泵送混凝土裂縫的成因和防治措施分析

孫友態(tài)　陳　達(dá)

摘 要:近年來,泵送混凝土在各種建筑施工中得到廣泛應(yīng)用,不但提高了工效,節(jié)約了施工成本,同時(shí)還解決了施工現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜、高空施工輸送混凝土的問題。泵送混凝土勻質(zhì)性好,不僅能改善混凝土的施工性能,對(duì)薄壁密筋結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)少振搗或不振搗施工;而且能減少收縮、防止裂縫、提高抗?jié)B性、改善耐久性。本文介紹了泵送混凝土的特點(diǎn),分析了裂縫的成因,并提出了相應(yīng)的防治措施,供大家參考。

關(guān)鍵詞:泵送混凝土;溫度裂縫;干縮裂縫;塑性裂縫

1 前言

工程實(shí)踐表明,泵送混凝土強(qiáng)度不足、凝結(jié)異常時(shí)有發(fā)生,特別是裂縫普遍存在,在一定程度上影響結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和耐久性。因此,認(rèn)真對(duì)待泵送混凝上裂縫的研究,采取合理的處理方法,是一項(xiàng)非常重要的工作。本文重點(diǎn)分析其產(chǎn)生的原因,找出防止裂縫的措施。

2 泵送混凝土的特點(diǎn)

2.1 原材料和配合比

2.1.1 水泥用量較多

強(qiáng)度等級(jí)C20-C60的混凝土水泥用量范圍為350-550kg/m3。

2.1.2 超細(xì)摻合料時(shí)有添加為改善混凝土性能,節(jié)約水泥和降低造價(jià),混凝土中摻加粉煤灰、礦渣、沸石粉等摻合料。

2.1.3 砂率偏高,砂用量多

為保證混凝土的流動(dòng)性、粘聚性和保水性,以便運(yùn)輸,泵送和澆筑,泵送混凝土的砂率要比普通流動(dòng)性混凝土增大砂率6%以上,約為38-45%。

2.1.4 石子最大粒徑

為滿足泵送和抗壓強(qiáng)度要求,與管道直徑比為1:2.5(卵石),1:3(碎石)

2.1.5 水灰比。水灰比宜為0.4-0.6。

2.1.6 泵送劑

多為高效減水劑復(fù)合以緩凝劑、引氣劑等對(duì)裂縫也有影響。

2.2 工藝?；炷涟柚圃跀嚢枵?樓)進(jìn)行,原材料計(jì)量準(zhǔn)確,攪拌均勻,但也偶有失控情況。多數(shù)攪拌站未設(shè)細(xì)摻合料、粉狀泵送劑、粉狀膨脹劑稱量和料倉,采用容積法,使計(jì)量和分散存在問題,影響混凝土的均勻性。當(dāng)混凝土拌合物過干、過稀、運(yùn)輸時(shí)間過長、停留時(shí)間過長且未進(jìn)行攪拌均勻前入泵時(shí),混凝土拌合物干稀不均。每個(gè)運(yùn)輸車中混凝土的坍落度相差過大,加入泵車內(nèi)輸送時(shí),會(huì)使?jié)仓幕炷辆鶆蛐宰儾?。?duì)于大體積混凝土施工,當(dāng)技術(shù)措施不當(dāng)或不完善時(shí),易產(chǎn)生溫度裂縫?；炷链竺娣e板材,在澆筑后防風(fēng)、防曬、養(yǎng)護(hù)不足時(shí),易產(chǎn)生干縮裂縫。

3 裂縫形成的原因和防止措施

3.1 溫度裂縫

3.1.1 裂縫形成的原因。水泥水化時(shí)每克水泥放出50.2J的熱量,如果以水泥用量350-550kg/m3來計(jì)算,每m3混 凝土將放出17500-27500KJ的熱量,從而使混凝土內(nèi)部溫度升高,在澆筑溫度的基礎(chǔ)上,通常升高35℃左右,如果按我國施工驗(yàn)收規(guī)范規(guī)定澆筑溫度為280C,則可使混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到65~C左右。如果沒有降溫或澆筑溫度過高,混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)80-900C的情況也時(shí)有發(fā)生。水泥水化熱在1-3天可放出熱量的50%,由于熱量的傳遞、積存,混凝土內(nèi)部的最高溫度大約發(fā)生在澆筑后的3～5天。因?yàn)榛炷羶?nèi)部和表面的散熱條件不同,所以混凝土中心溫度高周邊溫度低,形成溫度梯度,造成溫度應(yīng)力和溫度變形。溫度應(yīng)力與溫差成正比,溫差越大,溫度應(yīng)力也越大。當(dāng)種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束應(yīng)力(包括混凝土抗拉強(qiáng)度)時(shí),就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

