一
概述
混凝土凝結硬化的過程也是其缺陷形成的過程。在水泥石中間、水泥石和集料的界面中間就已經處處充滿了微裂縫，而集料中也可能存在微裂縫，可以說“混凝土有裂縫是絕對的，無裂縫是相對的”。裂縫是固體材料中的某種不連續現象，是材料的一種缺陷，在某種程度上是人們可以接受的一種材料特徵。這些在混凝土塑性階段產生的原生裂縫是混凝土耐久性的隱患。混凝土裂縫問題是混凝土工程中帶有一定普遍性的技術問題。不少混凝土整體結構的損壞往往是微觀裂縫發展、延伸、貫穿的結果。混凝土裂縫的存在可能使混凝土結構構件承載能力降低，撓度增大，同時它也是侵蝕性介質向混凝土基體滲透，遷移的通道，嚴重影響混凝土結構的耐久性。因此裂縫形成機理及裂縫防治研究一直以來是混凝土工程領域的重要研究課題。
商品混凝土係指由水泥、集料、水以及根據需要摻入的外加劑和摻合料等組分按一定的比例，在攪拌站(樓)經計量、拌制後出售的，並採用運輸車、在規定時間內運至使用地點的混凝土拌合物,亦稱預拌混凝土。隨著商品混凝土在建築工程上的廣泛應用，混凝土的開裂問題越來越受到人們的關注。使用單位普遍認為，與現拌混凝土相比，商品混凝土較容易出現裂縫。本節就商品混凝土產生早期裂縫的原因進行分析和探討，同時建議採取針對性的措施防治和控制混凝土裂縫。
商品混凝土一般是高流態混凝土，以其快速高效、質量穩定、供應量大和不佔用施工現場等特點得到了廣泛的應用，但它的高流動性和可泵性也產生了一些負面作用，如：
（1）膠凝材料用量增加：膠凝材料在凝結硬化過程中體積要縮小，通常收縮率為萬分之三。混凝土在硬化過程中的抗拉能力及鋼筋與混凝土之間的握裹力均抵抗不了膠凝材料的收縮。所以，膠凝材料用量的增加也增大了裂縫出現的幾率；
（2）砂率增加：一般高流態混凝土的砂率都在40％以上且集料粒徑減小，這是混凝土泵送的要求。由於細集料的增多，減弱了混凝土之間的連接，裂縫的機會增多了；
（3）坍落度大：高流態混凝土的坍落度一般都在180mm 以上，對於許多高層建築，坍落度甚至要超過 240mm。施工中發現，坍落度大、流動性大的混凝土比坍落度小、流動性小的混凝土更易出現裂縫。
（4）外加劑：商品混凝土中普遍摻有外加劑（減水劑、緩凝劑、保塑劑、防水劑等）。一般認為在混凝土中摻入適量的外加劑能減少單位用水量、減少水泥用量，使混凝土的收縮值降低，有利於減少裂縫。但最近的研究表明，在水泥用量和坍落度保持不變的前提下，市場上有近一半的外加劑（包括高效減水劑和各種防水劑）所配製混凝土的28d收縮率大於基準混凝土，最大的收縮率已接近於基準混凝土的1.5倍，而且質量波動非常大。外加劑的摻用可能是導致商品混凝土裂縫的重要原因。
與普通混凝土相比起來，商品混凝土的收縮及水化熱增加。當混凝土構件受到外界約束時，就會產生較大的收縮應力，當其超過混凝土抗拉強度時，混凝土就會產生裂縫，尤其是在高層建築地下室牆板等大體積混凝土構件中，當地下水位較高時，還會引起滲漏等問題。
由於這些特點，使商品混凝土出現開裂的可能性增大。再加上使用單位沒有注意到這些特性變化，仍然以過去的經驗來對商品混凝土結構進行配筋、施工和養護，這是商品混凝土普遍產生裂縫的最根本原因。
商品混凝土裂縫多發生在早期（一般發生在三天以前），這時大多數構築物還沒有承受荷載。商品混凝土成型後出現的早期裂縫，主要是由於混凝土在凝結和硬化過程中產生的收縮變形引起的。其中收縮可分為五大類：塑性收縮、乾燥收縮、自收縮、熱收縮和碳化收縮。其中前四種收縮對商品混凝土早期裂縫影響較大。
典型的商品混凝土早期裂縫有：
(1)大面積樓板產生的裂縫。一般發生在混凝土初凝前後，多發生在梁板交界處、厚度突變處和梁板鋼筋上部，春夏和夏秋季節轉換時最容易發生；
(2)大體積混凝土溫度裂縫；
(3)地下室外牆裂縫。裂縫非常有規律，即在牆體長度方向等間距分佈的垂直裂縫，裂縫寬度呈現橄欖狀（中間寬，兩頭小）一般為貫穿性裂縫，且大多在拆模前就已形成；
(4)高速公路路面或高架橋面板成型後出現不規則的表面裂縫（縱向、橫向等概率分佈）。
二
商品混凝土早期裂縫成因分析
（一）結構設計方面的原因
