塑性收缩对预拌混凝土的影响及控制措施

高雪峰 吴事勇 徐栋强

（1平阳县北港混凝土有限公司，浙江 温州 531024；2温州恒源混凝土有限公司，浙江 温州 325001；3平阳县安信混凝土有限公司，浙江 温州 531023）

自1824年英国的泥水匠阿斯谱丁发明了波特兰水泥，1849年法国园丁约瑟夫·莫尼尔制作了钢筋混凝土后，混凝土作为大宗建筑材料逐渐得到广泛应用。但由于水泥本身固有缺陷、工程技术人员对混凝土了解不深、混凝土在使用过程中操作不当会产生很多质量问题和缺陷。尤其是混凝土楼板裂缝渗水层出不穷、屡控不绝，造成业主投诉不断，有的虽不影响结构安全，却影响使用功能，楼板渗水最主要原因是混凝土产生收缩导致裂缝引起的，混凝土收缩包括塑性收缩、干燥收缩、温差收缩、化学收缩、自收缩、碳化收缩。其中混凝土塑性收缩是预拌混凝土早期楼板渗水的导火索，占主导地位。本文根据笔者多年在施工现场裂缝控制经验，从多角度阐述塑性收缩问题，尽可能减少或杜绝发生预拌混凝土早期楼板渗水这一顽疾。

1 塑性收缩形成机理及对预拌混凝土的影响

塑性收缩是指混凝土在塑性状态时由于沉降和泌水，水分上升至表面并蒸发，当蒸发速率大于泌水速率时混凝土毛细孔管道产生负压导致拉应力，而此时混凝土尚处于塑性阶段，抗拉强度基本为零，于是产生收缩应力形成裂缝的一种现象。根据Young方程：△P=2σ/R，（式中△P为附加压力；σ为液体表面张力；R为液体曲率半径。）当混凝土表面失水速率大于从混凝土内部泌水速率时，在混凝土表面及一定深度内就会出现毛细孔，从而出现凹月面，混凝土就会受到很大附加压力，而这时混凝土还未硬化，不能抵抗其拉应力，就会在薄弱部位出现裂缝。所以在混凝土塑性阶段当失水速率大于泌水速率时一定会产生裂缝，这是一种必然发生的现象，轻者出现0.4mm以下的细微裂纹，重者会发生贯穿性裂缝。在混凝土工程施工中人们比较重视干燥收缩和温差收缩，塑性收缩由于发生在混凝土凝结硬化之前也容易被人忽视，在高温、干燥、风大的恶劣天气塑性收缩最易发生，一旦发生没有采取相应的控制措施则危害很大，很多会形成贯穿性裂缝。在早期混凝土有害裂缝中塑性收缩裂缝占绝大多数，塑性收缩裂缝对预拌混凝土最重要影响是导致混凝土楼板渗水，从而影响混凝土结构耐久性和使用功能。

2 塑性收缩的影响因素

影响混凝土塑性收缩的因素有内外两种，内部因素为强度等级和水胶比、砂率及粗细集料品质、水泥水化热和胶凝材料种类与用量、外加剂品质与胶凝材料的相容性、混凝土坍落度、混凝土凝结时间，外部因素为环境温湿度、风速等。

2.1 强度等级和水胶比

混凝土强度等级越高出现塑性收缩的时间越早，裂缝数量增多，宽度和深度变大，混凝土更容易出现早期塑性开裂，从混凝土强度来说C30及其以上混凝土出现塑性收缩的机率大大增加，一般来说水胶比小于0.45时比较容易产生塑性收缩。

2.2 砂率和粗细集料的品质

砂率越大则单方混凝土砂子用量越多，配制相同强度混凝土用水量和胶凝材料更多，会增加塑性收缩开裂风险，砂子细度越细、颗粒级配不合理、含泥量高、吸水率大都会增加塑性收缩，砂子品种对混凝土塑性收缩影响大小排序为山砂＞机制砂＞海砂＞淡化砂＞河砂。石子材质、最大粒径、级配、含泥量、泥块含量等性能要符合标准要求。