3.1.2 防止措施

在材料方面。嚴(yán)格控制混凝土原材料,降低水泥水化熱。選用中熱和低熱的水泥品種是控制混凝土溫度升高的根本方法;選擇合適的骨料級(jí)配,增強(qiáng)混凝土的和易性,有效地控制混凝土的溫度升高,在施工條件允許的情況下,盡量選擇粒徑較大、級(jí)配良好的粗骨料以降低水泥用量;摻加適量的外加劑或摻和料,如木質(zhì)素磺酸鈣減水劑、粉煤灰等,優(yōu)化混凝土配合比,改善混凝土的性能,從而降低水化熱。

在施工、設(shè)計(jì)方面:①控制混凝土的出機(jī)溫度。對(duì)混凝土出機(jī)溫度影響最大的是石子與砂的溫度,采用預(yù)冷骨料、遮陽防曬、灑水降溫和加冰屑拌和,來降低骨料溫度以降低混凝土溫度。運(yùn)輸時(shí),對(duì)運(yùn)輸車進(jìn)行遮陽防曬和保溫措施。②掌握和調(diào)整好混凝土澆筑時(shí)間。合理部署施工,盡量避免在炎熱天氣澆筑大體積混凝土,控制混凝土的澆筑溫度,減少結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差。③及時(shí)對(duì)混凝土進(jìn)行保溫、保濕養(yǎng)護(hù)。盡量減少混凝土的暴露面和暴露時(shí)間,避免夏季遭受暴曬,防止冬季經(jīng)受寒潮沖擊,延緩混凝土的降溫速率。

3.2 塑性沉降裂縫

3.2.1 裂縫形成的原因。混凝土澆注之后硬化之前,粗骨料在振動(dòng)棒和重力的作用下下沉,水泥漿體、氣泡上浮,當(dāng)受到鋼筋、預(yù)埋件等局部阻礙不均勻沉降時(shí)產(chǎn)生拉應(yīng)力而引發(fā)變形裂縫。沉降裂縫在澆注后1～3h內(nèi)混凝土表面水消失時(shí)出現(xiàn),直到混凝土硬化才停止發(fā)展。這種裂縫常常發(fā)生在鋼筋、預(yù)埋件周圍及截面厚度突變處,裂縫形狀寬且淺呈梭形,寬度約在3～4mm之間,深度通常達(dá)到鋼筋的上表面。

3.2.2 防止措施。要控制混凝土單位用水量在170kg/m3以下,水灰比小于0.6,在滿足施工要求時(shí),盡可能減少坍落度。摻加適量質(zhì)量良好的泵送劑及摻合料,可有效改善混凝土的性能和降低沉陷?；炷翑嚢钑r(shí)間要適當(dāng),時(shí)間過短或過長都會(huì)造成拌合物均勻性變壞而增大沉陷?；炷翝仓r(shí),下料不宜太快,防止堆積或振搗不充分。在炎熱的夏季和大風(fēng)天氣,為防止水分激烈蒸發(fā)形成內(nèi)外硬化不均和異常收縮引起裂縫,應(yīng)采取緩凝和覆蓋。

3.3 干縮裂縫

3.3.1 裂縫形成的原因。干燥收縮的主要原因是水分在硬化后較長時(shí)間產(chǎn)生的水分蒸發(fā)引起的。由于集料的干燥收縮很小,因此混凝土的收縮主要是由于水泥石干燥收縮造成的。由于炭化和鋼筋銹蝕的作用,干縮裂縫不僅嚴(yán)重?fù)p害薄壁結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和耐久性,也會(huì)使大體積混凝土的表面裂縫發(fā)展成為更嚴(yán)重的裂縫,影響結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力。

