1、- 1 -防治泵送预拌混凝土裂缝的探讨韩 秉 刚绪 论泵送型预拌混凝土比塑性混凝土更具有砂率高、单方量用水量的特点，在防治混凝土裂缝方面更加困难。从理论上讲杜绝混凝土裂缝的发生是不科学的，混凝土产生裂缝的成因极为复杂。多年来国内外专家、学者、工程技术人员从理论上、材料上、施工管理方面做了大量的论证和探索。笔者长期从事混凝土技术工作和工程实践，在防治泵送预拌混凝土裂缝方面获得一点心得体会，即从结构、施工材料的实际情况出发，针对混凝土工程部位的特点，合理设计配合比，与设计、施工方紧密合作，完全可以杜绝有害裂缝的发生，大量减少一般性可见裂缝，有利于提高混凝土结构的耐久性。混凝土是由水泥、水、砂子、石
2、子、矿物掺合料、化学外加剂等组分按一定比例配制的人工石，是一种廉价、易得、容易成型的建筑材料。在科学技术迅速发展的今天，可以预测，在相当长的时期内，混凝土仍有广阔的市场。首都二十多年来的城市建设，培育了商品混凝土行业的迅速发展，目前本市商品混凝土使用量已达 5000 万 m3/年。但是随着多年的砂、石采挖和城市环保的要求，目前搅拌站很难获得优质材料。材料的劣化（特别是天然砂）已经形成趋势。尽管泵送混凝土技术不断完善，新材料、新技术不断应用，但是混凝土裂缝问题却更为突出和普遍。混凝土裂缝是与生俱来的，已被人们普遍接受的材料特性。但过多的可见裂缝给外界有害介质进入混凝土内部提供了通道，降低了混凝土
3、对钢筋的保护作用，影响了混凝土结构的耐久性，同时会使人们对结构的安全性产生怀疑。因此，探讨有效防治混凝土裂缝的对策和控制方法，对防治混凝土有害裂缝、减少可见裂缝数量、提高混凝土结构的耐久性有着重要意义。结合多年的工作经验，从大流动性预拌混凝土的配制、施工、养护的角度讨论混凝土裂缝产生的成因和控制方法。一、 泵送预拌混凝土容易产生更多的裂缝泵送预拌混凝土与塑性混凝土材料特性是一致的，只是具有更大的流动性，单方用水量偏大，混凝土内部更不容易致密，因考虑气候、运输时间、泵送方式的要求，混凝土出机坍- 2 -落度一般控制在 200220mm，砂率较塑性混凝土一般提高 57%，由于目前砂子质量较差（从筛
4、分看，两头的配级多） ，为了满足泵送要求和设计强度的要求，在实际生产中，不得不通过提高砂率和胶凝材料来满足混凝土和易性的要求。普通混凝土的单方混凝土的粗骨料用量偏低，浆体比例过高，使得混凝土的收缩率增大，所以大流动性混凝土比现场搅拌的塑性混凝土更容易产生裂缝，而且控制的难度更大。在实际工程中，混凝土产生裂缝的原因是多种多样的，有因干燥收缩产生的变形、温度升降产生的变形、由于结构配筋率过大混凝土内部应力不均匀造成的裂缝、混凝土早期失水造成的混凝土表里收缩差值、施工扰动等等因素，或多种因素交替影响，成因十分复杂。（一）混凝土自身产生裂缝的因素主要有以下几个方面：1、从国内外研究结果可以认为：满足水
