泵送混凝土工藝施工裂縫的成因和防治措施

　　泵送混凝土是隨著現(xiàn)代施工技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展進(jìn)來(lái)的一種較為先進(jìn)的混凝土進(jìn)倉(cāng)方式，該工藝具有工藝簡(jiǎn)單、覆蓋范圍廣、便于現(xiàn)場(chǎng)操作等優(yōu)點(diǎn)。但是根據(jù)筆者參建的上海普茨邁斯特?cái)U(kuò)建廠房，JST三期等項(xiàng)目采用泵送混凝土的工程施工過程中出現(xiàn)的一些情況來(lái)看，泵送混凝土因本身的工藝特點(diǎn)及施工工藝等因素造成裂縫普遍存在，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。

一、有關(guān)混凝土裂縫的介紹

　　混凝土裂縫按其產(chǎn)生原因可分為兩類：

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　　這類裂縫包括結(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。

　?。ǘ┯赏夂奢d(靜、動(dòng)荷載)直接應(yīng)力引起的裂縫和次應(yīng)力引起的裂縫，這類裂縫屬于外因引起

　　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80%；屬于荷載引起的裂縫約占20%。對(duì)于處于運(yùn)動(dòng)和不穩(wěn)定擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的裂縫，應(yīng)考慮加固和補(bǔ)救措施。而對(duì)于穩(wěn)定、閉合、愈合的裂縫則可持久的應(yīng)用。例如有些具有防滲要求的混凝土結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)0.1～0.2mm裂縫時(shí)，可能開始時(shí)有輕微滲漏，但經(jīng)過一段時(shí)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(jié)晶，封閉和自愈合裂縫(鈣化)，防止了滲漏的產(chǎn)生。這種裂縫是穩(wěn)定的，不會(huì)影響工程結(jié)構(gòu)的使用和耐久性。

　　下面針對(duì)泵送混凝土的特點(diǎn)著重對(duì)變形變化引起的裂縫產(chǎn)生的原因、影響因素及防治措施進(jìn)行分析。

二、泵送混凝土的特點(diǎn)

　　（一）原材料和配合比

　　1.水泥用量較多

　　為保證混凝土具有良好的可泵性，強(qiáng)度等級(jí)為C20～C60的混凝土中水泥用量多為350～550kg/m3 。

　　2.常添加摻合料

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

　　3.砂率偏高、砂用量多

　　為保證混凝土的流動(dòng)性、粘聚性和保水性，以便于運(yùn)輸、泵送和澆筑，泵送混凝土的砂率一般要比普通流動(dòng)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(qiáng)度要求，規(guī)范規(guī)定粗骨料最大粒徑與管道直徑比≤1∶3。

　　5.水灰比宜為0.4～0.6

　　水灰比<0.4時(shí)，混凝土的泵送阻力急劇增大；>0.6 時(shí)，混凝土則易泌水、分層、離析，也影響泵送。

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　　6.泵送劑

　　多為高效減水劑復(fù)合以緩凝劑、引氣劑等，對(duì)混凝土拌合物流動(dòng)性和硬化混凝土的性能有影響，因而對(duì)裂縫也有影響。

　　（二）工藝

　　混凝土拌制在攪拌站進(jìn)行，原材料計(jì)量準(zhǔn)確，攪拌均勻，但也偶有失控情況，使計(jì)量與分散存在問題，影響混凝土的均勻性。

　　當(dāng)混凝土拌合物過干、過稀，運(yùn)輸時(shí)間過長(zhǎng)、停留時(shí)間過長(zhǎng)且未進(jìn)行攪拌均勻前入泵時(shí)，混凝土拌合物干稀不勻。

　　每個(gè)運(yùn)輸車中混凝土的坍落度相差過大，加入泵車內(nèi)輸送時(shí)，會(huì)使?jié)仓幕炷辆鶆蛐宰儔摹?

　　大體積混凝土施工，當(dāng)技術(shù)措施不當(dāng)或不完善時(shí)，易產(chǎn)生溫度裂縫。

　　大面積混凝土結(jié)構(gòu)，在澆筑后防風(fēng)、防曬、養(yǎng)護(hù)不足時(shí)，易產(chǎn)生干縮裂縫。

　　混凝土拌合物過干、人工、無(wú)稱量的加入高效減水劑或水時(shí)，混凝土質(zhì)量不易保證。

三、變形裂縫產(chǎn)生的原因和防治措施

　　（一）溫度裂縫

　　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，每克水泥釋放出502J的熱量，如果以水泥用量350～550kg/m3來(lái)計(jì)算，每立方米混凝土將放出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(guó)施工驗(yàn)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(dá)到65℃左右，在沒有降溫措施或澆筑溫度過高，混凝土內(nèi)部溫度有時(shí)還會(huì)更高。水泥水化熱在1～3d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3～5d，因?yàn)榛炷羶?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，一般認(rèn)為混凝土內(nèi)外溫差超過25℃，極易產(chǎn)生溫度裂縫。這種裂縫的特點(diǎn)是裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3～5d，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。混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土澆筑厚度及水泥品種、用量有關(guān)。混凝土分倉(cāng)越厚，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(duì)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(xiǎn)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。

　　2．防治措施

　　防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫最根本的措施就是合理進(jìn)行混凝土分層分塊，并在混凝土原材料及配合比選用、泵送混凝土澆筑工藝等方面控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差。

　　（1）合理進(jìn)行混凝土分層分塊

　　混凝土澆筑前，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)物結(jié)構(gòu)尺寸、倉(cāng)面大小及約束情況等合理進(jìn)行混凝土澆筑的倉(cāng)面劃分，保證分層分塊滿足設(shè)計(jì)及規(guī)范要求，大體積混凝土分層分塊不宜過厚過大，以避免產(chǎn)生溫度裂縫。

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　　（2）混凝土原材料和配合比的選用

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　　大體積鋼筋混凝土施工宜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。再有，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，每立方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(shí)際承受荷載的情況，對(duì)工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行復(fù)核與驗(yàn)算，并取得設(shè)計(jì)單位的同意后，可用60d或90d抗壓強(qiáng)度代替28d抗壓強(qiáng)度作為設(shè)計(jì)強(qiáng)度。最后，為減少水泥水化熱和降低內(nèi)外溫差，宜將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下，如果強(qiáng)度允許，盡量考慮采用摻加粉煤灰來(lái)調(diào)整。

　　②摻加摻合料：

　　混凝土中摻入一定數(shù)量?jī)?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(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)到占15%的要求，從而改善了可泵性。同時(shí)，依照大體積混凝土所具有的強(qiáng)度特點(diǎn)，初期處于較高溫度條件下，強(qiáng)度增長(zhǎng)較快、較高，但是后期強(qiáng)度增長(zhǎng)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(shí)度，從而改善了混凝土的后期強(qiáng)度。但是值得注意的是，摻加粉煤灰混凝土的早期抗拉強(qiáng)度和極限變形略有降低。因此，對(duì)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)。特別重要的效果是摻加原狀或磨細(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。摻加粉煤灰的水泥混凝土的溫度和水化熱，在1～28d齡期內(nèi)，大致為：摻入粉煤灰的百分?jǐn)?shù)就是溫度和水化熱降低的百分?jǐn)?shù)，即摻加20%粉煤灰的水泥混凝土，其溫升和水化熱約為未摻粉煤灰的水泥混凝土的80%，可見摻加粉煤灰對(duì)降低混凝土的水化熱和溫升的效果是非常顯著的。
　　

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