預拌混凝土常見裂縫原因及施工預防措施

陳飛，王寶君，張先博，李睿

（1. 黑龍江宇輝新型建筑材料有限公司，黑龍江 哈爾濱 150025；2. 黑龍江省建筑材料工業規劃設計研究院，黑龍江 哈爾濱 150080）

預拌混凝土由于坍落度大、用水量多、水泥用量多、砂率大、粗骨料粒徑小、應用各種外加劑、凝結時間長等原因，使得混凝土體積收縮變形增大，尤其是在塑性階段更加突出，混凝土極易產生一種特有的裂縫——塑性裂縫；此外，一些體積比較大的混凝土結構，還會因水泥水化熱的作用，使混凝土內外溫差過大，形成較大的溫度梯度而產生溫度裂縫。這兩種裂縫是預拌混凝土最常出現的裂縫，給建設工程帶來極大的隱患。

1 混凝土的塑性裂縫

混凝土的塑性裂縫是指混凝土澆筑后尚處于可塑狀態時產生的裂縫。自從我國開始應用了預拌混凝土，這種裂縫就相伴而生，而且極其普遍，已經成為預拌混凝土的質量通病，經常困擾著預拌混凝土生產企業及施工單位。

根據裂縫形成的原因，塑性裂縫又可分為沉降收縮裂縫和塑性收縮裂縫。這兩種裂縫都是在混凝土塑性階段產生的，故統稱為塑性裂縫[2]。

1.1 沉降收縮裂縫

混凝土澆筑后，在重力作用下粗骨料會緩慢沉降密實，將部分砂漿擠壓至混凝土表面，砂漿又將比重輕的水、氣泡等組分擠壓至混凝土表面，產生分層現象，稱為外分層（圖 1）。同時在緊接粗骨料下方可能會聚積著一些水分，形成充水區域，因而在混凝土中還存在內部分層現象，稱為內分層（圖 2）。若混凝土均勻沉降，則不會出現裂縫。然而，混凝土在沉降時會受到鋼筋、預埋件、模板、較大的粗骨料、先期硬化的混凝土等局部阻礙或約束，或混凝土本身各部相對的沉降量相差過大，由此產生拉應力。此時混凝土的抗拉強度很小，極易導致混凝土開裂。這種在混凝土澆筑后硬化前沉降收縮產生的裂縫稱為沉降收縮裂縫。

圖1 混凝土外分層

圖2 混凝土內分層

沉降收縮裂縫出現在混凝土沉降受阻處，其表現形式主要有以下 4 種（圖 3）：

圖3 沉降收縮裂縫形式

裂縫 1：這類裂縫的分布形狀與鋼筋的布置有關，裂縫沿著鋼筋通長方向上方順筋開裂（圖 4，坡面上的混凝土尤其嚴重），或者在預埋件附近周圍出現。

圖4 順筋開裂

裂縫 2：當梁（或墻）與頂板同時澆筑時，由于頂板混凝土下沉量較小，而梁（墻）等厚重體積混凝土下沉量較大，便易在板上出現平行于梁（墻）的裂紋（見圖 5）。

圖5 沉降不均產生板上開裂

裂縫 3：在梁（墻、柱）與頂板同時澆筑時，由于板底部混凝土受到底模的支撐不會下沉，而梁（墻、柱）混凝土會有較大的沉降，在梁（墻、柱）根部接近板底處便會產生較大的沉降差，因此該處易產生橫向裂紋（見圖 6）。

圖6 沉降不均根部產生開裂

裂縫 4：墻、柱或梁上的水平筋或箍筋如果保護層過小，會限制粗骨料通過，僅使砂漿及粒徑較小的粗骨料通過，從而會產生橫向順筋開裂（見圖 7）。

圖7 鋼筋保護層過小產生的橫向順筋開裂

由于混凝土澆筑后有一個沉降過程，約 1～2 小時方能趨于穩定，沉降收縮裂縫恰是在這個時候開始產生，因此，消除沉降收縮裂縫除了應控制混凝土坍落度不要過大外，最有效的解決辦法就是在混凝土沉降趨于穩定后再進行二次復振。二次復振會使混凝土重新密實，不但可以消除裂縫，還可以改善混凝土和鋼筋的粘結強度。

