商品混凝土非荷载裂缝浅析

[摘要]在对国内商品混凝土性能分析的基础上， 分析了商品混凝土非荷载裂缝的产生原因， 并针对各种不同的裂缝产生原因提出了相应的措施。

 

[关键词]混凝土  非荷载裂缝  收缩

 

    商品混凝土又称为预拌混凝土， 是指集中制作后再以商品形式供应用户的混凝土。目前，商品混凝土以其进度快、质量好、劳力省、消耗低、技术先进、现场文明等诸多优点， 已成为城市建设业不可缺少的组成部分，越来越受到人们的欢迎。

1．1 商品混凝土的优越性

商品混凝土生产是将分散的小生产方式的混凝土生产变成集中的专业化的混凝土生产系统， 再以

商品的形式向用户供应混凝土，将混凝土的搅拌、运输和布料，个工序紧密地结合在一起，其优越性归纳起来有以下几点：

a) 提高设备利用率；

b) 减少污染，节约用料；

c) 有利于质量控制；

d) 有利于新技术的推广；

e) 商品混凝土的质量稳定，有利于推广新的施工工艺。

1．2 混凝土技术的进展及其影响

在混凝土一百多年的发展历程中， 现代混凝土正向着高强、高流动性、高耐久性的方向发展。 工程中商品混凝土的大量应用，使得混凝土的水灰比、水泥用量、 外加剂等方面均较以往现场搅拌的普通混凝土有了较大的变化，具体表现为以下几个方面：

1．2．1 商品混凝土的单位用水量

混凝土中的用水量越大， 则混凝土的收缩也越大，从而也大大地增加了现浇楼板开裂的可能性。

1．2．2 水泥

商品混凝土中水泥较以往普通混凝土的变化，主要表现在水泥细度和水泥的用量两个方面。受混凝土早期强度发展快可以给业主和承包商带来明显的利益所驱使， 水泥生产商将水泥产品中的硅酸三钙含量不断提高，粉磨也不断增大。上述的变化，增大了混凝土的水灰比，水灰比大的混凝土碳化要比水灰比小的混凝土迅速，对海水。冻融与耐久性也不如后者、随着混凝土强度设计等级的提高， 促使混凝土单位水泥用量迅速增长， 混凝土中水泥及细粉含量的增加，使得其收缩有扩大的趋势；与此同时，水泥的水化热较高， 也使得混凝土拌合物的浇筑温度过高，水化反应过快，为早期的温度收缩裂缝的出现创造了条件。

1．2．3 骨料质量

商品混凝土中砂的细度较细，表面积较大，需要更多的水泥等胶凝材料包裹， 由此带来水泥用量和

用水量的增加，随之混凝土中孔隙和毛细孔增多，使混凝土的收缩加大，增大了裂缝产生的机会。为提高混凝土的泵送性， 商品混凝土常采用较小粒径的骨料， 同时骨料的颗粒级配较差， 用量较小， 使得生产混凝土时需要较多的细骨料和胶凝材料来填充，所以水泥用量和用水量也较大，从而使混凝土的收缩也相应增大。

1．2．4 坍落度

实际施工中，商品混凝土的坍落度一般在10cm以上，在一些邮电高层建筑施工中，坍落度甚至可达到17～18cm，造成混凝土在硬化过程中，由于水分蒸发和胶凝体失水后引起干缩量加大， 使得产生裂缝的概率也加大。

1．2．5 外加剂

混凝土外加剂在商品混凝土中的广泛应用，已使其成为混凝土中必不可少的第五组分。混凝土外

加剂的特点是品种多%掺量小，在改善新拌和硬化混凝土性能中起着重要的作用；但是，如果混凝土中外加剂的掺量不恰当，配制的水灰比（或水胶比）较低，会显著增加混凝土早期的自生收缩。

1．2．6 掺合料

掺合料是现代混凝土中必不可少的第六组分。当混凝土中掺入活性粉料（粉煤灰）时，可以提高其工作性，降低水化热（掺水泥用量的15％，降低水化热的15％左右），因此，粉煤灰在商品混凝土中得到了广泛地应用， 但同时应当注意到掺加粉煤灰的混凝土早期抗拉强度及早期极限拉伸有少量的降低（约10～20％），从而增加了商品混凝土开裂的可能性。

 

    混凝土结构是我国工程结构中最常见、应用最广泛的结构形式之一。 但由于混凝土结构自身组成材料的弱点（抗拉强度较低），在使用条件下容易出现裂缝，这里所说的裂缝是指肉眼可见的宏观裂缝，而不是微观裂缝，其宽度应在0.05mm以上。

