淺談泵送混凝土施工裂縫的成因和防治

馮雷

【摘 要】泵送混凝土不僅應(yīng)能改善混凝土的施工性能，對薄壁密筋結(jié)構(gòu)少振搗或不振搗施工，而且應(yīng)能減少收縮、防止裂縫、提高抗?jié)B性、改善耐久性。但是某些工程表明，泵送混凝土強度不足、凝結(jié)異常時有發(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，值得引起足夠的重視，本文重點分析其產(chǎn)生原因，找出防止裂縫的措施。

【關(guān)鍵詞】裂縫；事故處理；防治

1.泵送混凝土的特點

1.1原材料和配合比

1.1.1水泥用量較多

強度等級C20～C60范圍為350～550kg/m3。

1.1.2超細摻合料時有添加

為改善混凝土性能，節(jié)約水泥和降低造價，混凝土中摻加粉煤灰、礦渣、沸石粉等摻合料。

1.1.3砂率偏高、砂用量多

為保證混凝土的流動性、粘聚性和保水性 ，以便于運輸、泵送和澆筑，泵送混凝土的砂率要比普通流動性混凝土增大砂率6%以上，約為38～45%。

1.2工藝

a.混凝土拌制在攪拌站（樓）進行，原材料計量準確，攪拌均勻，但也偶有失控情況。

b.多數(shù)攪拌站未設(shè)細摻合料、粉狀泵送劑、粉狀膨脹劑稱量和料侖，采用人工或容積法，使計量與分散存在問題，影響混凝土的均勻性。

c.當混凝土拌合物過乾、過稀，運輸時間過長、停留時間過長且未進行攪拌均勻前入泵時，混凝土拌合物乾稀不勻。

d.每個運輸車中混凝土的坍落度相差過大，加入泵車內(nèi)輸送時，會澆筑的混凝土均勻性變壞。

e.混凝土澆筑后振搗不足、振搗過度，特別是面積系數(shù)很大的板材，采用振搗棒密實不均勻。

f.大體積混凝土施工，當技術(shù)措施不當或不完善時，易產(chǎn)生溫度裂縫。

g.混凝土大面積板材，在澆筑后防風、防曬、養(yǎng)護不足時，易產(chǎn)生干縮裂縫。

h.混凝土拌合物過乾、人工、無稱量的加入高效減水劑或水時，混凝土質(zhì)量不易保證。

2.變形裂縫產(chǎn)生的原因和特征

2.1溫度裂縫

2.1.1產(chǎn)生的原因和特征

水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，每克水泥放出502J的熱量，如果以水泥用量350～550kg/m3來計算，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。如果按著我國施工驗收規(guī)范規(guī)定澆筑溫度為28℃ 則可使混凝土內(nèi)部溫度達到65℃左右。但是，如果沒有降溫措施或澆筑溫度過高，混凝土內(nèi)部溫度高達80～90℃的情況也時有發(fā)生，例如XX大廈在澆筑筏板反梁基礎(chǔ)的大體積混凝土的內(nèi)部溫度，經(jīng)實際測定高達95℃。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，因為混凝土內(nèi)部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度低，形成溫度梯度，造成溫度變形和溫度應(yīng)力。溫度應(yīng)力和溫差成正比，溫度越大，溫度應(yīng)力也越大。當這種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束應(yīng)力（ 包括混凝土抗拉強度）時，就會產(chǎn)生裂縫。這種裂縫的特點是裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3～5天，初期出現(xiàn)的裂縫很細，隨著時間的發(fā)展而繼續(xù)擴大，甚至達到貫穿的情況。

2.1.2影響因素和防治措施

混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關(guān)?；炷猎胶?，水泥用量越大，水化熱越高的水泥，其內(nèi)部溫度越高，形成溫度應(yīng)力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性越大。

對于大體積混凝土，其形成的溫度應(yīng)力與其結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力也越大，因而引起裂縫的危險性也越大，這就是大體積混凝土易產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因。因此防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫最根本的措施就是控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差。

