商品混凝土梁板早期裂縫成因及控制方法

1前言  

商品混凝土的應(yīng)用，促進(jìn)了現(xiàn)代混凝土的發(fā)展。目前國(guó)內(nèi)可提供從C10至C80各等級(jí)強(qiáng)度的混凝土。由于商品混凝土是一種半成型的原材料，在使用過(guò)程中，施工單位習(xí)慣于傳統(tǒng)的施工方法和養(yǎng)護(hù)經(jīng)驗(yàn)，以及現(xiàn)行混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的滯后，混凝土早期開(kāi)裂問(wèn)題一直困擾著建設(shè)單位、施工單位和混凝土生產(chǎn)單位。  

混凝土產(chǎn)生裂縫必然引發(fā)混凝土的耐久性問(wèn)題，近幾年我國(guó)有些混凝土專(zhuān)家、學(xué)者提出“千年混凝土”這一新概念，這是高性能混凝土的具體指標(biāo)之一，而解決的根本辦法就是提高混凝土的耐久性。  

商品混凝土早期開(kāi)裂的原因是多方面的。與普通現(xiàn)場(chǎng)攪拌混凝土相比，商品混凝土早期開(kāi)裂較多且發(fā)展很快。這與現(xiàn)代商品混凝土的發(fā)展相左。為此，我們根據(jù)商品混凝土的特性，去探索商品混凝土早期開(kāi)裂的成因，從而更好、有效地控制混凝土的早期開(kāi)裂和提高混凝土的耐久性，減少鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)維修，對(duì)國(guó)家基礎(chǔ)建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展有著重大影響。  

2商品混凝土產(chǎn)生早期裂縫的原因  

(1)商品混凝土從攪拌到工作基本分為四個(gè)階段，我們從三個(gè)階段去分析早期裂縫的原因(特殊混凝土如大體積混凝土、超長(zhǎng)薄壁混凝土、高強(qiáng)混凝土由于其特殊性施工單位比較重視。而且文章論述較多，我們?cè)诖酥粶\談梁板方面的早期裂縫)?；炷翉?qiáng)度發(fā)展如圖1所示。  

Ⅰ為施工階段即混凝土從流態(tài)到初凝時(shí)間。  

Ⅱ混凝土從初凝到終凝時(shí)間。  

Ⅲ混凝土從終凝到28天齡期。  

Ⅳ混凝土工作期或壽命期。  

在Ⅰ階段，商品混凝土從攪拌到施工澆注、振搗、收光至初凝。根據(jù)施工的具體要求大約持續(xù)8～10小時(shí)左右，為了保證混凝土的可施工性，商品混凝土均摻有不同型號(hào)高效緩凝泵送劑，以方便現(xiàn)代混凝土的施工，而早期混凝土裂縫均在Ⅰ、Ⅱ階段產(chǎn)生。第Ⅰ階段產(chǎn)生的裂縫為塑性裂縫，包括自然沉降收縮和失水收縮，以及減水劑失效后水泥顆粒沉降產(chǎn)生的收縮，當(dāng)這些收縮產(chǎn)生的變形(ε1+ε2+ε3)大于混凝土的塑性變形ε時(shí)，混凝土就會(huì)產(chǎn)生不規(guī)則的裂縫。  

自然沉降收縮和失水收縮在普通現(xiàn)場(chǎng)攪拌的混凝土中是比較普遍的，施工單位也比較重視。但商品混凝土從澆注至終凝時(shí)間均在6～8小時(shí)，對(duì)梁板而言，如不采取正確的施工方法和有效保濕措施，在此時(shí)間內(nèi)每平方米失水可達(dá)3kg左右。高效緩凝泵送劑在現(xiàn)代商品混凝土中的作用是不可缺少的，減水劑對(duì)水泥具有強(qiáng)烈的分散作用，它借助極性的吸附作用，大大降低了水泥顆粒間的吸引力，在電性斥力的作用下，膠凝材料—水體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，從而達(dá)到減水，提高工作性的目的。隨著時(shí)間的推移，吸附在水泥顆粒表面的減水劑電位減弱至消失，水泥漿體相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)破壞，產(chǎn)生沉降和絮凝。在實(shí)際過(guò)程中表現(xiàn)為滯后泌水，即在澆注振搗后1～2小時(shí)產(chǎn)生混凝土泌水現(xiàn)象。如圖所示。減水劑失效后水泥顆粒沉降產(chǎn)生的收縮往往被施工單位忽視，對(duì)此，我們必須加以重新認(rèn)識(shí)并在生產(chǎn)和施工過(guò)程中加以重視。  

高效緩凝減水劑(泵送劑)這種特性，表現(xiàn)為混凝土澆注后坍落度損失，混凝土從施工時(shí)坍落度16～18cm減至5～7cm，由于水泥顆粒的再絮凝，水泥漿體局部浮力變小，使砂石骨料再次產(chǎn)生沉降收縮，我們可將這種收縮稱(chēng)為減水劑極性消失收縮。  