2.3 水泥水化热和胶凝材料的种类与用量

水泥水化热越大对混凝土各种收缩影响都显著，水泥水化越快，水化热越高更容易出现塑性裂缝。水泥的矿物组分对水化热的影响具有明显的加和性。Woods等人在试验基础上，用最小二乘法计算了单矿物对水泥总水化热的贡献，从而得到如下水泥水化热的计算公式：1g水泥的水化热（cal）=136(C3S)+62(C2S)+200(C3A)+30(C4AF)，式中括号内符号为该矿物的百分含量[1]。从控制裂缝角度来说不宜选用C3S 和C3A含量较多和早期强度过高的水泥，一般普通硅酸盐水泥P.042.5基本能满足各方面要求，掺合料中粒化高炉矿渣粉比表面积大于500m2/kg，等级大于S95级，在低掺量≤20%以下时易出现塑性收缩，粉煤灰宜为Ⅱ级以上低钙灰，Ⅲ级及等外灰会增加胶凝材料用量，不利于塑性收缩裂缝的控制，高钙灰游离氧化钙含量偏高，存在体积安定性问题，掺量不宜过高，一般宜小于20%。

2.4 外加剂品质与胶凝材料适应性

目前市场上外加剂仍以萘系为主，但并不是单一的萘磺酸盐甲醛缩合物，一般以萘系、脂肪族、氨基磺酸盐三者复合，大部分为萘系、脂肪族复合，纯萘系外加剂气泡较多，加脂肪族后能改善其性能，聚羧酸外加剂配制混凝土其干燥收缩率最低，但塑性收缩有时却很高。从混凝土收缩机理来说，无论哪种外加剂如果与胶凝材料不相容，特别是流动性差、凝结时间短、无泌水或少量泌水时很容易出现塑性收缩裂缝。

2.5 混凝土坍落度影响

预拌混凝土坍落度小无论对强度、耐久性都非常有益，且能减少混凝土干燥收缩、化学收缩、碳化收缩，但预拌混凝土坍落度太小却加剧塑性收缩开裂机率，这与传统自拌混凝土不一样，且有这样一种现象，坍落度越小塑性收缩开裂越早、裂缝越多，这与塑性收缩性质有关，即表面水蒸发速率＞泌水速率，坍落度越小则混凝土越密实，混凝土毛细孔中游离水少，泌水速率较低，这种混凝土越应该尽早养护，混凝土坍落度大能延迟塑性收缩开裂时间，给塑性收缩裂缝控制带来充足时间，但坍落度太大则混凝土在塑性状态易沉降，表面浮浆偏多，混凝土局部表层砂浆过厚时容易开裂，此外在结构的梁、板、柱三者结合处或梁与板交接处产生沉降裂缝。尤其是泵送混凝土存在一个适宜坍落度范围，宜为140mm～180mm。

2.6 混凝土凝结时间的影响

混凝土凝结时间短时塑性收缩裂缝会提前出现，如果初凝至终凝时间发生在中午或下午高温段，此时太阳直射一天当中温度最高，较易产生大量塑性收缩裂缝，而一般早上浇筑的混凝土初凝至终凝基本都会在这一时间段，下午或傍晚浇筑混凝土一般很少出现塑性收缩裂缝，凝结时间的长短对塑性收缩影响较大。

2.7 外界环境影响

外界环境包括温度、湿度和风速，温度高、湿度低、风速大则会加重混凝土塑性收缩，施工现场环境条件对混凝土塑性收缩影响很大，其中相对湿度对混凝土塑性收缩影响更大，在有阳光照射情况下且风速低于4级，最高温度不超过15℃，平均温度小于10℃时对塑性收缩影响不明显。风速大于5m/s（4级风）时会影响塑性收缩。所以风速对混凝土塑性收缩的影响非常关键，相对湿度起决定性作用，温度高、风速大则相对湿度就低，温度、相对湿度、风速三者共同作用促进混凝土表面水分蒸发，如果混凝土表面水分的蒸发速度达到1kg/m2·h 时则必须采取适当的养护措施[2]。严格来讲相对湿度低于100%就会存在表面水分蒸发，一般当空气中相对湿度低于80%时对塑性收缩有较明显影响，80%～95%有轻微影响，95%以上基本不用采取养护措施。

3 塑性收缩的控制

根据混凝土塑性收缩的机理及其影响因素，控制塑性收缩必须从减少混凝土表面水分蒸发速率、降低混凝土毛细管压力和提高表面抗拉强度着手。这些措施包括原材料配合比的设计技术路线、混凝土的抹面方法、施工现场的湿养护、覆盖措施、选择时间段浇筑等。