5、泥水化的 w/c 约 0.20 左右，因为满足工艺和不同混凝土强度等级需要，施工用普通混凝土的 w/c 一般在 0.300.75 之间，即就预拌混凝土中水泥和水、化学外加剂发生一系列化学、物理的反应之后，所生成的水化产物的体积小于消耗的水泥和水的体积。超出水泥水化需要的水，在混凝土中以自由水和毛细管水的形成存在，自由水的蒸发在混凝土内部形成水隙，毛细管水的蒸发会造成混凝土体积收缩，为混凝土体积变形提供了客观条件。2、水泥水化反应的影响：水泥的水化反应是水化放热的过程，混凝土内部大量的水化热促使混凝土体积膨胀，水泥水化放慢，混凝土进一步樱花。降温形成混凝土体积收缩，降温时混凝土表面（特别是气温降
6、低时） ，降温速度高于混凝土内部，形成混凝土表面收缩膣的差异，当单方混凝土中水泥用量过高，水泥 C3A 含量过高或水泥初凝时间与终凝时间间隔小时，所配制的混凝土更为明显。3、水化成分的影响：熟料中过火石所含 CaO、mgO 及过量的石膏，由于它们较其它成分反应滞后，会引起混凝土体积的不稳定性。4、化学外加剂使用不当、矿物掺合料质量不稳定（高钙灰） 、高碱集料反应等对混凝土产生裂缝都有一定的影响。5、泵送预拌混凝土由于市场竞争激烈，供应半径较大，交通拥堵情况严重，运输时间难以控制，一般采取提高出机混凝土坍落度，加大外加剂掺量来保证现场施工坍落度。高砂率、高浆体的混凝土，浇筑墙、楼板等部位极易裂缝
7、。（二） 、从混凝土结构施工方面分析：- 3 -目前施工的混凝土工程的配筋率较高，钢筋直径大、密度高，架力筋粗而稀（温度筋） ，不留施工缝的长墙较多。为满足施工要求，配制混凝土的石子一般在规格以下。因砂子质量劣化的因素，使混凝土普遍存在高砂率、高胶结料总量、大坍落度的特点，一旦外加剂掺量偏大或与水泥适应性略差，混凝土浇筑振捣后粗骨料下沉，极易在构件上部形成浮浆层，出现收缩裂缝。浇筑竖向结构，由于担心混凝土表观质量，过振和振捣棒误振钢筋的机率较大，在振捣器与传递到钢筋的振动频率的互动下，使钢筋外皮至模板之间的混凝土保护层中几乎没有骨料的存在，而是含化学外加剂较多的胶凝材料中的质量较轻的物质居多的
8、砂浆，形成线形薄弱区域，当拆模过早时，温湿度发生了显著的变化，使混凝土内外发生不均匀收缩，在墙体应力较大的钢筋处极易产生裂缝，而且裂缝深度可达钢筋表面。钢筋混凝土独立柱不规则裂缝的情况也出现过，据观察，大多数情况下，钢筋焊接成型后，垂直度偏差过大，合模后，用垫块校正，混凝土浇筑后拆模早，由于混凝土强度届时较低，钢筋位置复原产生的应力造成混凝土裂缝。（三）养护环境对混凝土的影响1、温湿度对混凝土的影响：混凝土浇筑后具有热胀冷缩和湿胀干缩的特性。混凝土早期养护对混凝土表观质量及强度发展是至关重要的。由于基建规模大，为了抢工期或加快模板周转而过早拆模的现象极为普遍。而泵送预拌混凝土为保证运输时间和泵
9、送工艺的要求，为了减少混凝土坍落度损失，使用缓凝组分的复合型泵送剂，硬化的时间适当推迟，拆模过早（甚至混凝土刚开始硬化便拆模） ，使混凝土直接暴露在自然条件下，特别是墙体难以采取有效养护措施，造成混凝土由表向里形成梯形失水，外缩内胀，加之拆模时，施工扰动的影响是裂缝产生的高发部位。2、为解决墙体混凝土收缩应力，设计上一般要求混凝土中掺加膨胀剂，理论上是对的，但实际施工中根本无法达到膨胀混凝土的湿养护条件，个别工程出现过膨胀剂掺量越高，裂缝情况越严重的现象。以上从混凝土本身的特点和实际施工存在的一些现象讨论了泵送预拌混凝土产生裂缝的原因。由此可见，在工程中影响因素很多，完全杜绝裂缝的产生是不可能
