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(jù)泵送混凝土的特點(diǎn),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(chǎn)效率、環(huán)保、對薄壁密筋結(jié)構(gòu)可少振搗或不振搗施工等優(yōu)點(diǎn),因此在我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中應(yīng)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(xiàn)不僅影響結(jié)構(gòu)的承載作用,更重要的是會造成鋼筋銹蝕,影響結(jié)構(gòu)的耐久性,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)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(chǎn)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(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(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%。對于處于運(yùn)動和不穩(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) 0.1mm～0.2mm裂縫時,可能開始時有輕微滲漏,但經(jīng)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(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,不會影響工程結(jié)構(gòu)的使用和耐久性。本文主要就變形裂縫產(chǎn)生的原因和防治措施進(jìn)行論述。

2 泵送混凝土的特點(diǎn)

泵送混凝土的主要特點(diǎn)如下：

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(jié)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(yùn)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(qiáng)度要求,規(guī)范規(guī)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(fù)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(chǎn)生的原因和防治措施

3.1 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 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(nèi)部溫度升高,在澆筑溫度的基礎(chǔ)上,通常升高 35℃左右。如果按照我國施工驗收規(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時,混凝土內(nèi)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(nèi)部的最高溫度大約發(fā)生在澆筑后的 3 d～5 d,因為混凝土內(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,就會產(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 d～5 d,初期出現(xiàn)的裂縫很細(xì),隨著時間的發(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。

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(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,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(yīng)力,可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)實際承受荷載的情況,對工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行復(fù)核與驗算,并取得設(shè)計單位的同意后,可用60 d或 90 d抗壓強(qiáng)度代替28 d抗壓強(qiáng)度作為設(shè)計強(qiáng)度。充分利用混凝土的后期強(qiáng)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(yīng)降低 4℃～7℃。其次,為減少水泥水化熱和降低內(nèi)外溫差,應(yīng)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(yōu)質(zhì)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(qiáng)度的同時,還可降低水化熱,推遲放熱峰出現(xiàn)的時間,因而減少溫度裂縫。

4)選用優(yōu)良的粗細(xì)集料根據(jù)結(jié)構(gòu)最小斷面尺寸和泵送管道內(nèi)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(yōu)先選用天然連續(xù)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(jìn)而減少水化熱。細(xì)集料以采用級配良好的中砂為宜。實踐證明,采用細(xì)度模數(shù) 2.8的中砂比采用細(xì)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(jìn)

1)控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度。

高溫季節(jié)施工時,混凝土最高澆筑溫度不得超過 28℃。降低混凝土出機(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,所占重量最大,所以應(yīng)設(shè)法降低石子溫度。此外,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。

對已澆筑的混凝土,在終凝前進(jìn)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(jié)力和抗拉強(qiáng)度,并減少內(nèi)部裂縫與氣孔,提高抗裂性。為了嚴(yán)格控制大體積混凝土的內(nèi)外溫差,確?；炷临|(zhì)量,減少裂縫,養(yǎng)護(hù)是一個十分重要和關(guān)鍵的工序,必須切實做好。

4 結(jié)語

泵送混凝土的開裂是個很復(fù)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(yǎng)護(hù)條件、拆模時間以及環(huán)境溫濕度有關(guān),裂縫的產(chǎn)生往往是多種因素疊加的結(jié)果,盡管裂縫的發(fā)生是不可避免的,但通過合理設(shè)計、泵送混凝土配合比優(yōu)化、合理的施工工藝、加強(qiáng)澆筑現(xiàn)場的養(yǎng)護(hù)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。

[1]唐福權(quán).泵送混凝土早期裂縫原因分析及對策[J].山西建筑,2003,29(10)：97-98.

[2]王紅兵.泵送商品混凝土裂縫的防治[J].上海建材,2010(3)：37-38.

[3]王彥宏.泵送混凝土施工技術(shù)探討[J].工程科學(xué),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(tuán)一處有限公司,重慶 401121