2.2.1 振搗方式不正確的振搗方式造成混凝土分層離析、 表面浮漿而使混凝 土面層開(kāi)裂或造成混凝土砂漿大量向低處流淌， 致使混凝土產(chǎn)生 不均勻沉降收縮，在結(jié)構(gòu)厚薄交界處出現(xiàn)裂縫。2.2.2 二次振搗和多次抹面 施工人員沒(méi)有根據(jù)商品混凝土的特點(diǎn)， 配合做好二次振搗和 多

11、次抹面， 讓塑性沉降裂縫和干縮裂縫及時(shí)得到愈合。 商品混凝 土由于采用攪拌車(chē)運(yùn)送、泵送澆搗，混凝土坍落度比較大，凝結(jié) 時(shí)間比較長(zhǎng)。 一般混凝土初凝時(shí)間都在 10 小時(shí)以上， 甚至更長(zhǎng)。 即使在炎熱的夏天， 混凝土摻了高效緩凝減水劑后， 表面被太陽(yáng) 曝曬，水分蒸發(fā)很快，表面形成一層幾毫米厚“被子” ，看上去 混凝土好像已凝結(jié)， 實(shí)際上內(nèi)部還遠(yuǎn)未達(dá)到初凝， 甚至還能流動(dòng)。 我們?cè)啻斡秘炄胱枇x測(cè)定摻了高效緩凝減水劑的混凝土砂 漿在太陽(yáng)直曬之下的凝結(jié)時(shí)間，結(jié)果初凝時(shí)間都在1216小時(shí)。 這樣的混凝土若不進(jìn)行二次振搗和多次抹面， 混凝土表面不可避 免會(huì)出現(xiàn)裂縫。開(kāi)始裂縫是淺表的、窄細(xì)的，若不及時(shí)處理

12、，裂 縫就會(huì)擴(kuò)展，由于應(yīng)力集中，最終的裂縫很可能是貫穿性的。采用二次振搗可以消除因塑性沉降而引起的內(nèi)分層， 阻斷因 泌水而留下的連貫通道， 改善骨料界面結(jié)構(gòu)， 提高混凝土強(qiáng)度和 抗?jié)B透能力。進(jìn)行二次以上抹面時(shí)，最好采用手扶抹壓機(jī)，可以 有效提高因泌水而削弱的混凝土表面強(qiáng)度，消除“被子”現(xiàn)象， 使混凝土因水分蒸發(fā)而引起的塑性裂縫及時(shí)得到愈合。有人怕二次振搗會(huì)影響混凝土強(qiáng)度。 實(shí)際上對(duì)初凝前的混凝 土進(jìn)行二次振搗不僅不會(huì)降低強(qiáng)度， 反而會(huì)使強(qiáng)度提高。 我們?cè)?做過(guò)試驗(yàn)： 在進(jìn)行混凝土試塊制作的同時(shí)， 留出一份試樣過(guò)三個(gè) 小時(shí)后再去做試塊。 試壓結(jié)果三小時(shí)后做的試塊強(qiáng)度反而高。 這 就說(shuō)明由于二次振

13、搗消除了混凝土內(nèi)分層，改善了骨料界面狀 況，提高了強(qiáng)度。2.2.3 現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)不當(dāng)是造成混凝土收縮開(kāi)裂最主要的原因。 混凝土 澆筑后，若表面不及時(shí)覆蓋、澆水養(yǎng)護(hù)，表面水分迅速蒸發(fā)，很 容易產(chǎn)生收縮裂縫。特別是在氣溫高、相對(duì)濕度低、風(fēng)速大的情 況下，干縮更容易發(fā)生。有資料表明，當(dāng)風(fēng)速為 16m/ s 時(shí)，混 凝土中的水分蒸發(fā)速度為無(wú)風(fēng)時(shí)的四倍。 一些高層建筑的樓面為 什么更容易產(chǎn)生裂縫，就是因?yàn)楦呖罩械娘L(fēng)速比地面大。對(duì)于高性能混凝土，由于水灰比小，膠凝材料用量大，混凝 土密實(shí)性好，泌水少，若保養(yǎng)不好，干縮情況更嚴(yán)重。因此，有 學(xué)者認(rèn)為，當(dāng)混凝土拌合物表面的水分蒸發(fā)速率超過(guò)0.5kg/m 2

