泵送混凝土施工裂縫的成因和控制措施分析

孫繼東　姚　坤

摘 要：本文介紹了混凝土裂縫的概念及種類，對(duì)泵送混凝土不同類型裂縫的原因、特性做了闡述，提出了相應(yīng)的控制措施。

關(guān)鍵詞：泵送混凝土；裂縫；控制措施

1 前言

泵送混凝土屬于大流態(tài)混凝土，它與過去現(xiàn)場(chǎng)拌制的塑性混凝土相比，有坍落度大、砂率大、水泥用量多3個(gè)顯著特點(diǎn)，因此泵送混凝土出現(xiàn)裂縫的概率也比較以往多。分析變形裂縫產(chǎn)生機(jī)理及如何有效控制裂縫的出現(xiàn)和發(fā)展，正是本文關(guān)注的重點(diǎn)。

2 混凝土裂縫的概念及種類

2.1 裂縫的概念

混凝土是粗集料、細(xì)集料、水泥石、水和氣體所組成的非均質(zhì)堆聚結(jié)構(gòu)?；炷粱旌狭显诓煌瑴貪穸葪l件下凝結(jié)硬化，并同時(shí)產(chǎn)生體積變形。水泥石的干燥和冷卻收縮大，集料的干燥和冷卻收縮小，同時(shí)水泥石和集料之間相互粘結(jié)而約束，由于變形而產(chǎn)生微裂縫，可見混凝土產(chǎn)生的裂縫是由其內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定的。

2.2 裂縫的種類

2.2.1 由外荷載 、動(dòng)荷載)直接應(yīng)力引起的裂縫和次應(yīng)力引起的裂縫。

2.2.2 由變形變化引起的裂縫：包括結(jié)構(gòu)因溫度濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫。其特征是結(jié)構(gòu)要求變形，當(dāng)受到約束和限制時(shí)產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)力超過一定數(shù)值后產(chǎn)生裂縫，裂縫出現(xiàn)后變形得到滿足，內(nèi)應(yīng)力松弛。這種裂縫寬度大、內(nèi)應(yīng)力小，對(duì)荷載的影響小，但對(duì)耐久性損害大。據(jù)國(guó)內(nèi)外調(diào)查資料表明，工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生屬于變形變化(溫濕度、收縮與膨脹、不均勻沉降)引起的裂縫約占8O％；屬于荷載引起的裂縫約占20％。下面，重點(diǎn)具體分析探討變形裂縫的成因及控制措施。

3 不同裂縫的原因和防治措施

3.1 溫度裂縫

3.1.1 產(chǎn)生的原因和特征。溫度應(yīng)力和溫差成正比，溫差越大，溫度應(yīng)力也越大。當(dāng)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(qiáng)度)時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。這種裂縫的特點(diǎn)是裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3d-5d，初期出現(xiàn)的裂縫很細(xì)，隨著時(shí)間的發(fā)展而繼續(xù)擴(kuò)大，甚至達(dá)到貫穿的情況。

3.1.2 防治措施

3.1.2.1 混凝土原材料和配合比的選用

(1)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(shí)，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。另外，可充分利用混凝土后期強(qiáng)度，以減少水泥用量。根據(jù)大量試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐表明，每米混凝土的水泥用量增減1kg，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升高或降低1℃。

(2)摻加摻合料?；炷林袚饺胍欢〝?shù)量的優(yōu)質(zhì)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(rùn)滑作用，可改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、粘聚性和保水性，并且能夠補(bǔ)充泵送混凝土中粒徑在0.315mm以下的細(xì)集料達(dá)到15％的要求，從而改善了可泵性。在混凝土中摻加原狀或磨細(xì)粉煤灰之后，可以降低混凝土中水泥水化熱，減少絕熱條件下的溫度升高。

(3)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(dòng)性、粘聚性和保水性。

(4)選用質(zhì)量?jī)?yōu)良的粗細(xì)集料。a．粗集料。要優(yōu)先選用天然連續(xù)級(jí)配的粗集料，使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進(jìn)而減少水化熱。b．細(xì)集料。以采用級(jí)配良好的中砂為宜。實(shí)踐證明，采用細(xì)度模數(shù)2．8的中砂比采用細(xì)度模數(shù)2．3的中砂可減少用水量20kg/m3-25kg/m3，可降低水泥用量28kg/m3～35kg/m3，因而降低了水泥水化熱、混凝土溫升和收縮。

3.1.2.2 泵送混凝土施工工藝改進(jìn)