3.1 原材料配合比的设计技术路线

原材料配合比的设计技术路线：正常缓凝、适量泌水、大掺量矿物掺合料、掺加阻裂纤维。首先是正常缓凝，假如将早上浇筑的混凝土初凝时间延长至傍晚或夜间将在很大程度上解决早期塑性收缩问题，特别是炎热的夏季，当然终凝时间不能超过24小时，这将有效减少夏季塑性收缩裂缝且对混凝土强度和其它性能无不利影响。其次是大掺量矿物掺合料，大掺量矿物掺合料不仅能延长混凝土的凝结时间，还能降低混凝土早期水化热、减小弹性模量、提高徐变值、增加混凝土的延性，这对于控制混凝土塑性收缩裂缝是非常有利的，矿物掺合料中常用的是粉煤灰和粒化高炉矿渣粉，在保证强度和耐久性前提下，矿物掺合料掺量尽量大一些，普通硅酸盐P.042.5水泥配制时复合掺量可为30%～40%，具体要视混凝土性能而定，矿物掺合料两者同掺时如粉煤灰是低钙灰其复合比例要大一些。再次是混凝土的适量泌水，新拌混凝土浇筑到楼板后有四种外观表现形式，一是泌水、二是浮浆在表面、三是沉降、四是塑性状态的裂纹，泌水是普通混凝土拌合物的共性，有的混凝土拌合物泌水很多，塑性裂纹很少，有的混凝土表面无任何泌水迹象，这种预拌混凝土在有风、有阳光照射条件下最容易开裂，且裂纹又深又宽又多，有的甚至大面积发生，保水性好的混凝土对干燥收缩有利，但对塑性收缩危害最大，这种混凝土塑性收缩裂缝时间会在初凝之前就会发生，混凝土泌水多能延缓塑性收缩裂缝的发生时间并可减少塑性收缩裂缝的数量。但也不是泌水越多越好，泌水太多会增加沉降收缩和毛细孔，使有害孔隙率变多，一般泌水速率大于0.5kg/m2·h且小于1.5kg/m2·h较适宜。混凝土原材料中矿渣微粉和减水剂对泌水及沉降影响较大，矿渣微粉保水性差、掺量越高泌水越大。几种减水剂对泌水和沉降的影响大小顺序为脂肪族＞萘系＞氨基磺酸盐＞木质素磺酸钙＞聚羧酸盐。还有就是掺加纤维，如钢纤维和合成纤维，钢纤维体积掺量可为0.3%～1.0%，合成纤维体积掺量可为0.1%，掺加纤维能减少塑性收缩裂缝，但不能根治此问题。

3.2 混凝土塑性状态的二次抹面方法

混凝土经振捣表面找平抹面后浮浆层在上面，密度轻的掺合料浮于上层，加上泌水表层混凝土气孔多、水胶比大、水化热小于里层，强度会低于内部，也较容易起灰、起砂。如果在初凝之后终凝之前予以人工二次抹压，将会使混凝土面层更加密实、消除表面缺陷和微裂纹。但二次抹压能否有效解决混凝土塑性收缩裂缝要视环境情况而定，传统自拌混凝土二次抹面后可将塑性裂缝处理得很好，但预拌混凝土在高温、风速大、有太阳的天气二次抹面后若不立即覆盖或洒水反而使裂缝更多、更严重。其最主要原因是混凝土二次抹压将表层水泥带上来，从而使面层水化速度加快，而气孔又已消除，毛细孔泌水速率降低，而表面水分蒸发速度是恒定的。所以在接近傍晚、阴天、风速小或有阳光天气最高温度不超过15℃时采用二次抹压对混凝土表面解决塑性收缩是有显著效果的，二次抹压对沉降收缩裂缝无论何种天气都有改善作用。

3.3 混凝土“及时而充分”的湿养护

混凝土的养护对其性能有重要影响，无论是提高强度、保证耐久性还是控制收缩都需要养护，尤其是混凝土塑性阶段的养护极易被人忽视，预拌混凝土由于原材料和配合比的变化及泵送施工方式的特点，如果不“及时而充分”加以养护其塑性收缩裂缝将比传统自拌混凝土严重得多，且极易形成贯通性裂缝。预拌混凝土湿养护的三大原则[3]：1）湿养护开始时，混凝土表面不存在泌水缺陷；2）湿养护开始时，混凝土表面不存在失水缺陷；3）湿养护过程中，混凝土表面应始终保持湿润。

湿养护最少7天，主要是前3天，最重要是浇筑当天，最关键是接近初凝到终凝这个时间段，不管用什么方式保养，都要达到表面不失水这一目的。

预拌混凝土塑性阶段必须湿养护的前提条件：1）混凝土浇筑抹面后表面无明显泌水；2）上午浇筑混凝土有阳光照射且最高温度超过15℃；3）施工现场风速大于4级。

有上述三者之一就应采取“及时而充分”的湿养护，所谓“及时”即预拌混凝土表面肉眼观察无泌水迹象或外表颜色刚开始泛白，此时必须立即采取喷雾或洒水措施，一般在混凝土初凝时间左右。可用脚踩表面有2cm～3cm脚印就应及时保湿养护，一旦错过此时间段，混凝土塑性裂缝将产生。“充分”即在初凝时间至终凝时间段混凝土表面一直保持湿润，不能缺水。混凝土湿养护工作要注意两点：一是泌水严重混凝土不宜及时湿养护，宜二次抹压后再湿养护；二是混凝土在初凝之前发生的沉降裂缝，个别薄弱部位如砂浆过厚表面可能存在的裂缝应予以封闭后再湿养护。

