泵送混凝土施工裂縫成因及防治措施探討

李能和

泵送混凝土施工裂縫成因及防治措施探討

李能和

介紹了泵送混凝土裂縫的幾種類型,根據泵送混凝土的特點,分析了裂縫的形成原因,探討了工程實際中切實可行的控制和防治措施,從而使裂縫的危害降低到最低程度。

泵送混凝土,裂縫,摻合料,防治措施

泵送混凝土具有提高生產效率、環保、對薄壁密筋結構可少振搗或不振搗施工等優點,因此在我國的基礎設施建設中應用十分廣泛,尤其在隧道的襯砌施工中是不可或缺的。但是,與普通混凝土相比,泵送混凝土需要具有較大的流動性和粘聚性,流動性的增大,致使早期裂縫問題在泵送混凝土施工中顯得十分突出。裂縫的出現不僅影響結構的承載作用,更重要的是會造成鋼筋銹蝕,影響結構的耐久性,導致混凝土結構的使用年限減少。所以,我們對泵送混凝土施工裂縫一定要充分的重視。

1 混凝土裂縫簡述

混凝土裂縫按其產生原因可分為兩類：

1)由變形變化引起的裂縫：這類裂縫包括結構因溫度、濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫。其特征是結構要求變形,當受到約束和限制時產生內應力,應力超過一定數值后產生裂縫,裂縫出現后變形得到滿足,內應力松弛。這種裂縫寬度大、內應力小,對荷載的影響小,但對耐久性損害大。

2)由外荷載(靜、動荷載)直接應力引起的裂縫和次應力引起的裂縫：這類裂縫屬于外因引起。

據國內外調查資料表明,工程結構產生屬于變形變化(溫濕度、收縮與膨脹、不均勻沉降)引起的裂縫約占 80%;屬于荷載引起的裂縫約占 20%。對于處于運動和不穩定擴展狀態的裂縫,應考慮加固和補救措施。而對于穩定、閉合、愈合的裂縫則可持久的應用。例如有些具有防滲要求的混凝土結構中出現 0.1mm～0.2mm裂縫時,可能開始時有輕微滲漏,但經過一段時間后,裂縫處的水泥水化析出 Ca(OH)2,逐漸彌合了裂縫,并與大氣中CO2作用,形成 CaCO3結晶,封閉和自愈合裂縫(鈣化),防止了滲漏的產生。這種裂縫是穩定的,不會影響工程結構的使用和耐久性。本文主要就變形裂縫產生的原因和防治措施進行論述。

2 泵送混凝土的特點

泵送混凝土的主要特點如下：

1)水泥用量較多。為保證混凝土具有良好的可泵性,強度等級為 C20～C 60的混凝土中水泥用量多為 350 kg/m3～550 kg/m3。

2)常添加摻合料。為改善混凝土性能,節約水泥和降低造價,混凝土中時常摻加粉煤灰、礦渣、廢石粉等摻合料。

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,泵送混凝土的砂率一般要比普通流動性混凝土大,約為 38%～45%。

4)粗骨料最大粒徑。為滿足泵送和抗壓強度要求,規范規定粗骨料最大粒徑與管道直徑比不大于 1∶3。

5)水灰比宜為 0.4～0.6。水灰比小于 0.4時,混凝土的泵送阻力急劇增大;水灰比大于 0.6時,混凝土則易泌水、分層、離析,也影響泵送。

6)泵送劑。多為高效減水劑復合以緩凝劑、引氣劑等,對混凝土拌合物流動性和硬化混凝土的性能有影響,因而對裂縫也有影響。

3 溫度裂縫產生的原因和防治措施

3.1 產生的原因和特征

水泥水化過程中產生大量的熱量,每克水泥釋放出 50.2 J的熱量,如果以水泥用量 350 kg/m3～550 kg/m3來計算,每立方米混凝土將放出 17 500 kJ～27 500 k J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。如果按照我國施工驗收規范規定澆筑溫度為 28℃,則可使混凝土內部溫度達到 65℃左右,在沒有降溫措施或澆筑溫度過高時,混凝土內部溫度有時還會更高。水泥水化熱在1 d～3 d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 d～5 d,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低,形成溫度梯度,造成溫度變形和溫度應力。溫度應力和溫差成正比,溫差越大,溫度應力也越大。當這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,一般認為混凝土內外溫差超過 25℃,極易產生溫度裂縫。這種裂縫的特點是裂縫出現在混凝土澆筑后的 3 d～5 d,初期出現的裂縫很細,隨著時間的發展而繼續擴大,甚至達到貫穿的情況。