(1)控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度。為了降低混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度。最有效的方法是降低原料溫度，混凝土中石子比熱較小，但每立方混凝土中石子所占重量最大，所以最有效的辦法是降低石子溫度。在氣溫較高時(shí)，為了防止太陽直接照射，可以在砂石堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽棚，必要時(shí)可向集料噴淋霧狀水，或在使用前用冷水沖洗集料。除此之外，攪拌運(yùn)輸車罐體、泵送管道保溫、冷卻也是必要的措施。

(2)改進(jìn)工藝。a．?dāng)嚢韫に?。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(qiáng)度10％或節(jié)約水泥5％，并進(jìn)一步減少水化熱和裂縫。b．振動(dòng)工藝。對(duì)已澆筑的混凝土，在終凝前進(jìn)行二次振動(dòng)，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(qiáng)度，并減少內(nèi)部裂縫與氣孔，提高抗裂性。c．養(yǎng)護(hù)工藝?；炷琉B(yǎng)護(hù)主要是保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件。保溫能減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，降低混凝土表層的溫差，防止表面裂縫。由于散熱時(shí)問延長(zhǎng)，混凝土強(qiáng)度和松弛作用得到充分發(fā)揮，使混凝土總溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，防止了貫穿裂縫的產(chǎn)生。

3.2 沉陷收縮裂縫

3.2.1 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)生的原因主要是混凝土在凝結(jié)硬化前沒有沉實(shí)或沉實(shí)不夠，當(dāng)混凝土沉陷時(shí)受到鋼筋、模板抑制以及模板移動(dòng)、基礎(chǔ)沉陷所致。裂縫在混凝土澆筑后1h-3h出現(xiàn)，裂縫的深度通常達(dá)到鋼筋上表面。

3.2.2 影響因素和防止措施

(1)要嚴(yán)格控制混凝土單位用水量在170/kgm3以下，水灰比在0.6以下，在滿足泵送和澆筑要求時(shí)，宜盡可能減少坍落度。(2)摻加適量、質(zhì)量良好的泵送劑和摻合料，可改善工作性能和減少沉陷。(3)混凝土攪拌時(shí)間要適當(dāng)，時(shí)問過短、過長(zhǎng)都會(huì)造成拌合物均勻性變化而增大沉陷。(4)混凝土澆筑時(shí)，下料不宜太快，防止堆積或振搗不充分。(5)混凝土應(yīng)振搗密實(shí)，時(shí)間以10s做～15s做為宜，在柱、梁、墻和板的變截面處宜分層澆筑、振搗。在混凝土澆筑1h-1.5h后，混凝土尚未凝結(jié)之前，對(duì)混凝土進(jìn)行二次振搗，表面要壓實(shí)抹光。(6)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)采取措施緩凝和覆蓋。

3.3 干縮裂縫

3.3.1 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(zhǎng)時(shí)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，因此主要是由水泥石干燥收縮造成的。水泥石干燥收縮理論有毛細(xì)管張力學(xué)說、表面吸附學(xué)說和夾層水學(xué)說等，不論哪種學(xué)說，都是水分蒸發(fā)引起的?；炷恋乃终舭l(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(gè)月以上，有時(shí)甚至一年半載，而且裂縫發(fā)生在表層很淺的位置，裂縫細(xì)微，有時(shí)呈平行線狀或網(wǎng)狀，常常不被人們重視。

3.3.2 影響因素和防止措施

3.3.2.1 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。

3.3.2.2 水泥用量?；炷粮稍锸湛s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(shí)，還是盡可能降低水泥用量，因?yàn)楸盟突炷恋乃嘤昧科?，C20～C60混凝土的水泥用量一般約為350kg/m3～600kg/m3。

3.3.2.3 用水量?；炷恋母稍锸湛s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；在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，摻加適量減水率高、分散性能好的外加劑是非常必要的。

3.3.2.4 砂率?；炷恋母稍锸湛s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，但也應(yīng)在最佳砂率范圍內(nèi)，可以通過理論計(jì)算和工程實(shí)踐確定。

3.3.2.5 摻合料。礦渣、硅藻土、煤矸石、火山灰、赤頁巖等粉狀摻合料，摻加到混凝土中，一般都會(huì)增大混凝土的干燥收縮值。但是質(zhì)量良好、含有大量球形顆粒的一級(jí)粉煤灰，由于內(nèi)比表面積小、需水量少，故能降低混凝土干燥收縮值。

4 結(jié)束語

綜上所述，泵送商品混凝土，特別是在高強(qiáng)度、大流動(dòng)性條件下，由于水泥用量多，單位用水量大，砂率高和摻化學(xué)外加劑，使混凝土干燥收縮、產(chǎn)生裂縫的潛在危險(xiǎn)大，對(duì)此必須引起足夠重視。