商品混凝土在施工中出現開裂，人們往往把責任推向商品混凝土供應商和施工單位，而忽略了設計單位也有可能要負一定的責任。由於安全係數取得過高，而導致配筋過密、過粗，甚至出現結構設計不合理，從而導致混凝土的開裂。因此要避免商品混凝土在施工中出現危害裂縫，需要設計單位、施工單位、商品混凝土供應商三方面共同努力。
1.結構溫度伸縮縫間距
根據《混凝土結構設計規範》(GBJ10)，為避免結構由於溫度收縮應力引起的開裂，採取永久式伸縮的方法，伸縮縫允許間距為0m～55m(室內或土中長牆、剪力牆結構及框架結構)，露天條件下為20m～35m。規範的附註中又明確指出：如有充分依據和可靠措施時，上述規定可以增減。其他有關的規程中還有允許採用“後澆帶”取代伸縮縫的辦法。
2.構造配筋
設計時注意構造配筋十分重要，它對結構抗裂影響很大。但目前國內外對此都不夠重視。對連續式板不宜採用分離式配筋，應採用上下兩層(包括受壓區) 連續式配筋；對轉角處的樓板(受雙向約束較大)宜配上下兩層放射筋，孔洞位置配加強筋；對混凝土梁的腰部增配構造鋼筋，其直徑為8m～14mm，間距約200mm，視情況而定。
3.混凝土結構形式與強度等級
在水平結構(如梁、板、牆等)中，儘量採用中低強度等級的混凝土 (C25～C35)，利用後期強度R60、R90驗收。
泵送混凝土的迅速發展，由於流動性與和易性的要求，坍落度增加，水泥強度等級提高，水泥用量、用水量、砂率均增加，集料粒徑減小，減水劑及其他外加劑的增加等諸因素的變化，導致混凝土的收縮及水化熱作用都比以往預製裝配工程結構和中低強度等級混凝土大量增加，收縮時間延長，已為大量試驗所證實。在裂縫控制中決定混凝土抵抗力的是抗拉強度(極限拉伸)，水泥用量及強度等級的增加，可明顯提高抗壓強度，但對抗拉強度(極限拉伸)的提高是較小的。
同時在結構設計方面，已從過去大量運用簡支構件組合的靜定體系發展為超靜定框架和剪力牆體系，新結構體系的約束度顯著增加，約束應力也相應增加。隨著建設規模的日趨宏大，超長、超寬、超厚結構日趨增多，對結構的約束應力更是雪上加霜。混凝土高強化，缺乏考慮適用範圍就推廣到長牆、板梁、箱體等承受水平約束應力很高的結構中，導致過大的約束應力。
工程結構設計中應當特別注意混合結構的約束狀態，儘可能降低結構的約束度(約束變形與自由變形之比)。各種砌塊結構的抗裂性能較差，又由於砌體含水量較大導致收縮變形較大，與混凝土共同工作協調性不良，常引起嚴重開裂(特別在頂層樓板和牆體約束溫度應力及填充框架變形裂縫)。在基岩或老混凝土上常採用設滑動層的作法(放的設計原則)和設鉸接節點的作法(微動節點)。在約束度很高的結構中，除合理選擇材料強度等級外，必須加強構造配筋(抗的設計原則)，提高抗裂能力。
平屋頂結構的設計，應注意加強屋面保溫隔熱措施，儘可能採用性能較好的保溫材料、防水材料，有條件的地區可利用架空隔熱板以減少太陽輻射引起的升溫。變形作用引起的開裂多發區經常在高層建築的地下室及地上1、2層(強約束區) 以及頂層(溫差及收縮激烈波動區)，所以要加強這些區域的構造設計。
鋼筋保護層厚度過薄，對於耐久性不利；過厚會增加開裂寬度和開裂率，所以應根據耐久性要求的最小允許厚度確定，如C25～C35 的混凝土結構，按50年設計壽命考慮，保護層厚度最小應為25mm，混凝土強度等級≤C20 時為35mm，混凝土強度等級≥C35時，取15mm；遇有高溼環境時應加厚保護層；保護層厚度不均勻容易引起裂縫；樓板的二次澆灌層應注意其抗裂性。
（二）施工工藝方面的原因
混凝土在未凝結前，受到外力，可以有恢復作用；但初凝後，混凝土逐漸失去本身的流動性，出現裂縫恢復較難。
1.泵送管道支撐對樓板的衝擊和振動。樓板面積比較大時，泵送管道通常架設在模板上，由於泵送管道佈置彎頭較多，使泵送阻力增加，泵管輸送混凝土時的來回運動，影響到鋼筋的週期振動，對初凝後的混凝土影響很大。長時間作用條件下在混凝土中會形成裂縫，裂縫方向性很強，與鋼筋走向相同，呈方格狀或等距離分佈。
2.底板模板剛度不足，受力變形亦會造成裂縫。此種情況，常見於膠合板模板，下部支撐杆佈置較稀時，未澆築前上人就可以感到模板剛度不夠，腳抬起來模板就反彈。如果澆混凝土之後混凝土雖然凝固，但未能達到足夠的強度時，此時上人作抹平、澆水或養護作業時，受上述荷載的作用，就會出現裂縫，此種裂縫呈不規劃放射網狀，裂縫集中處即是受外力集中的地方。
