预制空心板混凝土裂缝的预防与处治

文 / 卢化臣

混凝土作为一种抗压不抗拉的桥梁刚性建筑材料，抗拉强度只有抗压强度的 1/10 ，其裂缝产生的原因极为复杂。要根本解决混凝土的裂缝问题，还要从裂缝的形成原因入手。正确判断和分析裂缝的成因，是有效消除裂缝的最佳途径。

1 ．裂缝的种类与成因

裂缝在预制板施工中出现的类型主要有：收缩裂缝、荷载作用下的变形缝、少数存在的温度裂缝、施工接茬缝等。

1 ． 1 收缩裂缝

在实际施工中，混凝土因收缩引起的裂缝最常见，也是成因较复杂的一种。混凝土的收缩表现为混凝土体积的减小变化。这种变化分为干缩、冷缩、塑性收缩、化学收缩和碳化收缩。干缩是指混凝土终凝后出现体积减缩的现象，是长期持久的。一般混凝土的干缩值为（ 3 － 12 ）× 10 － 4 ，如果大于时，结构受到约束，混凝土就会出现裂缝。冷缩是指水泥水化发生放热反应，升温时混凝土膨胀，从而导致混凝土冷缩，产生贯穿的结构性裂缝。塑性收缩是指混凝土处于塑性状态时产生的体积减小的现象，可导致混凝土表面开裂，这主要是由于蒸发失水或基层干燥吸湿引起的。化学减缩是指水泥水化过程中产生的化学反应而引起的收缩。碳化收缩是指由于混凝土碳化而引起的收缩，是一种特殊的化学收缩。

引起收缩的主要因素有：一是集料。集料的影响大小取决于集料在混凝土中的含量。其影响因素为骨料的粒径、级配及杂质含量。二是湿差。这是由于混凝土水分的散失发生在表面层上，当干燥以不对称的方式发生时，则可能引起翘曲，致使混凝土开裂，主要影响因素为养护的时间与方式。三是水泥品种与用量。水泥产生的水化热使混凝土产生温差，导致混凝土裂缝的产生，影响因素为水泥品种、混凝土配合比、水灰比。

1 ． 2 荷载变形缝

混凝土浇筑后，由于荷载作用其过早承受的应力超过自身强度，导致混凝土开裂。此种裂缝形式一般是贯穿性的，对混凝土的破坏性较大。

引起混凝土变形缝的因素很多，在预制构件中主要是底模发生不均匀沉降，空心板芯模抽拆过早或使混凝土受到较大的外力撞击，在混凝土上堆放杂物等。另一种是预应力构件在张拉过程中因锚下混凝土不密实或超张拉过大、偏心等引起的张拉裂缝。

1 ． 3 温度裂缝

混凝土具有热胀冷缩的性质，其温度膨胀系数一般为（ 10 － 14 ）× 10 － 6/ ℃。混凝土的温度变形对在温差较大的季节施工的混凝土结构很不利，尤其是在混凝土浇筑完成后外部温度降低的情况下，混凝土内部由于受水泥水化热的作用保持一个相对较高的温度膨胀，导致外部混凝土产生拉应力，当其超过混凝土的抗拉强度时，诱发混凝土产生裂缝。

1 ． 4 施工缝

空心板的施工缝主要出现在后张预应力板板端封锚混凝土上。原因是封锚施工时，原有的混凝土表面没有进行凿毛处理、凿毛后未清洗干净、封锚后养护不及时、封锚混凝土过早受力等，导致新旧混凝土间出现裂缝。

2 ．控制裂缝产生的预防措施

2 ． 1 原材料

加强工程前期的准备工作，严格控制原材料的选用与质量。针对现场情况，合理选择混凝土的坍落度，作好施工配合比设计。

2 ． 1 ． 1 水泥

应尽量选用低水化热的水泥。一般来说，水泥用量越大、等级越高、细度越细、早强越高，对混凝土裂缝的影响越大。因此，施工配合比设计时，应充分考虑混凝土的后期强度，尽量使用低标号水泥，减少水泥用量。不同品牌、不同标号、不同批次的水泥，不得混用。