14、?h 時(shí)，將引起混凝土的干縮。對(duì)于保濕養(yǎng)護(hù)的時(shí)間，肯定是時(shí)間越長(zhǎng)越好。養(yǎng)護(hù) 14 天的 收縮比只養(yǎng)護(hù) 3 天的收縮降低約 20 % 。因此，國(guó)家驗(yàn)收規(guī)范規(guī) 定混凝土澆筑后的保溫養(yǎng)護(hù)時(shí)間不得少于 14 天。但在這一點(diǎn)上 絕大多數(shù)施工人員都做不到， 所以混凝土出現(xiàn)干縮裂縫就在所難 免了。2.2.4 正確使用膨脹劑對(duì)膨脹混凝土的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)。 有許多施工人員以為混凝土摻加 了膨脹劑就萬(wàn)事大吉了。其實(shí)不然。膨脹劑并非萬(wàn)能之物。摻加 膨脹劑的混凝土對(duì)養(yǎng)護(hù)的要求更高。 膨脹混凝土在早期養(yǎng)護(hù)不好 時(shí)的裂縫更易發(fā)生（因?yàn)榕蛎泟┮?。在 W/ C 過(guò)低（小 于 0 4） 時(shí)尤為嚴(yán)重。另外，膨脹劑不能防止表層混

15、凝土的塑 性微裂縫的發(fā)生。 在一些使用膨脹混凝土的工程上， 樓面或屋面 仍然出現(xiàn)裂縫，其根源就在于沒(méi)能進(jìn)行良好的保濕養(yǎng)護(hù)。2.2.5 控制內(nèi)外溫差和環(huán)境溫差溫差應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。 對(duì)于溫差收縮裂縫， 施工單位往往只注 重名義上的大體積混凝土， 而忽視其他結(jié)構(gòu)； 只重視混凝土內(nèi)外 的溫差，忽視環(huán)境溫差。對(duì)于大體積混凝土，美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)給 出了這樣的定義： 任意體量的混凝土， 其尺寸大到足以必須采取 措施減小由于體積變形引起的裂縫， 統(tǒng)稱(chēng)為大體積混凝土。 在實(shí) 際工程中，真正的大體積混凝土，如厚大的地下室底板，由于其 厚度大，抗拉力大，即使內(nèi)部溫度很高，也很少出現(xiàn)裂縫。對(duì)于 象地下室墻板這樣的雖非大體積卻存在環(huán)境溫濕度差的混凝土 結(jié)構(gòu)，更要注意防止溫差裂縫的發(fā)生。3 結(jié)語(yǔ)混凝土的收縮是客觀存在。為了防止混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開(kāi)裂， 應(yīng)該從混凝土的生產(chǎn)制造、施工及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面采取防治措 施。而施工環(huán)節(jié)則是避免混凝土出現(xiàn)裂縫所在， 務(wù)必引起每一位 施工人員的高度重視。3.1 混凝土生產(chǎn)制造方面，應(yīng)采用小的 W/ C 和小的水泥用 量，盡量減少混凝土中砂漿的比例。對(duì)于水泥品種，不宜采用細(xì) 度很細(xì)的水泥，骨料要選用含泥量低、強(qiáng)度高、變形小的石子， 如石灰?guī)r，盡量不用砂巖。細(xì)骨料宜用級(jí)配良好的長(zhǎng)江中砂。3.2 施工方面， 正確的振搗和養(yǎng)護(hù)方式以及二次振搗和多次 抹