混凝土喷雾湿养护虽然很好，但对于大面积楼板很难用此方法也不现实，比较有操作性的还是洒水养护。洒水养护的工作要点：1）泌水较多混凝土在初凝时间一到就应立即洒水（一般混凝土表面开始泛白）；2）无泌水的混凝土由于塑性收缩裂缝大大提前，应在初凝时间之前就洒水；3）从第一次洒水开始始终保持混凝土表面湿润有水分，直到混凝土终凝完全硬化为止，所以洒水是不间断的，具体间隔时间视天气和混凝土表面水分蒸发情况而定；4）洒水后混凝土表面所踩的脚印一定要用抹刀予以抹平。

洒水养护的缺点是表面混凝土容易起皮、起砂，面层1cm处混凝土强度偏低，内部混凝土质量不受影响，此种方法基本所有塑性收缩裂缝都能得到有效控制。

3.4 覆盖养护措施

对于混凝土浇筑面，尤其是平面结构，宜边浇筑成型边采用塑料薄膜覆盖保湿[4]，混凝土经振捣初次抹面后应立即覆盖。采用塑料薄膜覆盖养护时，混凝土全部表面应覆盖严密，相互搭接不少于10cm，并应保持膜内有凝结水。混凝土采用塑料薄膜覆盖一年四季任何天气都适用，使用塑料薄膜覆盖是控制混凝土塑性收缩最好措施，但不是所有构件都适合这种方法，也不是所有浇筑部位都能取得预期效果。实际操作时薄膜覆盖措施会受到诸方面因素制约，一是泥水工人覆盖时很难做到位；二是覆盖后如果风速稍大一点局部可能会被掀掉，其效果将大打折扣；三是构件长度过大过长表面系数较大时，由于覆盖后表面混凝土温度高、水化热也快，当混凝土表面温度与环境温度差超过20℃，如果第二日揭开薄膜可能温差过大而出现横向贯通性裂缝，当楼板整体结构长度大于45m采用薄膜覆盖时一定要综合考虑环境温差、混凝土里表温差、结构钢筋布置情况。

3.5 选择时间段浇筑混凝土

塑性收缩与环境条件密切相关，在有阳光照射的炎热天气，楼板结构尽量利用下午、傍晚或夜间浇筑混凝土，这样混凝土的初凝和终凝时间会出现在夜间，塑性收缩裂缝极少。有阳光天气、最高温度低于15℃且风速小于4级时可以随时浇筑混凝土。如果是阴天要看施工现场风速是否低于4级，当高于4级风时仍然要采取湿养护。浇筑混凝土最好天气是下“毛毛细雨”的阴天，这里需要着重说明，选择时间段浇筑混凝土而不采取其它养护措施的前提是：新拌混凝土浇筑抹面后必须有泌水现象出现且凝结时间正常，否则仍然开裂。

4 结语

预拌混凝土塑性收缩由于受混凝土内外部因素影响，难免会出现一些裂缝，但只要采取适当措施控制，则可以大大减少塑性收缩裂缝的发生，尤其是贯穿性裂缝，无论是对混凝土的使用功能还是混凝土耐久性都有极其重要作用，其能有效解决预拌混凝土楼板渗水问题。本文基于这一难题，从混凝土原材料配合比配制技术路线、抹面方法、湿养护、湿覆盖及利用时间段浇筑等多方面进行控制，有的单一方法就能解决问题，有的需要组合使用才有效果。这些都需要混凝土供应单位和施工单位要充分重视、相互沟通、共同把关、密切配合，尽量把预防工作做好，并落实到位，如此才能真正控制好塑性收缩裂缝。

[1]姚燕.高性能混凝土的体积变形及裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社，2011:60.

[2]张巨松.混凝土学[M].李秋义.哈尔滨:哈尔滨工业出版社，2011:129.

[3]宋功业.现代混凝土施工技术[M].鲁平.北京:中国电力出版社，2010:270-273.

[4]冷发光.GB 50164-2011，混凝土质量控制标准[S].北京:中国建筑工业出版社，2011:20.