泵送混凝土裂縫的成因和防治措施分析

孫友態　陳　達

摘 要:近年來,泵送混凝土在各種建筑施工中得到廣泛應用,不但提高了工效,節約了施工成本,同時還解決了施工現場復雜、高空施工輸送混凝土的問題。泵送混凝土勻質性好,不僅能改善混凝土的施工性能,對薄壁密筋結構實現少振搗或不振搗施工;而且能減少收縮、防止裂縫、提高抗滲性、改善耐久性。本文介紹了泵送混凝土的特點,分析了裂縫的成因,并提出了相應的防治措施,供大家參考。

關鍵詞:泵送混凝土;溫度裂縫;干縮裂縫;塑性裂縫

1 前言

工程實踐表明,泵送混凝土強度不足、凝結異常時有發生,特別是裂縫普遍存在,在一定程度上影響結構的抗滲性和耐久性。因此,認真對待泵送混凝上裂縫的研究,采取合理的處理方法,是一項非常重要的工作。本文重點分析其產生的原因,找出防止裂縫的措施。

2 泵送混凝土的特點

2.1 原材料和配合比

2.1.1 水泥用量較多

強度等級C20-C60的混凝土水泥用量范圍為350-550kg/m3。

2.1.2 超細摻合料時有添加為改善混凝土性能,節約水泥和降低造價,混凝土中摻加粉煤灰、礦渣、沸石粉等摻合料。

2.1.3 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%。

2.1.4 石子最大粒徑

為滿足泵送和抗壓強度要求,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

多為高效減水劑復合以緩凝劑、引氣劑等對裂縫也有影響。

2.2 工藝。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。多數攪拌站未設細摻合料、粉狀泵送劑、粉狀膨脹劑稱量和料倉,采用容積法,使計量和分散存在問題,影響混凝土的均勻性。當混凝土拌合物過干、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,混凝土拌合物干稀不均。每個運輸車中混凝土的坍落度相差過大,加入泵車內輸送時,會使澆筑的混凝土均勻性變差。對于大體積混凝土施工,當技術措施不當或不完善時,易產生溫度裂縫。混凝土大面積板材,在澆筑后防風、防曬、養護不足時,易產生干縮裂縫。

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。水泥水化時每克水泥放出50.2J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,從而使混凝土內部溫度升高,在澆筑溫度的基礎上,通常升高35℃左右,如果按我國施工驗收規范規定澆筑溫度為280C,則可使混凝土內部溫度達到65~C左右。如果沒有降溫或澆筑溫度過高,混凝土內部溫度高達80-900C的情況也時有發生。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,混凝土內部的最高溫度大約發生在澆筑后的3～5天。因為混凝土內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,造成溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成正比,溫差越大,溫度應力也越大。當種溫度應力超過混凝土的內外約束應力(包括混凝土抗拉強度)時,就會產生裂縫。

3.1.2 防止措施

在材料方面。嚴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;選擇合適的骨料級配,增強混凝土的和易性,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,如木質素磺酸鈣減水劑、粉煤灰等,優化混凝土配合比,改善混凝土的性能,從而降低水化熱。

在施工、設計方面:①控制混凝土的出機溫度。對混凝土出機溫度影響最大的是石子與砂的溫度,采用預冷骨料、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。運輸時,對運輸車進行遮陽防曬和保溫措施。②掌握和調整好混凝土澆筑時間。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,減少結構的內外溫差。③及時對混凝土進行保溫、保濕養護。盡量減少混凝土的暴露面和暴露時間,避免夏季遭受暴曬,防止冬季經受寒潮沖擊,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,粗骨料在振動棒和重力的作用下下沉,水泥漿體、氣泡上浮,當受到鋼筋、預埋件等局部阻礙不均勻沉降時產生拉應力而引發變形裂縫。沉降裂縫在澆注后1～3h內混凝土表面水消失時出現,直到混凝土硬化才停止發展。這種裂縫常常發生在鋼筋、預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,盡可能減少坍落度。摻加適量質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。混凝土攪拌時間要適當,時間過短或過長都會造成拌合物均勻性變壞而增大沉陷。混凝土澆筑時,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天氣,為防止水分激烈蒸發形成內外硬化不均和異常收縮引起裂縫,應采取緩凝和覆蓋。

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間產生的水分蒸發引起的。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,干縮裂縫不僅嚴重損害薄壁結構的抗滲性和耐久性,也會使大體積混凝土的表面裂縫發展成為更嚴重的裂縫,影響結構的耐久性和承載能力。

3.3.2 防止措施

在材料方面:①水泥:水泥應符合國家現行標準《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,硬化時收縮越大,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,按收縮值排序為: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計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:祖骨料最大粒徑應滿足結構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。粗骨料必須是連續級配,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度。③細骨料:細骨料級配應合理,并優先選用中砂,控制云母、硫化物、有機質、粘土、淤泥等有害物質含量,降低混凝土收縮。

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

3.4 施工裂縫

3.4.1 裂縫形成的原因:施工單位為滿足進度要求,往往現場混凝土澆注后沒有達到規范規定的要求就開始后續施工或堆放臨時荷載,此時混凝土尚處于凝結硬化初期,抗拉強度低,遇模板支柱松動下沉或施工時局部堆料較多,在薄弱部位產生不規則放射網狀裂縫。泵送依次分層澆筑混凝土時經常需要拆裝管路,牽動軟管布料及排障等,操作人員來回在鋼筋上走動會踩動鋼筋或碰動預埋件。

3.4.2 防止措施:混凝土澆筑前應認真檢查鋼筋是否綁扎牢固。為使配管和布料方便,應在澆注部位另設配管支架和操作腳手鋪運,以防踩亂鋼筋,對輸送管道下面受泵沖擊影響較大的部位,應用拉條等牽拉牢固,防止模板和鋼筋變位。混凝土澆筑完畢后及時覆蓋塑料薄膜或濕草袋,控制混凝土上樓板支模、拆模和上人作業時間。

結束語

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