（1）混凝土原材料和配合比的選用。

a.水泥品種選擇和水泥用量控制。

大體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現(xiàn)早期升溫和后期降溫，產(chǎn)生內(nèi)部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，在摻加泵送劑或粉煤灰時，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。再有，可充分利用混凝土后期強度，以減少水泥用量。根據(jù)大量試驗研究和工程實踐表明，每m3混凝土的水泥用量增減10kg，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升高或降低1℃。因此，為更好的控制水化熱所造成的溫度升高、減少溫度應(yīng)力，可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)實際承受荷載的情況，對工程結(jié)構(gòu)的強度和剛度進行復核與驗算，并取得設(shè)計單位的同意后，可用56天或90天抗壓強度代替28天抗壓強度作為設(shè)計強度。由于過去土木建筑物層數(shù)不多、跨度不大，且多為現(xiàn)場攪拌，施工工期短，混凝土標準試驗齡期定為28天，但對于具有大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)的高層建筑，大多數(shù)的施工期限很長，少則1～2年，多則4～5年，28天不可能向混凝土結(jié)構(gòu)，特別是向大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)施加設(shè)計荷載，因此將試驗混凝土標準強度的齡期推遲到56天或90天是合理的，正是基于這點，國內(nèi)外許多專家均提出這樣建議。如果充分利用混凝土的后期強度，則可使每m3混凝土的水泥用量減少40～70kg左右，則混凝土溫度相應(yīng)降低4～7℃。最后，為減少水泥水化熱和降低內(nèi)外溫差的辦法是減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下。如果強度允許，可采用摻加粉煤灰來調(diào)整。

b.摻加摻合料。

國內(nèi)外大量試驗研究和工程實踐表明，混凝土中摻入一定數(shù)量優(yōu)質(zhì)的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰顆粒呈球狀具有滾珠效應(yīng)，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性，并且能夠補充泵送混凝土中粒徑在0.315mm以下的細集料達到占15%的要求，從而改善了可泵性。同時，依照大體積混凝土所具有的強度特點，初期處于較高溫度條件下，強度增長較快、較高，但是后期強度增長緩慢。摻加粉煤灰后，其中的活性Al2O3、SiO2與水泥水化析出的CaO作用，形成新的水化產(chǎn)物，填充孔隙、增加密實度，從而改善了混凝土的后期強度。但是應(yīng)當值得注意的是，摻加粉煤灰混凝土的早期抗拉強度和極限變形略有降低。因此，對早期抗裂要求較高的混凝土，粉煤灰摻量不宜太多，宜在10～15%以內(nèi)。

c.摻加外加劑。

摻加具有減水、增塑、緩凝、引氣的泵送劑，可以改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性。由于其減水作用和分散作用，在降低用水量和提高強度的同時，還可以降低水化熱，推遲放熱峰出現(xiàn)的時間，因而減少溫度裂縫。

（2）泵送混凝土施工工藝改進。

a.控制混凝土出機溫度和澆筑溫度。

為了降低混凝土的總溫升，減少大體積工程結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差，控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度也是一個重要措施。

b.改進工藝。

攪拌工藝：

采用二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上，使硬化后界面過渡層結(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)力增大，從而提高混凝土強度10%或節(jié)約水泥5%，并進一步減少水化熱和裂縫。

振動工藝：

對已澆筑的混凝土，在終凝前進行二次振動，可排除混凝土因泌水，在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分，提高粘結(jié)力和抗拉強度，并減少內(nèi)部裂縫與氣孔，提高抗裂性。

2.2沉陷（塑性）收縮裂縫

2.2.1產(chǎn)生的原因和特征

在泵送混凝土現(xiàn)澆的各種鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中，特別是板、墻等表面系數(shù)大的結(jié)構(gòu)之中，經(jīng)常出現(xiàn)一種早期裂縫。這種裂縫為斷續(xù)的水平裂縫，裂縫中部較寬、兩端較窄、呈梭狀。裂縫經(jīng)常發(fā)生在板結(jié)構(gòu)的鋼筋部位、板肋交接處、梁板交接處、梁柱交接處、結(jié)構(gòu)變截面的地方。