3.澆築混凝土並在混凝土初凝後，模板支撐下沉，多見於挑沿處，作立柱鋼管過長，無水平支撐造成模板輕微下沉，混凝土拉裂裂縫多為沿牆方向分佈，長度在2m之間。
4.樓板中的電線穿線管固定不牢，混凝土凝結後即上人操作，使電線穿線管下壓；將混凝土壓裂，拆摸後可見裂縫走向與穿線管方向相同。
（三）混凝土原材料方面的原因
泵送商品混凝土對原材料供應有很高的技術要求。混凝土攪拌生產環境是相當惡劣的，處於高溫、高溼、高粉塵、高振動的條件下，必須確保設備的穩定運行，稱量裝置的嚴格精確度，確保混凝土的質量。
由於泵送混凝土的流動性要求與抗裂的要求相互矛盾，故選取在滿足泵送的坍落度下限的條件下儘可能降低用水量。目前國內攪拌站對砂石集料的含水率控制波動很大，影響了混凝土的用水量計算。利用較精確的含水率測定儀或傳感器測出配料過程中的含水率，進行計算機處理，自動調整配料的用水量，對於控制混凝土的收縮和提高抗裂性是必要的。
砂石的含泥量對於混凝土的抗拉強度與收縮影響很大，我國對含泥量的規定較寬，實際施工中還經常超標。有的攪拌站，雖然檢驗資料合格，但在澆搗中發現大量泥塊和雜質，引起結構嚴重開裂。砂石集料的粒徑應當儘可能大一些，以達到減少收縮的目的。
攪拌站及施工單位都應根據結構強度需要和流動度的要求確定合理的坍落度，根據施工季節及運輸距離選擇適宜的出廠坍落度和送到澆築地點的坍落度，並根據現場坍落度信息隨時調整攪拌站用水量。
當單方用水量不變時，水和水泥的用量，即水泥漿量對於泵送狀態及收縮都有顯著影響。例如單方用水量不變，水泥漿量由20% 增加到25%(水泥漿佔混凝土總重量比)，混凝土的收縮量增大20%；如果水泥漿增加到30%，則收縮增加45%。因此，在保證可泵性和單方用水量一定的條件下，應儘可能降低水泥漿量。
砂率過高意味著細集料多，粗集料少，仍然起到增加收縮的作用，對抗裂不利。砂石的吸水率應儘可能小一些，以利於降低收縮。
大體積混凝土中水泥品種的選擇應根據混凝土特點，視其結構特點，以水化熱控制或收縮控制。如以水化熱控制可選用粉煤灰水泥、礦渣水泥及中熱硅酸鹽水泥；如以收縮控制，可選用普通硅酸鹽水泥及粉煤灰水泥等。不要輕易採用早強水泥。
水泥的細度越細，混凝土越容易開裂。這是由於：①細度大的水泥水化快，產生較大的水的消耗，易引起混凝土的自乾燥收縮。②水泥細度細，則使毛細管細化，較細的毛細管失水時將產生較大的張力。③細顆粒容易水化充分，產生更多的易於乾燥收縮的凝膠和其他水化物。粗顆粒的減少，減少了穩定體積的未水化顆料，因而影響到混凝土的長期性能。
為了降低用水量，保證泵送流動度，應選擇對收縮變形有利的減水劑。相對中低強度等級的混凝土可選用普通減水劑，夏季宜選用緩凝型，而冬季可選用普通型。
粉煤灰是泵送混凝土的重要組成部分。由於粉煤灰的火山灰活性效應及填充效應，具有優良性質的粉煤灰(不低於Ⅱ級)，在一定摻量下(水泥重量15%～20%)，混凝土強度還有所增加(包括早期強度)，密實度增加，收縮變形有所減少，泌水量下降，坍落度損失減少。通常粉煤灰與減水劑共同摻入混凝土稱為“雙摻技術”。通過合理的配合比設計，減少水泥漿量，提高混凝土可泵性的良好效果，特別是可明顯的延緩水化熱峰值的出現，降低溫度峰值。
（四）環境因素
混凝土的裂縫與環境條件(施工期和施工後) 有很大關係。施工過程中應注意溫溼度的變化，採取有效措施控制高溫、低溫衝擊和激烈乾燥衝擊，此時，應力狀態接近彈性應力狀態，混凝土應力鬆弛效應無法發揮出來，特別注意澆築後經過一定時期養護的混凝土仍然需要保護(維護)，不宜長期裸露。
注意與氣象站的密切聯繫(降溫及降雨預報)，不得在雨中澆築混凝土，否則將嚴重地改變實際用水量。結構施工後驗收投入使用，由於環境變化(如生產使用條件、房屋裝修改變條件)，承受了新的溫度、溼度、振動(包括相鄰振動)、化學腐蝕及荷載變化影響等，都可能引起後期開裂。
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