2 ． 1 ． 2 碎石

碎石应质地坚硬、级配良好、粒径以 5 ～ 40mm 较为适宜。严格控制含泥量≤ 1% ，针片状物含量≤ 15% 。

2 ． 1 ． 2 砂

宜采用级配良好的中、粗砂，细度模数 3.0 ～ 2.3 ，级配以Ⅱ区砂为好。严格控制砂的含泥量，不得大于 3% 。

2 ． 1 ． 3 水

拌和用水宜使用生活用水，且须符合混凝土拌和用水标准。

拌和时严格控制水灰比。一般水灰比控制在 0.4 ～ 0.5 之间，混凝土坍落度控制在 30 ～ 50mm 之间。

2 ． 1 ． 5 外加剂

为减少收缩裂缝，改善混凝土性能，拌和时可掺加适量的高效减水剂。或在混凝土中掺加适量的 UFA 微膨胀剂，它可以等量替换水泥，并且产生适度膨胀，一方面保证混凝土的密实度，另一方面使混凝土内部产生压应力，以抵消混凝土中产生的部分拉应力。

2 ． 2 施工工艺

2 ． 2 ． 1 混凝土的拌和

按照施工配合比组织进料，严格控制水灰比，禁止水泥与水用量随意添减。配料计量应准确，计量设备应定期检查，同时应定期对砂石料含水量进行检测，及时调整施工配合比。

夏季高温施工一定要注意降低混凝土的温度，对露天砂石料采取覆盖降温措施。在高温时可在拌和前用冷水清洗砂石料。冬季施工则要注意防止混凝土早期冰冻。混凝土施工温度一般不宜低于 5 ℃ 。温度较低时采用热水拌和（水温不宜超过 75 ℃ ），气温低于 0 ℃ 时可对砂石料进行预热，同时要注意运输过程中的保温。

2 ． 2 ． 2 混凝土的浇筑

混凝土在运输过程中严禁加水。对于因运输离析、沁水的混凝土，要重新拌和后方可入模。

混凝土必须振捣密实。浇筑时振动棒要快插慢拔，根据不同的坍落度搭配适宜的振捣时间与振动棒间距，避免过振或漏振。提倡二次振捣，以排除气泡、沁水。

对于锚下混凝土部位，因配筋较密及波纹管的影响不易振实，可采用细振动棒或附着式振动器振动，确保锚下混凝土的密实。

浇筑时要控制混凝土的入模温度。夏季施工时尽量避开午后高温时段，温度较高时要对模板及混凝土采取遮阳、降温措施。冬季施工气温较低时，混凝土的温度往往超过允许温差，不能达到混凝土防裂要求，如果气温低于 5 ℃ ，应对模板及钢筋采取蒸汽预热等预热措施。

在浇筑完收浆后，采取二次抹面。二次抹面可有效预防收缩裂缝的产生。

2 ． 2 ． 3 混凝土的养护

在混凝土施工中，混凝土的养护，尤其是早期养护，对于混凝土的整体强度、预防干缩裂缝的产生尤为重要。在浇筑完后，应尽快覆盖和洒水养护。对于坍落度 3 ～ 5cm 的预制件混凝土，常温下 3 ～ 5 小时，夏季高温时 2 小时左右，即可洒水养护。当气温低于 5 ℃ 时应覆盖保温，并不得向混凝土面上洒水。养护时间一般为 7 天，但在相对湿度小于 60% 的干燥环境中养护时，养护时间应延长 7 天左右。有条件可搭设活动棚罩，既可防风，又可降低温差。

2 ． 2 ． 4 模板

空心板底模应设置于地质较好的地基上，并压实。当底模采用砂浆或小石子类时，厚度不宜小于 5cm ；采用钢底模时，钢板厚度不宜小于 6mm ，以防变形过大。

预制空心板芯模一般采用钢芯模或橡胶芯模。芯模的抽拆时间要控制好，拆除过早易造成混凝土坍陷，过晚则会造成拆模困难，应根据施工时的条件确定拆除时间（表 1 ）。采用橡胶芯模时要确保胶囊不漏气，并且胶囊使用过程中不得对胶囊反复充气，使混凝土承受荷载，形成裂缝。