這種裂縫產(chǎn)生的原因主要是混動性過大和流動性不足以及不均勻，在凝結(jié)硬化前沒有沉實或者沉實不夠，當混凝土沉陷時受到鋼筋、模板抑制以及模板移動、基礎(chǔ)沉陷所致。裂縫在混凝土澆筑后1～3小時出現(xiàn)，裂縫的深度通常達到鋼筋上表面。

2.2.2影響因素和防止措施

a.要嚴格控制混凝土單位用水量在170kg/m3以下，水灰比在0.6以下，在滿足泵送和澆筑要求時，宜盡可能減少坍落度。

b.摻加適量、質(zhì)量良好的泵送劑和摻合料，可改善工作性和減少沉陷。

c.混凝土攪拌時間要適當，時間過短、過長都會造成拌合物均勻性變壞而增大沉陷。

d.混凝土澆筑時，下料不宜太快，防止堆積或振搗不充分。

2.3干縮裂縫

2.3.1產(chǎn)生的原因和特征

干燥收縮的主要原因是水分在硬化后較長時間產(chǎn)生的水分蒸發(fā)引起的?；炷恋母稍锸湛s由于集料的干燥收縮很小，因此主要是由于水泥石干燥收縮造成的。水泥石干燥收縮理論有毛細管張力學說、表面吸附學說和夾層水學說等，不論哪種學說，都是水分蒸發(fā)引起的。混凝土的水分蒸發(fā)、干燥過程是由外向內(nèi)、由表及里，逐漸發(fā)展的。由于混凝土蒸發(fā)干燥非常緩慢，產(chǎn)生干燥收縮裂縫多數(shù)在一個月以上，有時甚至一年半載，而且裂縫發(fā)生在表層很淺的位置，裂縫細微，有時呈平行線狀或網(wǎng)狀，常常不被人們注視。但是應(yīng)當特別注意，由于碳化和鋼筋銹蝕的作用，干縮裂縫不僅嚴重損害薄壁結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性和耐久性，也會使大體積混凝土的表面裂縫發(fā)展成為更嚴重的裂縫，影響結(jié)構(gòu)的耐久性和承載能力。

2.3.2影響因素和防止措施

（1）水泥品種。

一般來說，水泥的需水量越大，混凝土的干燥收縮越大，不同水泥混凝土的干燥收縮按其大小順序排列為：礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、中低熱水泥和粉煤灰水泥。所以，從減少收縮的角度出發(fā)，宜采用中低熱水泥和粉煤灰水泥。

（2）水泥用量。

混凝土干燥收縮隨著水泥用量的增加而增大，但是增加量不顯著。在有可能減少水泥用量時，還是盡可能降低水泥用量，因為泵送混凝土的水泥用量偏高，C20～C60混凝土的水泥用量一般約為350～600kg/m3。

（3）用水量。

混凝土的干燥收縮受用水量的影響最大，在同一水泥用量條件下，混凝土的干燥收縮和用水量成正比、為直線關(guān)系；當水泥用量較高的條件下，混凝土的干燥收縮隨著用水量的增加而急劇增大。綜合水泥用量和用水量來說，水灰比越大，干燥收縮越大。

為了降低用水量，摻加適當數(shù)量、減水率高、分散性能好的外加劑是非常必要的。

（4）砂率。

混凝土的干燥收縮隨著砂率的增大而增大，但增加的數(shù)值不大。泵送混凝土宜加大砂率，但不是籠統(tǒng)的和無限的，也應(yīng)在最佳砂率范圍內(nèi)，可以通過理論計算和工程實踐確定。

綜上所述，泵送商品混凝土，特別是在高強度、大流動性條件下，由于水泥用量多，單位用水量大，砂率高和摻化學外加劑，使混凝土干燥收縮，產(chǎn)生裂縫的潛在危險大，對此必須引起足夠重視。為此要按施工要求選擇較低的坍落度，在滿足流動性和泵送性的條件下，使單位用水量降低到170kg/m3以下，在滿足強度條件下，盡可能降低水泥用量。同時，應(yīng)選用對混凝土干燥收縮影響小的泵送劑。必要時摻加適量膨脹劑。在施工中采用二次振搗，加強抹面和濕養(yǎng)護也是必不可少的技術(shù)措施。 [科]