摘 要:针对目前泵送混凝土在施工过程中经常出现的裂缝问题,分别就温度引起的裂缝、干缩引起的裂缝、沉陷收缩裂缝的产生原因和预防措施进行了详细阐述,以解决泵送混凝土的裂缝问题。
关键词:泵送混凝土,施工裂缝,成因,预防
中图分类号: TU755. 6 文献标识码:A
泵送混凝土指用混凝土泵沿管道输送和浇筑混凝土拌合物。是随着现代施工技术进步而发展起来的,我国泵送混凝土施工技术始于1979 年上海宝山钢铁厂工程,它的广泛使用加快了施工进度,提高了工效,占用场地小,也减少了对环境的污染。集中搅拌混凝土不仅能改善混凝土的施工性能、施工质量和提高文明施工程度,而且也能减少收缩、防止开裂、提高抗渗性、改善耐久性。但在工程的实际应用中发现,泵送混凝土因本身的工艺特点及施工工艺等因素造成裂缝普遍存在现象,在很大程度上影响结构的抗渗和耐久性能,应该引起足够重视。现根据工程应用实践及国家现行施工规范要求,对泵送混凝土裂缝的产生原因及预防措施进行分析。
1 温度引起的裂缝
1. 1 温度裂缝产生的原因及特点
水泥水化过程中会产生大量的热量,每克水泥可释放502 J的热量,假如以水泥用量350 kg/ m3～500 kg/ m3 来计算,1 m3 混凝土将释放出175 kJ～250 kJ 的热量,从而使混凝土内部的温度上升高达90 ℃。由于水泥水化热量的传递、积聚使混凝土内部的温度在浇筑后的3 d～5 d 内达到最高值。由于混凝土外表面受模板的较大约束,其散热受到阻碍,形成内部与表面的温差梯度,当内外温差大于25 ℃时,则产生裂缝。这种裂缝的特点是一般发生在混凝土浇筑后的3 d～5 d ,开始出现的裂缝很细,随着时间的延长而继续扩大,甚至会出现贯穿整个结构体的裂缝,这是使用和规范都不能允许的质量问题。
1. 2 造成的影响和预防措施
混凝土结构尤其是大体积混凝土,温度应力一般同结构的尺寸有关,控制混凝土内部温度应力的关键是同表面温度的温差梯度。大体积混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的集中释放。减少温差的措施之一是选择水化热低的水泥,同时减少单位水泥用量。
国内外大量试验研究和工程实践表明,在混凝土中掺入一定量优质的粉煤灰,不但不会降低强度,而且对强度有一定的增长,更重要的是能降低混凝土的水化热。掺入粉煤灰的百分率就是水化热温度降低的百分数,如掺水泥量25 %的粉煤灰混凝土,其水化热温度为未掺粉煤灰混凝土的75 % ,对大体积混凝土的水化热温度降低十分明显。
掺入多种功能的泵送混凝土外加剂,可以改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性。由于其减水作用和分散性,凝结时间可延缓3 h～5 h ,推迟热量出现的时间,降低大体积混凝土的同时产生高温,形成峰值。
选择优质的骨料,其粗骨料粒径较大为好。采用5 mm～40 mm粒径较5 mm～25 mm 粒径的碎石混凝土可减少用水量8 kg/ m3 ,降低水泥用量15 kg/ m3 。采用细度模数2. 8 中砂与采用细度模数2. 3 的中砂相比,可减少用水量20 kg/ m3 左右,可降低水泥用量30 kg/ m3 左右。泵送混凝土的砂率很重要,砂率过大不仅会影响混凝土的工作性而且能增加收缩裂缝。
对拌合混凝土的出机温度和浇筑温度有明确的规定,现行的SDJ 207 水工混凝土施工规范和GB 50204 混凝土结构工程施工质量验收规范中都明确规定“, 高温季节施工时,混凝土最高浇筑温度不得超过28 ℃”。国外发达国家的规范也要求新拌混凝土最高温度不得超过35 ℃。为了有效控制混凝土拌合出机温度和浇筑温度,最有效的方法是降低原材料的温度。混凝土中的粗骨料比热低,且1 m3 混凝土中所占比例最大,最有效的措施是降低石子的温度。夏季施工要搭设简易遮阳棚,避免太阳直射石子。
同时由于环境气温高,可使用粗骨料浇水降温,并可冲掉骨料中的杂物。另外,对搅拌运输车辆、输送管道外部保温隔热,应用表明也是有效的降温措施。
采用二次投料和二次振捣也是减少混凝土表面裂缝的有效措施。净浆二次投料拌合工艺,可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上,使凝结后界面的过渡层结构紧密、粘结力增大。
2 干缩引起的裂缝
2. 1 干裂的原因和表现特性