10、的。但是通过总结工程实践经验，科学的配制，积极研发新技术，应用新材料，加强施工工艺的管理和混凝土养护，是可以防止混凝土有害裂缝的产生，减少和控制一般可见裂缝的数量，提高混凝土工程质量。- 4 -二、 泵送预拌混凝土预防和控制裂缝的做法裂缝对混凝土结构物耐久性带来的危害是显而易见的。特别是对清水混凝土（无装饰面），裂缝为外部有害介质进入混凝土内部提供了通道，增加了混凝土的碳化深度，消弱了钢筋的碱保护，CO 2酸性物质的侵入容易引起钢筋锈蚀的发生，影响混凝土结构的耐久性，应给予足够的重视。泵送预拌混凝土广泛的应用，为加快建设速度发挥了重要的作用，如何采用对策根据工程部分的特点，提出一些针对性的措施
11、，控制混凝土裂缝的产生，是我们从业技术人员共同关心的问题，本人根据工作经验提出以下技术措施：（一）原材料使用上应注意以下几点：1、水泥：（1）泵送预拌混凝土尽量避免使用 C3A 含量高的水泥，C 3A 含量高的水泥早期强度增长快，水化热高，不宜用于大体积混凝土。当无法选择时，应采用双掺技术（矿粉、粉煤灰） ，同时采用缓凝型泵送剂控制混凝土坍落度损失，降低水化热峰值。（2）水泥的初凝时间最好大于 2 小时，而初凝时间与终凝时间差值大于 1.5 小时为宜，在选择同品种、同规格的水泥时，在实际强度试验结果相似时，最好使用标稠用水量少的。在配制相同坍落度的混凝土单方用水量低，或者在 w/c 相同的情况
12、下，混凝土坍落度会大一些。（3）搅拌站根据生产任务量做好一定的水泥储备，进厂温度过高的水泥混凝土外加剂很难达到正常的指标，即使浇筑了混凝土，其水化热也很猛，容易产生裂缝。2、砂子：市场上自然砂的质量普遍不好，进场验收时，应把好风化砂和含泥量高的进场关，逐步使用棒磨工艺生产的人工砂，或人工砂与细砂按比例分计计量使用。3、石子：选用粒型好、级配合格、空隙小的石子，严格控制软弱颗粒、针片状的比例及碎石中的石粉含量，有设备能力、场地条件允许的搅拌站，可以采用粒形好的两种规格单粒级石子通过获得最大容重的方法进行分计计量二级配，可获得较小的空隙率，有利于降低砂率。4、矿物掺合料：粉煤灰、矿粉、硅灰等根据工
13、程的强度等级要求和部位特点选择矿物掺合料的质量。尽量选择高质量的掺合料，有利于最大限度地降低水泥用量。实践证明，双种及双种以上的掺合料复配效果有利于降低混凝土的质量波动，发挥性能的叠力效应。5、化学外加剂：除了按批量进行必试项目检测外，注意做好外加剂对水泥的适用性试验。当砂、石含泥量较低时，配制高强混凝土或自密实混凝土采用聚羧酸外加剂效果好于奈- 5 -系外加剂。（二）混凝土配合比设计应注意的几点：1、配合大体积混凝土要把降低水化热峰值与体积稳定性放在第一位，把保强度指标放在第二位的技术思路（1）配制 C40 以上强度等级的大体积混凝土，尽量选择高强度等级、低水化热的水泥及优质掺合料。减少水泥
