淺談C60混凝土柱表觀微裂紋

　　隨著科技的日新月異，高標(biāo)號(hào)混凝土越來越多用于施工生產(chǎn)，但高標(biāo)號(hào)混凝土表面微裂紋問題一直未能完全解決。本文通過對(duì)混凝土混凝土裂縫產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行分析，從原材料、配合比、混凝土拌制、運(yùn)輸、澆注、振搗、養(yǎng)護(hù)方面進(jìn)行控制，取得了較好的效果。

　　一、現(xiàn)場(chǎng)施工情況

　　柱子施工工序安排：框架柱混凝土施工前，將模板進(jìn)行打蠟處理，保證表面光潔，鋼筋保護(hù)層采用塑料墊塊，方柱豎向間距500mm，水平方向每邊兩個(gè)，圓柱每面5個(gè)，水平向和豎向間距為500mm，保證混凝土保護(hù)層質(zhì)量，在澆注混凝土前，派專人駐站，現(xiàn)場(chǎng)由專人負(fù)責(zé)坍落度，并嚴(yán)格控制在160±20mm范圍內(nèi)，每次澆注兩根，交叉進(jìn)行，每根柱子由四臺(tái)振動(dòng)棒進(jìn)行振搗，分層澆注，每層澆注厚度為50cm，振動(dòng)棒插入下層的深度為10cm左右，每層的振搗時(shí)間為25秒左右，澆注時(shí)間控制在1.5個(gè)小時(shí)左右，為了防止過振，在振動(dòng)棒做相應(yīng)的標(biāo)記，保證振搗質(zhì)量。

　　混凝土的養(yǎng)護(hù)，澆注前，在模板外側(cè)覆蓋塑料薄膜，包裹嚴(yán)實(shí)，澆注完成6小時(shí)后開始灑水養(yǎng)護(hù)，柱頂要有蓄水，并在模板外側(cè)灑水降溫，澆注完成48小時(shí)后拆除模板，拆模后，立即灑水養(yǎng)護(hù)，用塑料薄膜包裹嚴(yán)實(shí)，保持濕潤狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14天。

　　二、結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因分析

　　結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生的原因很復(fù)雜，根據(jù)調(diào)查資料，引起裂縫有兩大類原因，一種由外荷載（如靜、動(dòng)荷載）的直接應(yīng)力和結(jié)構(gòu)次應(yīng)力引起的裂縫，其機(jī)率約20％；一種是結(jié)構(gòu)因溫度、膨脹、收縮、徐變和不均勻沉降等因素由變形變化引起的裂縫，其機(jī)率約80％。裂縫發(fā)生與材料，設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)有關(guān)。

　　混凝土裂縫形態(tài)及分析

　　裂縫形態(tài)

　　大而不規(guī)則

　　大而有規(guī)則間距

　　細(xì)微而規(guī)則園狀

　　細(xì)微而概略出現(xiàn)在表面（垂直于風(fēng)向）

　　平行控制縫邊緣

　　沿鋼筋位置

　　混凝土表面之整片剝落

　　1、材料缺陷

　　在變形裂縫中收縮裂縫占有80％的比例，從混凝土的性質(zhì)來說大概有：

　?。?）．干燥收縮

　　研究表明，水泥加水后變成水泥硬化體，其絕對(duì)體積減小。每100克水泥水化后的化學(xué)減縮值為7～9ml，如混凝土水泥用量為350kg/m3，則形成孔縫體積約25～30升/m3之巨。這是混凝土抗拉強(qiáng)度低和極限拉伸變形小的根本原因。研究表明，每100克水泥漿體可蒸發(fā)水約6ml，如混凝土水泥用量為350kg/m3，當(dāng)混凝土在干燥條件下，則蒸發(fā)水量達(dá)21升/m3。毛細(xì)孔縫中水逸出產(chǎn)生毛細(xì)壓力，使混凝土產(chǎn)生“毛細(xì)收縮”。由此引起水泥砂漿的干縮值為0.1～0.2％；混凝土的干縮值為0.04～0.06％。而混凝土的極限拉伸值只有0.01～0.02％，故易引起干縮裂縫。

　?。?）．溫差收縮

　　水泥水化是個(gè)放熱過程，其水化熱為165～250焦?fàn)?克，隨混凝土水泥用量提高，其絕熱溫升可達(dá)50～80℃。研究表明，當(dāng)混凝土內(nèi)外溫差10℃時(shí)，產(chǎn)生的冷縮值εc=△T／α=10/1×10-5=0.01%，如溫差為20～30℃時(shí)，其冷縮值為0.02～0.03％，當(dāng)其大于混凝土的極限拉伸值時(shí)，則引起結(jié)構(gòu)開裂。