混凝土內部的溫度與混凝土澆筑厚度及水泥品種、用量有關?；炷练謧}越厚,水泥用量越大,水化熱越高的水泥,其內部溫度越高,形成溫度應力越大,產生裂縫的可能性越大。對于大體積混凝土,其形成的溫度應力與其結構尺寸相關,在一定尺寸范圍內,混凝土結構尺寸越大,溫度應力也越大,因而引起裂縫的危險性也越大,這就是大體積混凝土易產生溫度裂縫的主要原因。

3.2 防治措施

3.2.1 原材料和配合比的選用

1)水泥品種和用量。

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,使混凝土出現早期升溫和后期降溫,產生內部和表面的溫差。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。為控制水化熱所造成的溫度升高、減少溫度應力,可以根據工程結構實際承受荷載的情況,對工程結構的強度和剛度進行復核與驗算,并取得設計單位的同意后,可用60 d或 90 d抗壓強度代替28 d抗壓強度作為設計強度。充分利用混凝土的后期強度,則可使每立方米混凝土的水泥用量減少 40 kg～70 kg左右,混凝土溫度相應降低 4℃～7℃。其次,為減少水泥水化熱和降低內外溫差,應將水泥用量盡量控制在 450 kg/m3以下。

2)摻加摻合料。

如混凝土中摻入一定量的優質粉煤灰,不但能代替部分水泥,并可降低混凝土中水泥水化熱。

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性、粘聚性和保水性。由于其減水和分散作用,在降低用水量和提高強度的同時,還可降低水化熱,推遲放熱峰出現的時間,因而減少溫度裂縫。

4)選用優良的粗細集料根據結構最小斷面尺寸和泵送管道內徑,選擇合理的最大粒徑,盡可能選用較大的粒徑。例如 5mm～40mm粒徑可比 5mm～25mm粒徑的碎石或卵石混凝土減少用水量 6 kg/m3～8 kg/m3,降低水泥用量 15 kg/m3,因而減少泌水、收縮和水化熱。優先選用天然連續級配的粗集料,使混凝土具有較好的可泵性,減少用水量、水泥用量,進而減少水化熱。細集料以采用級配良好的中砂為宜。實踐證明,采用細度模數 2.8的中砂比采用細度模度 2.3的中砂,可減少用水量 20 kg/h～25 kg/h,降低水泥用量 28 kg/m3～35 kg/m3,因而降低了水泥水化熱、混凝土溫升和收縮。

3.2.2 施工工藝改進

1)控制混凝土出機溫度和澆筑溫度。

高溫季節施工時,混凝土最高澆筑溫度不得超過 28℃。降低混凝土出機溫度和澆筑溫度,最有效的方法是降低原料溫度,混凝土中石子比熱較小,所占重量最大,所以應設法降低石子溫度。此外,攪拌運輸車罐體、泵送管道保溫,冷卻也是必要的措施。

2)改進工藝。

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,提高粘結力和抗拉強度,并減少內部裂縫與氣孔,提高抗裂性。為了嚴格控制大體積混凝土的內外溫差,確?；炷临|量,減少裂縫,養護是一個十分重要和關鍵的工序,必須切實做好。

4 結語

泵送混凝土的開裂是個很復雜的問題,影響因素較多,它與混凝土原材料、配合比、施工工藝、養護條件、拆模時間以及環境溫濕度有關,裂縫的產生往往是多種因素疊加的結果,盡管裂縫的發生是不可避免的,但通過合理設計、泵送混凝土配合比優化、合理的施工工藝、加強澆筑現場的養護工作、事后及早處理等多方面措施,可以將裂縫的危害降低到最低程度。

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[3]王彥宏.泵送混凝土施工技術探討[J].工程科學,2010(9)：81.

The discussion of causes and preventive measures for pump concrete construction cracks

LINeng-he

Introduces some types for cracks on the pumping concrete,according to the characteristic of pump concrete,the causes of pump concrete construction cracks are analyzed,the control and preventivemeasures of construction crackswhich can be applied in the practice projects are p roposed,so as to lower the hazards of the cracks tominimum.

pump concrete,cracks,admixture,preventivemeasures

TU755.7

B

1009-6825(2011)03-0101-02

2010-09-27

李能和(1983-),男,助理工程師,中鐵隧道集團一處有限公司,重慶 401121