1.2 塑性收縮裂縫

混凝土澆筑后尚處于塑性狀態時，因氣候干燥、風吹日曬，混凝土板面會失水過快，混凝土體積急劇收縮而產生不規則裂縫，這種裂縫稱為塑性收縮裂縫（圖8）。

圖8 塑性收縮裂縫

塑性收縮裂縫產生的根本原因是混凝土脫水，解決這類裂縫的最有效辦法是采用原漿覆蓋養護法。即在混凝土澆筑后，先用木拉板將混凝土表面拉平，再用成軸的塑料薄膜邊退邊覆蓋，并隨時用鐵抹子抹平腳印，待混凝土終凝后方可視情況撤除塑料薄膜。這樣便可以保住混凝土中的水分不蒸發，最大限度地減少混凝土早期塑性收縮開裂（圖 9）。

圖9 原漿覆蓋養護法

采用原漿覆蓋養護法通常不需要二次抹壓。但對表面有特殊要求時（如道路等），可以在混凝土初凝時將塑料薄膜掀開，進行二次抹壓，抹光后再用塑料薄膜重新覆蓋，或噴涂養護液。

原漿覆蓋養護法實施效果見圖 10。原漿覆蓋與未覆蓋的效果對比見圖 11。

圖10 原漿覆蓋養護法實施效果

圖11 覆蓋與未覆蓋效果對比

在東北地區，春秋季節氣溫較低，風大干燥，混凝土強度發展緩慢，施工單位又急于上人放線，往往未等混凝土終凝，就將塑料薄膜掀掉，使混凝土過早地暴露在空氣中，若遇大風干燥天，混凝土還會出現大面積開裂現象。因此，有施工單位常常不解地問：我們都原漿覆蓋了，怎么還會開裂？筆者到施工現場實地觀察發現，先澆筑的混凝土幾乎沒有開裂，而后澆筑部分開裂嚴重。這是因為混凝土澆筑從開始到結束有一段時間差，通常有十來個小時，當工地覺得可以上人放線時，會一股腦將所有養護材料在同一時間拿掉，先期澆筑的混凝土已經終凝，而后期澆筑的可能還沒初凝，便會出現收縮開裂。如若想早掀膜放線，還不想混凝土開裂，可在掀開薄膜的同時再噴灑一層養護液；如果做不到噴養護液，也可在掀開薄膜后及時用拉板或電抹子進行二次抹壓，也會起到一定的防裂作用。

2 混凝土的溫度裂縫

混凝土凝結硬化過程中水泥會釋放出大量水化熱，內部溫度不斷上升，在表面引起拉應力。后期，在降溫過程中，由于受到基礎或柱子的約束，又會在混凝土內部出現拉應力。氣溫的降低或驟降也會在混凝土表面引起很大的拉應力。當這些拉應力超出混凝土的抗拉強度時，就會產生溫度裂縫。

最典型的溫度裂縫就是大體積混凝土的表面裂縫以及地下室剪力墻（長墻）出現的豎向裂縫。

2.1 大體積混凝土溫度裂縫

大體積混凝土產生裂縫主要是因水泥水化熱引起混凝土內外溫差過大，溫度梯度產生溫度應力，當溫度應力大于混凝土的抗拉強度時即產生工程實體裂縫（見圖12）。

圖12 大體積混凝土的表面開裂

控制大體積混凝土裂縫的關鍵在于控制溫度梯度。大體積混凝土施工時，應按規定進行熱工計算，在混凝土表面預留測溫孔，安排專人測溫，混凝土表面覆蓋材料的厚度，應根據溫度測定情況隨時調整。混凝土澆筑體在入模溫度基礎上的溫升值不宜大于 50℃，混凝土澆筑體里表溫差不宜大于 25℃，降溫速率不宜大于2℃/d，拆除保溫覆蓋時混凝土澆筑體表面與大氣溫差不應大于 20℃[4]。