(2)混凝土Ⅱ階段產(chǎn)生的收縮與普通現(xiàn)場(chǎng)攪拌基本相同，主要為失水收縮、混凝土的自收縮和化學(xué)收縮。失水收縮大小與現(xiàn)場(chǎng)氣候條件及養(yǎng)護(hù)方法有關(guān)。自收縮是水泥水化過(guò)程中混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度降低產(chǎn)生的收縮?；瘜W(xué)收縮是膠凝材料與水發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí)，產(chǎn)生水化物的體積小于前二者之和。由于商品混凝土均摻加高效緩凝減水劑，在減水劑的分散作用下，水泥顆粒與水接觸充分。參與水化的膠凝材料相對(duì)普通現(xiàn)場(chǎng)攪拌的混凝土要多的多，混凝土的自收縮和化學(xué)收縮發(fā)展快。所以商品混凝土早期收縮率比普通混凝土大。  

(3)混凝土Ⅲ、Ⅳ階段產(chǎn)生的收縮主要有自收縮、碳化收縮、徐變收縮等在此不再闡述。  

3混凝土早期裂縫的控制  

根據(jù)混凝土發(fā)展的四個(gè)階段的收縮特性，商品混凝土的有害裂縫絕大多數(shù)在混凝土的終凝階段產(chǎn)生，初凝前后的裂縫主要有沉降收縮、失水收縮及減水劑失效后產(chǎn)生的收縮共同作用產(chǎn)生的裂縫，這種裂縫是可控的或者說(shuō)是可避免和消除的。如果施工方法及養(yǎng)護(hù)不到位，這種裂縫在終凝后發(fā)展為有害裂縫，從而影響混凝土結(jié)構(gòu)的使用功能及耐久性。  

減少混凝土早期開(kāi)裂關(guān)鍵在于控制混凝土初凝前產(chǎn)生的裂縫或缺陷。混凝土早期開(kāi)裂的主要原因?yàn)棣?lt;ε<span="">1+ε2+ε3。隨著時(shí)間的推移，混凝土的塑性變形減小，通過(guò)施加外力增大混凝土的塑性變形，使混凝土在初凝前維持變形平衡(ε=ε1+ε2+ε3)，通過(guò)許多工程試驗(yàn)，采用二次振搗、二次收光、覆膜養(yǎng)護(hù)等措施均可達(dá)到維持這種變形平衡的效果。但在推廣這些方法的過(guò)程中，有些施工單位認(rèn)為環(huán)節(jié)太多，往往不愿接受。  

為此，我們根據(jù)商品混凝土具有緩凝、滯后泌水、早期坍落度大的特點(diǎn)，提出滯后(延時(shí))振搗施工方法，即在混凝土梁板施工時(shí)，梁結(jié)構(gòu)部位隨澆注隨振搗，使梁部位混凝土密實(shí)即可。而板面部位的混凝土澆注時(shí)不急于振搗，人工找平即可。根據(jù)當(dāng)時(shí)的天氣狀況，混凝土出現(xiàn)泌水，坍落度降至50～70mm左右，時(shí)間大約在2.5～3.5小時(shí)，開(kāi)始用平板振動(dòng)器振搗混凝土，然后進(jìn)行抹壓收光。混凝土達(dá)到終凝后開(kāi)始灑水保濕養(yǎng)護(hù)。滯后振搗施工方法可有效減少泌水、沉降、塑性裂縫。同時(shí)滯后振搗也減少了大坍落度混凝土振搗后產(chǎn)生的浮漿，使混凝土均勻性得到保證，混凝土完美濕養(yǎng)護(hù)可減少失水收縮、混凝土自收縮和化學(xué)收縮，從而提高混凝土的抗裂性能及耐久性。滯后振搗施工方法在幾個(gè)工程推廣過(guò)程中，施工單位及混凝土施工班組易于接受，方便實(shí)用。采用滯后振搗及保濕養(yǎng)護(hù)施工方法，可以做到板面無(wú)裂縫或宏觀(guān)無(wú)有害裂縫。目前已在我中心提供的商品混凝土施工單位推廣。  

4結(jié)論  

混凝土裂縫問(wèn)題是工程界關(guān)注的混凝土通病之一，也最難解決，通過(guò)有效的方法進(jìn)行施工養(yǎng)護(hù)，不但可以控制混凝土裂縫，提高混凝土的耐久性，而且節(jié)省了大量的裂縫修補(bǔ)和防漏費(fèi)用。  

(1)混凝土早期收縮是混凝土的固有特性，商品混凝土的收縮率達(dá)到6～10×10-4，較普通混凝土4～6×10-4大得多。  

(2)混凝土施工過(guò)程的控制是混凝土質(zhì)量保證的關(guān)鍵。應(yīng)根據(jù)商品混凝土的特點(diǎn)，建立規(guī)范化的施工工藝方法。商品混凝土生產(chǎn)單位應(yīng)嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量，水泥入倉(cāng)溫度過(guò)高、沉放時(shí)間短應(yīng)引起注意。  

(3)板面滯后振搗對(duì)減少混凝土早期收縮是一種有效的控制裂縫的施工方法。  

(4)混凝土的保濕養(yǎng)護(hù)必須提前進(jìn)行，現(xiàn)行規(guī)范已不適應(yīng)現(xiàn)代混凝土養(yǎng)護(hù)，有些裂縫的產(chǎn)生與養(yǎng)護(hù)方法不當(dāng)有直接關(guān)系。  

(5)通過(guò)質(zhì)監(jiān)、施工、監(jiān)理、攪拌站多方努力，采取科學(xué)方法，混凝土的早期裂縫是可以控制的，絕大多數(shù)裂縫是可以避免的。