混凝土的干缩裂缝是极其普遍的,干燥收缩主要是因早期失水过多在凝结后长时间未及时补充水分引起的。混凝土的干燥收缩是由于为保证混凝土浇筑时的施工性能而多加入的水分蒸发后产生的干燥收缩引起的。由于混凝土内部蒸发干燥非常缓慢,产生干燥收缩裂缝多在1 个月至数个月,有时甚至1 年以上时间。裂缝多发生在混凝土表层位置,有时呈细裂、线状或网状,这种裂缝一般不易引起人们的重视。但在使用过程中,空气中有害气体的侵蚀使钢筋逐渐锈蚀,加快表面的碳化速度。干燥收缩裂缝不仅严重损坏薄壁结构体的耐久性,也会造成大体积混凝土裂缝的发展加大,影响混凝土的承载力和使用寿命。
2. 2 干燥收缩裂缝影响和预防措施
一般来说,水泥的需水量越大,混凝土的干燥收缩越大,不同水泥混凝土的干燥收缩按其大小顺序排列为:矿渣硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、中低热水泥和粉煤灰水泥。所以,从减少收缩的角度出发,宜采用中低热水泥和粉煤灰水泥。混凝土干燥收缩量随水泥用量的增加而增大,但增大量不显著。同样,混凝土的干燥收缩量受用水量的影响较大。在高水泥用量条件下,混凝土的干燥收缩量随用水量的增加而急剧增大,水灰比越大干燥收缩值越大。例如混凝土的沉陷裂缝、干燥裂缝都是由于混凝土配合比的用水量过大造成的。对于浇筑地下剪力墙和薄壁建筑的用水量,必须控制在不大于0. 55 的范围内。
混凝土中的矿物掺合料如矿渣、煤矸石、火山灰、硅藻土、赤页岩等粉状料,按一定比例掺入混凝土中,几乎都会增大混凝土的干燥收缩量。但性能优良的粉煤灰掺合料,能降低混凝土的干燥收缩值。
混凝土中掺入一定量的微膨胀剂可以减小混凝土的干燥收缩量,抵抗裂缝的产生。在地下工程、水工混凝土和建筑物的后浇带处,混凝土配合料中都掺入微膨胀剂,其膨胀量小于0. 25 % ,起到收缩的补偿作用,对防止和减少裂缝的数量有一定的作用。
另外,混凝土在终凝前后的保温、保湿不容忽视,对减少早期裂缝十分关键。
3 沉陷收缩裂缝
3. 1 产生沉陷收缩裂缝的原因
采用泵送混凝土的现浇建筑工程中,尤其是板、墙等表面系数大的结构体,模板拆除后很快就可发现有一些连续性的水平裂缝,其缝的特征是两端窄、中间宽,呈棱形状。裂缝的部位常发生在板内水平钢筋下部和板肋相交处、梁板交接处、结构截面变化处。这种裂缝产生的原因是混凝土流动性过大,也可能是流动性不足以及不均匀。振捣过快或未到位,在凝结前没有自沉密实,钢筋妨碍沉陷不够,这种沉陷受模板的制约等。一般是裂缝在混凝土浇筑后1 h～3 h 即发生,其深度较浅,只在钢筋的上表面。
3. 2 沉陷裂缝的影响和防治措施
要预防此类裂缝的产生,控制混凝土的单位用水量十分重要,水灰比要求在0. 6 以下,而1 m3 用水量不超过180 kg ,坍落度小于50 mm ,混凝土的振捣必须按要求进行,不得过振或漏振。过振会造成胀模,漏振不能振密实,振捣棒在一个振点的时间不超过15 s ,快插慢拔。在梁、板、柱和墙的截面变化处认真分层进料、分层振捣;在混凝土浇筑后停置一段时间,掌握在终凝前实行二次振捣,然后再对表面进行压抹,对消除沉陷及表面裂缝效果明显。但必须及时覆盖保湿,防止失水太快而干缩开裂。
浇筑成型混凝土的养护至关重要,任何混凝土工程都强调和重视对其的养护,养护不只是保湿,而且也要求保温。保温能减少混凝土表面温度的散失,降低混凝土表面同内部的温差梯度,减少裂缝的大量产生。由于表面温度因保护而延长,使混凝土强度和松弛作用得到充分发挥,结构体的总温差产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度,降低了贯穿性裂缝出现的可能。
以上简要分析了泵送混凝土在施工过程中容易产生裂缝的原因及简单的预防措施,未涉及集中搅拌站对预拌混凝土的质量控制。由于泵送混凝土在大流动条件下,在单位水泥和用水量、坍落度较大情况下,需要高砂率和掺入多种外加剂,产生裂缝的频率非常高。为了保证建筑工程的强度和耐久性,要求预拌混凝土在满足可泵性的前提下,尽量降低水灰比和采用低水化热水泥,减少水泥用量,掺入微膨胀剂和外加剂,加强二次振捣和二次投料的搅拌工艺。在混凝土表面增加压抹次数以消除干缩沉陷裂缝,并加强早期的保温和保湿工作。这些具体技术措施,实践表明是最有效的方法。
参考文献:
[1 ]张明清. 浅谈泵送混凝土施工技术[J ] . 山西建筑,2005 ,31 (4) :75276.
[2 ] 张化民. 大体积混凝土施工裂缝控制分析[ J ] . 山西建筑,2005 ,31 (7) :1092110.