　?。?）．塑性收縮

　　混凝土初凝之前出現(xiàn)泌水和水份急劇蒸發(fā)，引起失水收縮，此時(shí)骨料與水泥之間也產(chǎn)生不均勻的沉縮變形，它發(fā)生在混凝土終凝之前的塑性階段，故稱為塑性收縮。其收縮量可達(dá)1％左右。在混凝土表面上，特別在抹壓不及時(shí)和養(yǎng)護(hù)不良的部位出現(xiàn)龜裂，寬度達(dá)1～2mm，屬表面裂縫。水灰比過大，水泥用量大，外加劑保水性差，粗骨料少，振搗不良，環(huán)境溫度高，表面失水大等都能導(dǎo)致混凝土塑性收縮而發(fā)生表面開裂現(xiàn)象。

　?。?）．自生收縮[Page]

　　密封的混凝土內(nèi)部相對(duì)濕度隨水泥水化的進(jìn)展而降低，稱為自干燥。自干燥造成毛細(xì)孔中的水分不飽和而產(chǎn)生負(fù)壓，因而引起混凝土的自生收縮。高強(qiáng)度混凝土自收縮過程開始于水化速率處于高潮階段的頭幾天，濕度梯度首先引發(fā)表面裂縫，隨后引發(fā)內(nèi)部微裂縫，若混凝土變形受到約束，則進(jìn)一步產(chǎn)生收縮裂縫。這是高標(biāo)號(hào)混凝土容易開裂的主要原因之一。

　?。?）．減水劑的影響

　　商品混凝土澆筑的結(jié)構(gòu)開裂機(jī)率大與減水劑帶來負(fù)面影響有關(guān)

　　以上是從水泥混凝土物理化學(xué)特性分析其各種收縮現(xiàn)象，早期塑性收縮會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)表面裂縫，混凝土進(jìn)入硬化階段后，混凝土水化熱使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫差收縮和干燥收縮（包括自干收縮），這是誘發(fā)裂縫的主要原因。

　　2、施工管理問題

　　混凝土配合比設(shè)計(jì)是否科學(xué)合理，水泥與外加劑是否相適應(yīng)，砂石級(jí)配及其含泥量是否符合規(guī)范要求，混凝土坍落度控制是否合理，這些都影響到混凝土的質(zhì)量及其收縮變形。

　　混凝土澆筑震搗不均勻密實(shí)，會(huì)帶來結(jié)構(gòu)開裂的后患；過震則使浮漿過厚，抹壓又不及時(shí)，則混凝土表面出現(xiàn)塑性裂縫，十分難看。

　　拆摸板過早（1～3d），混凝土水化熱正處于高峰，內(nèi)外溫差最大；混凝土易“感冒”開裂。

　　混凝土養(yǎng)護(hù)十分重要，柱的保溫保濕養(yǎng)護(hù)不到位，容易產(chǎn)生收縮裂縫。新澆混凝土濕度很大，但由于吹風(fēng)影響，加速了混凝土水分蒸發(fā)速度，亦即增加干縮速度，容易引起早期表面裂縫，風(fēng)速對(duì)水分蒸發(fā)速度的影響下表。

　　風(fēng)速(m/s) 0　　8　　16

　　三、C60框架柱表面微裂紋分析

　　在奧林匹克公園車站框架柱施工開始截止4月25日，拆除模板后，柱子表面出現(xiàn)了不同程度的微小裂縫，影響了混凝土的外觀質(zhì)量，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢查地下二層3月1日澆注的E30柱質(zhì)量較差、3月8日澆注的W30、W31柱質(zhì)量較好。4月13日澆注的地下一層IE22柱表觀質(zhì)量相對(duì)較差、4月22日澆注的地下一層IW20、IW21表觀質(zhì)量相對(duì)較好，原因分析如下：

　　1、原材料及混凝土方面分析：

　　混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

　?。?）、水泥

　?、?、水泥安定性不合格，水泥中游離的氧化鈣含量超標(biāo)。氧化鈣在凝結(jié)過程中水化很慢，在水泥混凝土凝結(jié)后仍然繼續(xù)起水化作用，可破壞已硬化的水泥石，使混凝土抗拉強(qiáng)度下降。