表 1 芯模抽拔参考时间

混凝土拆模时的强度必须符合设计或施工规范要求，严禁提前拆模。拆模时不得损伤混凝土。拆模后在混凝土未达到设计强度时，不得使混凝土承受外来荷载。一般来说，在混凝土达到设计强度前，普通钢筋混凝土在承受设计荷载的 30 ～ 40% 时，就可能出现裂缝，而肉眼不易觉察。

2 ． 3 空心板的堆放与运输、安装

空心板堆放时，不得使上下面倒置，支承垫木必须在一条垂直线上，堆放点地基要牢固，避免地基沉降使垫木失去作用。垫木支承点与安装时的吊点位置必须准确，悬臂不得过长，以免空心板顶面产生拉应力，使混凝土发生断裂。

2 ． 4 钢筋

施工应严格按设计和施工规范要求控制钢筋保护层的厚度。一般来说，保护层厚度过大，混凝土容易发生裂缝；而保护层厚度过小，空心板在使用过程中钢筋易锈蚀，体积增大导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝。由于钢筋锈蚀使钢筋断面面积减小，钢筋与混凝土的握裹力降低，结构承载能力下降，导致其它形式裂缝产生。

2 ． 5 预应力筋张拉

张拉时要对称张拉，避免使构件偏心受压过大。构件在受拉区和受压区均配有预应力筋时，应分区张拉，先张拉受压区的，再张拉受拉区的。张拉时要严格控制张拉力，并应以张拉伸长值校核，避免因张拉力控制不当造成空心板裂缝的产生。

3 ．混凝土裂缝的治理

混凝土在实际施工中难免会出现裂缝，对此施工单位应加强施工管理预防和减少混凝土裂缝的产生。对于出现的裂缝应辨别其类型，是表面裂缝还是深层裂缝或贯穿裂缝。分析其形成原因，在下步施工中作出相应的预防措施，并对出现的裂缝作出有效的处治措施。

一般来说，预制空心板的表面裂缝因其对结构的承载力、耐久性和安全基本没有影响，同时一般空心板安装后上面设有现浇混凝土，裂缝可自愈，因此可不作处理。

对深层裂缝和贯穿裂缝，因其危害较大，须采取有效的处治措施。一般情况下采取环氧胶粘剂修补。环氧胶粘剂具有粘结力强、强度高、固化养护时间短等特点，成为优越的混凝土修补材料。其具体施工方法为：先对裂缝进行处理，用钢纤开凿平正而粗糙的 V 形槽（尺寸一般为宽 5cm 、深 4cm ）。嵌槽开好后，刷去石粉、松散颗粒与污垢，用水冲洗干净，然后烘干。修补时先在槽内用刷子涂上一层环氧基液，其配制比例为环氧树脂 E44 ：乙二胺：二丁脂：丙酮 =100 ： 7 ～ 8 ： 15 ： 15 ～ 20 ，厚度控制在 1mm 之内。然后在槽内回填环氧砂浆，其配制比例为环氧树脂 E42 ：间苯二胺：环氧丙烷苯基醚：聚脂树脂：石英粉：砂 =100 ： 16 ： 20 ： 30 ： 200 ： 600 ，回填要充分捣实，抹平，最后再刷一层环氧基液。石英粉和砂要清洗、过筛、烘干。裂缝采用环氧胶粘剂修补后，要进行养护固化。养护温度宜控制在 15 ～ 35 ℃之间，并且避免水侵入。

对于因张拉造成的锚下混凝土局部开裂，应将预应力筋放张，将裂缝范围内混凝土凿除，开凿形成方形槽，再用高强混凝土或环氧砂浆修补。

4 ．结语

虽然混凝土很容易出现裂缝，但大量的科学研究及工程实例都表明：只要我们在材料准备、施工工艺、混凝土养护中坚持“预防为主、处治为辅”的施工原则，精心施工，严格执行施工技术规范和设计要求，有害的裂缝还是可以避免的。

作者单位：山东省聊城市公路工程总公司