    混凝土结构中常见的裂缝可分为两类， 一类是由于结构承受荷载产生的裂缝， 这类裂缝是结构在荷载作用下在某些部位产生的拉应力超过了材料的抗拉强度而引起的，又称为“荷载裂缝”；另一类是由于混凝土材料的收缩变形、 温度变化以及混凝土内钢筋锈蚀等原因引起的裂缝，又称为“非荷载裂缝”。目前，国内外对因荷载作用引起的“荷载裂缝”进行了较深入地研究，建立了相关的理论和控制标准，而对因其他原因引起的“非荷载裂缝”则主要是在设计和施工中规定了一些构造措施来防止和减轻， 尚未建立起有效的计算理论和控制措施，因此，本文将混凝土结构中的“非荷载裂缝”作为主要的研究对象来加以分析。

2．1 非荷载裂缝的分类

2．1．1 混凝土硬化以前新拌混凝土的塑性裂缝

出现塑性裂缝的主要原因有：

a）新拌混凝土在可塑状态下凝结收缩而产生的塑性收缩裂缝；

b）可塑状态下新拌混凝土，其组成材料因受力下沉不均匀或下沉受阻而产生的塑性沉降裂缝；

c）可塑状态下的混凝土因模板变形、支架下沉或受到施工过程中的扰动、 移动等原因而产生的其他塑性裂缝。

2．1．2 硬化混凝土的早期收缩裂缝

硬化混凝土早期收缩裂缝主要包括干燥裂缝、自生收缩裂缝和温度收缩裂缝。

1）干燥收缩裂缝

干燥时收缩，受湿时膨胀，这是水泥基混凝土材料的固有特性， 其主要原因是混凝土内的固体水泥

浆体体积会随含水量而改变。 混凝土中骨料对水泥浆体积的变化起到了很大的约束作用， 使混凝土的体积变化远低于水泥浆体的体积变化。 在硬化水泥浆体中，部分水存在于浆体的毛细孔隙内，而相当一部分水则存在于水泥硅酸钙凝胶体之中。 混凝土干燥时， 首先失去的是较大孔径的毛细孔隙中的自由水份，但这几乎不会引起固体浆体体积的变化，只有很小孔径毛细孔隙水和凝胶体内的吸附水与胶体的层间孔隙水减少时才会引起明显的收缩。

目前，混凝土干燥收缩的机理尚不完全清楚，一般认为是干燥时混凝土内的孔隙水拉力发生变化，胶凝体粒子的表面张力增加， 胶凝体内的膨胀蒸汽压力减小和层间水称出的综合结果。

2） 自生收缩裂缝

自生收缩是水泥水化作用引起的收缩， 并不属于干燥收缩。水泥水化本身造成体积膨胀，但如将参与水化反应的水的体积加在一起， 则水化前后水泥与水的总体积减少。在已硬化的水泥浆体中，未水化的水泥继续水化是产生自生收缩的主要原因。 自生收缩主要发生在混凝土硬化的早期， 一般认为混凝土在开始硬结后的几天或几周内可完成自生收缩。

水灰比的变化对于干燥收缩和自生收缩的影响正相反，当水灰比降低时，混凝土的干燥收缩减小，而自生收缩增大。 如当水灰比大于0.5时，其自生收缩与干缩相比小得可以忽略不计。但是当水灰比小于0.35时，混凝土内相对湿度很快降到80%以下，自生收缩与干缩则接近各占一半；当水灰比低至0.17时，则自生收缩要占100%，而干缩为0，意味着即使在很干燥的环境中也没有水份向外蒸发，水灰比较小的高性能混凝土自收缩过程开始于水化速度处于高潮阶段的头几天，湿度梯度首先引发表面裂缝，随后引发内部裂缝，若混凝土变形受到约束，则进一步产生收缩裂缝， 这也是高强混凝土容易开裂的主要原因之一。

3）温度收缩裂缝

引起混凝土早期体积变化的主要原因是温度收缩，温度对早期混凝土的收缩开裂起着重要的作用。混凝土在凝结及早期过程中释放大量水化热， 使混凝土升温， 当混凝土内部的温度与外部环境相差较大， 以致所形成的温度应力或温度变形超过混凝土当时的抗拉强度或极限拉伸值时，就会形成裂缝。在工程实践中，尤其是大体积混凝土结构中，控制混凝土的温度收缩裂缝最为关键。

