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，促進了現(xiàn)代混凝土的發(fā)展。目前國內(nèi)可提供從C10至C80各等級強度的混凝土。由于商品混凝土是一種半成型的原材料，在使用過程中，施工單位習(xí)慣于傳統(tǒng)的施工方法和養(yǎng)護經(jīng)驗，以及現(xiàn)行混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的滯后，混凝土早期開裂問題一直困擾著建設(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)混凝土的耐久性問題，近幾年我國有些混凝土專家、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。  

商品混凝土早期開裂的原因是多方面的。與普通現(xiàn)場攪拌混凝土相比，商品混凝土早期開裂較多且發(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裂的成因，從而更好、有效地控制混凝土的早期開裂和提高混凝土的耐久性，減少鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)維修，對國家基礎(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階段，我們從三個階段去分析早期裂縫的原因(特殊混凝土如大體積混凝土、超長薄壁混凝土、高強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，我們在此只淺談梁板方面的早期裂縫)。混凝土強度發(fā)展如圖1所示。  

Ⅰ為施工階段即混凝土從流態(tài)到初凝時間。  

Ⅱ混凝土從初凝到終凝時間。  

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，混凝土就會產(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間均在6～8小時，對梁板而言，如不采取正確的施工方法和有效保濕措施，在此時間內(nèi)每平方米失水可達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，減水劑對水泥具有強烈的分散作用，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—水體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，從而達到減水，提高工作性的目的。隨著時間的推移，吸附在水泥顆粒表面的減水劑電位減弱至消失，水泥漿體相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)破壞，產(chǎn)生沉降和絮凝。在實際過程中表現(xiàn)為滯后泌水，即在澆注振搗后1～2小時產(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，對此，我們必須加以重新認(rèn)識并在生產(chǎn)和施工過程中加以重視。  

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)場氣候條件及養(yǎng)護方法有關(guān)。自收縮是水泥水化過程中混凝土內(nèi)部相對濕度降低產(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，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普通現(xiàn)場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是可避免和消除的。如果施工方法及養(yǎng)護不到位，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。  

減少混凝土早期開裂關(guān)鍵在于控制混凝土初凝前產(chǎn)生的裂縫或缺陷?；炷猎缙陂_裂的主要原因為ε<ε<span="">1+ε2+ε3。隨著時間的推移，混凝土的塑性變形減小，通過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)，通過許多工程試驗，采用二次振搗、二次收光、覆膜養(yǎng)護等措施均可達到維持這種變形平衡的效果。但在推廣這些方法的過程中，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，提出滯后(延時)振搗施工方法，即在混凝土梁板施工時，梁結(jié)構(gòu)部位隨澆注隨振搗，使梁部位混凝土密實即可。而板面部位的混凝土澆注時不急于振搗，人工找平即可。根據(jù)當(dāng)時的天氣狀況，混凝土出現(xiàn)泌水，坍落度降至50～70mm左右，時間大約在2.5～3.5小時，開始用平板振動器振搗混凝土，然后進行抹壓收光。混凝土達到終凝后開始灑水保濕養(yǎng)護。滯后振搗施工方法可有效減少泌水、沉降、塑性裂縫。同時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工程推廣過程中，施工單位及混凝土施工班組易于接受，方便實用。采用滯后振搗及保濕養(yǎng)護施工方法，可以做到板面無裂縫或宏觀無有害裂縫。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  

混凝土裂縫問題是工程界關(guān)注的混凝土通病之一，也最難解決，通過有效的方法進行施工養(yǎng)護，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和防漏費用。  

(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，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，水泥入倉溫度過高、沉放時間短應(yīng)引起注意。  

(3)板面滯后振搗對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)護必須提前進行，現(xiàn)行規(guī)范已不適應(yīng)現(xiàn)代混凝土養(yǎng)護，有些裂縫的產(chǎn)生與養(yǎng)護方法不當(dāng)有直接關(guān)系。  

(5)通過質(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。