14、用量，有利于降低水化热总量。采用超缓凝外加剂，降低水化热峰值，控制混凝土坍落度，减少浮浆厚度。混凝土的初终凝时间视底板的厚度而定，例如航华工程底板厚度为 2.8m，局部为 5.6m，混凝土强度等级为 C40，贯入阻力测定：初凝为 19h，终凝为 23h，工程效果很好。（2）配制 C35 以下强度等级的大体积混凝土底板，由于不存在碳化方面的因素，视强度等级及验收龄期，可采用大掺量级粉煤灰，质量和经济上均效果很好。（3）配制一次性浇筑且不设后浇带的底板混凝土宜采用掺硫铝酸钙膨胀剂。膨胀剂应选用水 7d 膨胀率0.020%，水 7d 转空气 28d 膨胀率增长不快的膨胀剂（胶砂检测） ，以期达到补偿
15、收缩、阻塞毛细管、提高混凝土自应力的效果。规范要求混凝土水 14d 约束膨胀率控制在0.015%。（4）大体积混凝土冬季施工，只要砂、石没有冻块即可，不必热水搅拌。10以下拌合物浇筑的混凝土，有利于减少混凝土与外界的温差（注意同条件试块置于整体覆盖以下，为求反映混凝土的真实情况） 。（5）为了防止大体积底板出现过厚的浮浆，混凝土的胶凝材料总量视试配情况而定。C45 以下强度等级混凝土一般控制在 400460kg/m 3为宜。（6）底板混凝土抑制裂缝除了在配合比设计上采取上述措施外，施工方法措施和养护也极为重要。大体积混凝土浮浆较多，浇捣搓平后，及时覆盖双层塑料布（冬季施工在塑料布上采取保温措施
16、） ，待混凝土表面接近终凝时搓平。掌握“搓面”的时间很重要，过早施工扰动会造成网状裂纹，过晚水纹无法处理。及时覆盖养护，在混凝土表面与塑料之间形成了与结构物温度相当的湿养子小气候，有效减少温湿差异。多年工程实践证明这种方法对防止混凝土裂缝很有利。（三）墙体施工也是混凝土工程中裂缝产生较多的部位。- 6 -地下室墙体较上部结构配筋率高，混凝土强度等级也高，设计上从抗渗角度要求混凝土掺加膨胀剂，希望达到补偿收缩、防裂的效果。但是，工程实践的效果并不理想。许多情况下膨胀剂掺入量提高，反而出现裂缝情况更明显（裂缝宽度一般为 0.050.15mm） ，放置一段时间后观察，裂缝的数量增加，而裂缝的宽度减小
17、。工程上广泛采用的硫铝酸钙膨胀剂，膨胀结晶体钙钒石（C 3A.3CaSO4.32H20）生成需要水。补偿收缩混凝土浇筑后 17d 湿养护，才能发挥混凝土的膨胀效应，墙体为立面结构，受外界温湿度影响较大，在混凝土早期水化热升温最高不宜拆模，夏季拆模应不少于 3d，冬季不少于 14d。目前施工控制拆模时为1224 小时，远远不能满足补偿收缩混凝土的养护条件，所以，混凝土掺加膨胀剂配制补偿收缩混凝土难以达到设计效果。可以尝试通过降低水化热、增加混凝土密度、提高混凝土体积稳定性的思路，实践中配制墙体混凝土采取以下方法：1、对抗渗要求等级P12 的混凝土，采用高强度等级水泥，采用矿粉、粉煤灰双掺技术，掺
18、加混凝土密实剂、泵送剂，控制单方混凝土用水量，混凝土含气量控制在 33.5%范围内，在满足设计强度等级的前提下减少用水量，注意外裸结构粉煤灰掺量不宜过大（粉煤灰掺量过大，会加大碳化深度） 。2、配制 C55 以上强度的竖向结构，特别是一次浇注的超高墙、柱，由于钢筋的密度大，施工较困难，一旦出现外加剂掺量偏高或坍落度过大的容易产生混凝土分层、浮浆，拆模后裂缝易产生等缺陷。宜在控制砂、石含泥量的条件下，采用聚羧酸外加剂，可有效提高混凝土的匀质性，减少裂缝发生，保证质量。3、当设计坚持采用膨胀剂时，结构其架力筋（温度筋）应按细而密的原则配制。搅拌站应选用对膨胀剂性能熟悉、质量稳定的品种和厂家，除了按