　?、凇⑺喑鰪S時(shí)強(qiáng)度不足，水泥受潮或過期，可能使混凝土強(qiáng)度不足，從而導(dǎo)致混凝土開裂。

　?、?、當(dāng)水泥含堿量較高（例如超過0.6%），同時(shí)又使用含有堿活性的骨料，可能導(dǎo)致堿骨料反應(yīng)。

　　2、砂、石骨料

　　砂石的粒徑、級(jí)配、雜質(zhì)含量。

　　砂石粒徑太小、級(jí)配不良、空隙率大，將導(dǎo)致水泥和拌和水用量加大，影響混凝土的強(qiáng)度，使混凝土收縮加大，如果使用超出規(guī)定的特細(xì)砂，后果更嚴(yán)重。砂石中云母的含量較高，將削弱水泥與骨料的粘結(jié)力，降低混凝土強(qiáng)度。砂石中含泥量高，不僅將造成水泥和拌和水用量加大，而且還降低混凝土強(qiáng)度和抗凍性、抗?jié)B性。砂石中有機(jī)質(zhì)和輕物質(zhì)過多，將延緩水泥的硬化過程，降低混凝土強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度。砂石中硫化物可與水泥中的鋁酸三鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，體積膨脹2.5倍。

　　（3）、混凝土現(xiàn)場(chǎng)坍落度相對(duì)過大；

　?。?）、所用泵送混凝土，為保證混凝土的流動(dòng)性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，導(dǎo)致混凝土凝結(jié)硬化時(shí)收縮量增加，使得混凝土柱表面出現(xiàn)不規(guī)則裂縫。

　　3、施工工藝

　　在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑過程中，若施工工藝不合理、施工質(zhì)量低劣，容易產(chǎn)生縱向的、橫向的、斜向的、豎向的、水平的、表面的、深進(jìn)的和貫穿的各種裂縫。

　?。?）、混凝土澆筑過快，混凝土流動(dòng)性較低，在硬化前因混凝土沉實(shí)不足，硬化后沉實(shí)過大，容易在澆筑數(shù)小時(shí)后發(fā)生裂縫，既塑性收縮裂縫。[Page]

　?。?）、混凝土初期養(yǎng)護(hù)時(shí)急劇干燥，使得混凝土與大氣接觸的表面上出現(xiàn)不規(guī)則的 收縮裂縫。

　?。?）、施工時(shí)拆模過早，混凝土強(qiáng)度不足，使得構(gòu)件在自重或施工荷載作用下產(chǎn)生裂縫。

　?。?）、現(xiàn)場(chǎng)柱模打磨不精細(xì)也可能造成混凝土表面微裂紋。

　　4、其它原因

　?。?）、北京地區(qū)初春風(fēng)大，水分蒸發(fā)過快；

　?。?）、初春季節(jié)早晚溫差較大，C60混凝土水化熱過大，養(yǎng)護(hù)時(shí)間掌握不好內(nèi)外溫差較大，混凝土表面容易形成微裂紋；

　　通過對(duì)原因的分析，制定了以下控制措施：

　?、賹?duì)模板進(jìn)行打磨處理，保證表面光潔，模板由涂刷隔離劑改為打蠟處理。

　?、谠诨炷翝沧⒑?，將模板用浸透的草簾或棉被包裹嚴(yán)實(shí)，防止水分散發(fā)，保證養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

　?、墼谠炷僚浔鹊幕A(chǔ)上，適當(dāng)減少水泥用量，并嚴(yán)格控制混凝土坍落度（≤160mm）。

　?、茉跐沧⑼瓿?小時(shí)后開始養(yǎng)護(hù),并要時(shí)刻保持草簾或棉被的濕潤。

　　⑤適當(dāng)延長拆模時(shí)間，即在澆注完成48小時(shí)后拆模。

　?、掎槍?duì)螺旋狀的裂紋應(yīng)嚴(yán)格控制箍筋的保護(hù)層厚度，加密墊塊；并保證箍筋的纏繞質(zhì)量。

　　在加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)控制措施的同時(shí)，聯(lián)系攪拌站對(duì)混凝土摻和料進(jìn)行了調(diào)整，在4月20日施工IW24、IE24柱子時(shí)，加入了一定量的聚羧酸外加劑，拆除模板后，表面質(zhì)量有所改觀。在養(yǎng)護(hù)數(shù)天后，表面裂紋明顯減少。

　　根據(jù)以上措施，在柱子施工的各個(gè)工序和環(huán)節(jié)上都采取了加強(qiáng)措施，通過精心養(yǎng)護(hù)，C60混凝土立柱表面裂紋現(xiàn)象徹底消除。

　　四、結(jié)束語

　　高強(qiáng)混凝土表面微裂是一種常見的表面外觀質(zhì)量問題，雖對(duì)工程實(shí)體質(zhì)量沒有較大的問題，但從長遠(yuǎn)的角度來分析，對(duì)使用壽命和安全也有一定的影響。通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)C60混凝土立柱的實(shí)例進(jìn)行分析，采用科學(xué)的態(tài)度，經(jīng)過對(duì)裂紋產(chǎn)生的機(jī)理進(jìn)行多次分析討論，不斷改進(jìn)施工措施，徹底消除了混凝土微裂紋，框架柱的施工質(zhì)量及外觀達(dá)到一流水平，受到多次好評(píng)。