3.3.2 防止措施

在材料方面:①水泥:水泥應(yīng)符合國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《普通硅酸鹽水泥》(GB17521992)、《礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥及粉煤灰硅酸鹽水泥》(GB134421992)。水泥顆粒越細(xì),硬化時(shí)收縮越大,摻混合材料的硅酸鹽水泥配置的混凝土比用普通水泥配置的混凝土干縮率大,按收縮值排序?yàn)?礦渣水泥>普通硅酸鹽水泥>粉煤灰硅酸鹽水泥,因此在滿足混凝土配合比設(shè)計(jì)要求的前提下盡可能采用收縮量小的水泥,降低水泥用量。②粗骨料:祖骨料最大粒徑應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)鋼筋凈間距和泵送管徑要求,粒徑增大可減少用水量、水泥用量,從而可以減少混凝土自身收縮。粗骨料必須是連續(xù)級(jí)配,其針片狀顆粒含量不宜大于10%,以保證混凝土的可泵性和混凝土強(qiáng)度。③細(xì)骨料:細(xì)骨料級(jí)配應(yīng)合理,并優(yōu)先選用中砂,控制云母、硫化物、有機(jī)質(zhì)、粘土、淤泥等有害物質(zhì)含量,降低混凝土收縮。

在施工方面:①采用二次抹壓技術(shù),即在混凝土初凝前在混凝土表面進(jìn)行二次抹壓,消除混凝土干縮、沉縮和塑性收縮發(fā)生的表面裂縫,增加混凝土的密實(shí)度,但是,二次抹壓時(shí)間必須掌握恰當(dāng),過早抹壓沒有效果,過晚抹壓混凝土已進(jìn)入初凝狀態(tài),失去塑性,消除不了混凝土表面已出現(xiàn)的裂縫。②在混凝土澆筑完畢后及時(shí)覆蓋塑料薄膜或濕草袋,對(duì)混凝土進(jìn)行保濕養(yǎng)護(hù),接縫處搭接蓋嚴(yán),避免混凝土水分蒸發(fā),保持混凝土表面處在濕潤狀態(tài)下養(yǎng)護(hù),混凝土終凝后繼續(xù)澆水養(yǎng)護(hù)7d。③混凝土經(jīng)過二次抹壓初凝后,輕微灑水潤濕,混凝土終凝后每天分幾次澆水養(yǎng)護(hù),保持水浸潤混凝土表面7d。④為防止墻柱、梁等的側(cè)模板過早拆卸,而導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生干燥收縮裂縫,應(yīng)在混凝土表面刷養(yǎng)護(hù)液。

3.4 施工裂縫

3.4.1 裂縫形成的原因:施工單位為滿足進(jìn)度要求,往往現(xiàn)場(chǎng)混凝土澆注后沒有達(dá)到規(guī)范規(guī)定的要求就開始后續(xù)施工或堆放臨時(shí)荷載,此時(shí)混凝土尚處于凝結(jié)硬化初期,抗拉強(qiáng)度低,遇模板支柱松動(dòng)下沉或施工時(shí)局部堆料較多,在薄弱部位產(chǎn)生不規(guī)則放射網(wǎng)狀裂縫。泵送依次分層澆筑混凝土?xí)r經(jīng)常需要拆裝管路,牽動(dòng)軟管布料及排障等,操作人員來回在鋼筋上走動(dòng)會(huì)踩動(dòng)鋼筋或碰動(dòng)預(yù)埋件。

3.4.2 防止措施:混凝土澆筑前應(yīng)認(rèn)真檢查鋼筋是否綁扎牢固。為使配管和布料方便,應(yīng)在澆注部位另設(shè)配管支架和操作腳手鋪運(yùn),以防踩亂鋼筋,對(duì)輸送管道下面受泵沖擊影響較大的部位,應(yīng)用拉條等牽拉牢固,防止模板和鋼筋變位?；炷翝仓戤吅蠹皶r(shí)覆蓋塑料薄膜或濕草袋,控制混凝土上樓板支模、拆模和上人作業(yè)時(shí)間。

結(jié)束語

綜上所述,泵送商品混凝土,由于水泥用量多,單位用水量大,砂率高和摻加化學(xué)外加劑,是混凝土產(chǎn)生裂縫的潛在危險(xiǎn)大,對(duì)此必須引起足夠重視。