19、规定做好膨胀剂进场批次检测，应按实际混凝土施工配合比做混凝土胀缩值，确定最佳掺量。4、搅拌站控制好到场混凝土坍落度，尽量避免现场调整坍落度。5、施工方应注意合理安排工期，避免因拆模过早影响混凝土表观质量及施工扰动对混凝土结构的不利影响。为了提高混凝土浇筑质量，减少表观气泡多等现象，施工中英避免漏振、过振及振钢筋的误操作，坚持混凝土复振操作要求，两次振捣的间隔视混凝土坍落度大小而定，一般控制在 30 分钟左右。为了直接观察不同掺合料、坍落度混凝土在振捣棒高频作用下的物理形态，用 30mm 厚的有机玻璃与小钢模（有机玻璃对面放置） ，组成若干套 500300900(mm)柱形模具。采用拟配强度 C
20、40 混凝土，坍落度 140mm 和 180mm 两种，掺合料选用级粉煤灰、- 7 -级粉煤灰3%膨胀剂（按水泥重量计算） 、掺沸石粉。拆模时间定为 24 小时。目的：（1）观察不同掺合料配制的混凝土在高频振捣时的状态；（2）不同混凝土坍落度振捣时的区别；（3）不同掺合料对混凝土表观颜色的一致性；（4）观察试件上部浮浆在不覆盖的自然条件养护下产生的收缩裂纹的情况。观察结果：1、振捣棒在混凝土中工作时，振捣棒前段部位约 100mm 范围内，棒侧 30-50mm，端头下部 50-70mm 之内为干净水，向外为充分液化的混浊的液体（距棒越远颜色越深）。不同掺合料、不同坍落度在高频振捣下没有什么区别，
21、看不到混凝土粘稠状态；2、当混凝土临近失去流动性时（目测坍落度为 30mm 以下） ，进行复振的试件混凝土表观密度、气泡等均好于一次振捣，颜色一致性也较好；3、不同掺合料配制混凝土试件上部浮浆收缩裂缝的情况， （浮浆厚度约 10mm）基准混凝土裂缝宽度 Bmax=0.2mm 典型的收缩开裂；次之为掺级粉煤灰的混凝土，裂缝形状与基准试件相似，但裂缝宽度较均匀，max=0.15；混凝土中掺入粉煤灰+膨胀剂复合掺合料浮浆收缩裂缝的宽度小和数量少，好于前两种；混凝土中掺入沸石粉，其浮浆表面只有 2 条，30-50mm 长的不规则微裂缝。从上述观察试验可以认为，重视混凝土振捣工序对提高混凝土结构质量表观
22、质量至关重要。过振，振捣棒振钢筋或距离接近，对混凝土表面 10-20mm 的密度没有好处，对防治开裂是不利的。沸石粉作为混凝土掺合料用于比表面积大的构件，并加以正确的养护，对减少裂缝现象优于其它掺合料。大流动性混凝土预防控制裂缝，需要搅拌站供应方与施工方的紧密配合。从原材的选择、配合比设计、试配、搅拌、运输泵送、浇注振捣、拆模养护等各道工序有机联系在一起，做到：针对不同工程技术要求的特点兼顾耐久性指标制备混凝土。即往高性能方向发展，在满足施工要求的前提下，尽量降低坍落度和砂率，提高粗骨料用量的比率。每 m3混凝土石子用量以不低于 1100kg 为宜，有利于提高混凝土弹性模量，施工中注意振捣、拆模、养护工序的预案制定和落实。今后应加强化学外加剂对混凝土收缩影响的试验研究，进一步提高混凝土质量，减少裂缝的产生保证混凝土结构物的耐久性，使泵送预拌混凝土技术不断进步。（作者单位：物资公司总工程师，高级工程师职称）