2.2 地下室剪力墻的溫度裂縫

地下室剪力墻豎向裂縫比較常見，尤其易出現在C45 以上的混凝土墻中，且混凝土強度等級越高，產生的裂縫越多。通常每隔 1～2m 就會出現一條，裂縫寬度約 0.5mm 左右，長度通常都在墻高的中間部位，嚴重時也會貫通墻壁的全高（見圖 13）。

圖13 剪力墻上的豎向裂縫

地下室剪力墻豎向裂縫產生原因比較復雜，既有混凝土配合比的原因，也有施工上的原因，還有設計上的原因。但從裂縫原理上講，主要由兩方面原因產生：一方面，當混凝土澆筑后處于升溫階段時，根據“熱脹冷縮”的原理，混凝土體積是膨脹狀態，不會產生裂縫。然而，當混凝土進入降溫階段（約 2d 以后），混凝土開始收縮，而此時混凝土早已凝結硬化，墻體會受到基礎和兩側柱子的約束作用而產生溫度收縮應力；另一方面，施工單位往往過早地拆除模板，使混凝土又因表面失去養護，失水干燥，產生干燥收縮應力。當這兩種應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就會產生豎向裂縫。

剪力墻豎向裂縫可參考以下措施加以解決：

（1）在設計上，墻體的水平構造筋的配置宜遵照“細筋密布”的原則，水平筋的間距宜小于 150mm。如有必要，還可在主筋外側鋪加鋼絲網片，以進一步增強混凝土抗裂能力。

（2）降低混凝土的溫升（減少水泥用量、降低混凝土入模溫度、延長凝結時間等）。

（3）混凝土中應摻加合適的外加劑，以最大限度地減少收縮。比如可以摻加膨脹劑，補償混凝土的收縮；還可以摻加減縮劑，減少收縮；此外，近些年出現了一種自養護劑[3]，其可以使水泥水化體系在較長時間內保持較高的內部相對濕度，既保證了水泥水化的持續進行，又抑制了混凝土表面的早期干燥，從而顯著降低了混凝土自收縮率以及干縮率，改善混凝土內部結構，使之更加致密，避免出現干燥收縮裂縫。

（4）適當減小混凝土坍落度、分層澆筑、加強振搗，增加混凝土的密實度，以減少收縮。

（5）采用保溫效果較好的竹木模板，不應過早拆模，應使混凝土內外溫差≤20℃ 時方可拆模，且拆模后，應及時進行保濕養護，建議噴刷養護液或披掛棉氈澆水養護。

3 結語

（1）預拌混凝土的塑性裂縫和溫度裂縫是最常見的裂縫，已經成為混凝土工程的質量通病，嚴重影響著工程質量，如不及時采取有效的預防措施，將會給工程帶來嚴重的質量隱患。

（2）施工單位應根據裂縫產生的結構部位，確定產生的原因，采取不同的抗裂措施。如：沉降收縮裂縫應采取二次復振法；塑性收縮裂縫應采用原漿覆蓋養護法；大體積混凝土應控制好溫度梯度等等。

（3）對于有防水抗裂要求的混凝土結構，建議推廣應用自養護劑替代傳統的防水劑和膨脹劑，以徹底解決混凝土因失水引起的開裂問題，即混凝土凝結硬化前的塑性裂縫以及硬化后的干縮裂縫，最大限度地降低混凝土開裂風險。此外，自養護劑還可以起到降低混凝土碳化深度，提高界面光潔度和硬度，提高回彈強度，改善混凝土耐久性等作用。