工程中常出现的“非荷载裂缝”主要是由于混凝土的干燥收缩*温度收缩引起的，其中也有许多裂缝

是由于混凝土的干燥收缩和温差变形的双重作用共同引起的。

2．1．3 工程中常见的收缩裂缝图

工程中因混凝土收缩开裂的例子很多， 经归纳总结，以下给出了工程中常见的收缩裂缝示意图（见图1），以助于对收缩裂缝的分析和判断。

 

    混凝土收缩和温度作用引起的非荷载裂缝虽然对结构的安全不会形成不利的影响， 但它们的存在会损害结构的使用功能和耐久性，因此，仍需要采用措施来预防或减少这些裂缝。一旦出现非荷载裂缝，就必须分析其产生的原因，并采取适当的修补措施。

3．1 减少混凝土结构的收缩变形

3．1．1 混凝土的水灰比

随着水灰比的增加， 混凝土内部提供了更多的空间用于自由水的扩散， 从而减少了混凝土抵抗变形的刚度， 引起混凝土的收缩应变也随之增加。因此，要减少混凝土的收缩应变，应尽量采用较小的水灰比，混凝土的水灰比不宜大于0.60。

3．1．2 养护条件

养护条件是减少混凝土收缩变形， 进而有效控制非荷载裂缝的一个重要因素。混凝土在浇筑以后，养护期间内相对湿度越大， 混凝土内部和外界的湿交换越小，其相应的收缩变形也越小。当混凝土构件处于标准养护条件下时， 其收缩应变要较自然养护下的收缩应变小得多。这是因为标准养护室内温度恒定，相对湿度较大，混凝土内部失水较少的缘故。因此，在施工中必须对养护工作给予充分的重视，要制定养护方案， 派专人负责养护工作。 混凝土浇完毕，混凝土凝结后，需进行妥善的保温、保湿养护，尽量避免干燥的急剧变化。保温、保湿的养护时间，对硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d，对有抗渗要求的混凝土，不得小于14d。

对于底板和楼板等平面结构构件， 混凝土浇收浆和抹压后，用塑料薄膜覆盖，防止表面水分蒸发。混凝土硬化至可上人时，揭去塑料薄膜，铺上麻袋或草帘，用水浇透，有条件时尽量蓄水养护。 墙体混凝土浇注完毕，混凝土达到一定强度（1～3d）后，必要时应及时松动两侧模板，离缝约3～5mm，在墙体顶部架设淋水管，喷淋养护。拆除模板后，应在墙两侧覆挂麻袋或草帘，避免阳光直照墙面。

3．1．3 膨胀剂

在拌制混凝土时加入一定量的膨胀剂， 可以有效地减少混凝土早期的收缩变形， 甚至可以使混凝

土处于预压状态， 从而有效地控制非荷载裂缝的产生。 值得注意的是，在选用膨胀剂时，必须根据工程具体情况先做水泥适应性及实际效果试验， 要选择抗收缩性能较好的膨胀剂。

3．1．4 构件中所配的钢筋

配筋混凝土构件的收缩应变要远小于同等条件下素混凝土构件的收缩应变。 约2％的配筋率就可以

将混凝土的收缩应变降低到70~80×10^－6，配筋率越大，混凝土的收缩应变则越小。同时，配筋也可将素混凝土构件中本可出现的贯穿性裂缝分散到不可见或无任何意义的微细程度。

因此，通常在板、现浇剪力墙中配置构造钢筋来控制温度收缩裂缝。在板中，宜采用直径细而间距密的方法配置，其间距不大于100mm，沿板的纵横两个方向的配筋率分别不宜小于0.1％。在墙体中的水平分布筋的配筋率不宜小于0.4%.， 间距不大于100mm。

3．2 有效地控制混凝土的温度差异

由于水泥水化热引起混凝土温升， 混凝土发生膨胀应变，形成压应力，随后混凝土温度达到峰值开始降温并发生收缩，压应力很快下降为零，继续降温冷却，混凝土内的拉应力也不断增长，当混凝土的拉应力超过当时的混凝土抗拉强度时， 则会出现温度收缩裂缝。因此，控制好混凝土的温降阶段是减少温度收缩裂缝的关键问题， 尤其是在混凝土拆除模板后，更要控制好它的温降速率，否则极易出现温度收缩裂缝。

 

    在实际工程中， 应控制浇筑后的混凝土内外温差，混凝土表面与环境温度不超过25℃，为达到这一要求可采用以下几种措施：

a） 在混凝土进行配合比设计时，应掺用矿物掺合料降低水泥用量，并采用水化热低的水泥；

b） 降低混凝土的入模温度（可在拌制混凝土时加入冰屑或冰水降温、控制水泥及骨料温度）；

c） 预埋冷却水管降低混凝土的内部温度。