泵送混凝土裂缝的防治措施

作者:谢洪军 章如虎来源:工程项目管理网 日期:2011年5月10日 16:00

       泵送混凝土属于大流态的混凝土,它与过去现场自拌的混凝土相比,具有坍落度大、砂率大、水泥用量多等显著特点。笔者结合多个项目泵送混凝土的施工实践发现,泵送混凝土施工出现的裂缝普遍存在,在一定程度上影响结构的抗渗性和耐久性。本文主要论述混凝土裂缝的形成原因及其防治措施。
       一、泵送混凝土的特点
      1.水泥用量较多,为保证混凝土具有良好的可泵性,混凝土中的水泥用量多为350~550千克/立方米。
      2.常添加掺合料,为改善混凝土的性能、节约水泥和降低造价,混凝土中时常掺加粉煤灰、矿渣、滑石粉等掺合料。
      3.砂率偏高、砂用量多。为保证混凝土的流动性、粘聚性和保水性,以便运输、泵送和浇筑,泵送混凝土的砂率一般要比普通流动性混凝土大,约为38%~45%。
      4.粗骨料最大粒径为满足泵送和抗压强度要求,规范规定粗骨料最大粒径与普通直径比≤1/3。
      5.水灰比宜为0.4~0.6。水灰比<0.4时,混凝土的泵送阻力急剧增大;水灰比>0.6时,混凝土则易泌水、分层、离析,也影响泵送。
      6.泵送剂:多为高效减少剂复合以缓凝剂、引气剂等,对混凝土拌合物流动性和硬化混凝土的性能有影响,因而对裂缝也有影响。
      二、裂缝原因分析和防治措施
      (一)温度裂缝
      1.产生的原因
       水泥在水化过程中产生大量的热量,若按502焦/克的热量释放计算,如水泥按350~550千克/立方米来计算,则释放的热量每立方米为17500~27500千焦的热量,从而使混凝土内部温度升高。如果按照我国施工验收规范规定混凝土浇筑温度为28℃,则可使混凝土内部温度达到65℃左右,如果没有降温措施,混凝土内部温度有时还会更高。水泥水化热在1~3天可放出热量的50%。由于热量的传递、积存,混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的3~5天,因为混凝土内部和表面的散热条件不同,所以混凝土中心温度低,形成温度梯度,造成温度应力。当这种温度应力超过混凝土的内外约束力(包括混凝土抗拉强度)时,就会产生裂缝。一般认为,混凝土的内外温差超过25℃,极易产生温度裂缝,这种裂缝出现在混凝土浇筑后的3~5天,初期出现的裂缝很细,随着时间的发展而继续扩大,甚至达到贯穿的情况。
       混凝土内部的温度与混凝土浇筑厚度及水泥品种、用量有关。混凝土分层越厚,水泥用量越大,水化热越高的水泥,其内部温度越高,形成温度应力越大,产生裂缝的可能性也越大。
        对于大体积混凝土,其形成的温度应力与其结构尺寸相关,在一定尺寸范围内,混凝土结构尺寸越大,温度应力也越大,因而引起裂缝的危险性也越大,这就是大体积混凝土易产生温度裂缝的主要原因。
        2.防治措施
        防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是合理进行混凝土分层分块,并在混凝土原材料及配合比选用、泵送混凝土浇筑工艺等方面控制混凝土内部和表面的温度差。
        (1)合理进行混凝土分层分块
       混凝土浇筑前,应根据结构物的结构尺寸、仓面大小及约束情况等合理进行混凝土浇筑的仓面划分,保证分层分块满足设计及规范要求,大体积混凝土分层分块不宜过大,以避免产生温度裂缝。

        (2)混凝土原材料和配合比的选用
       水泥品种选择和水泥用量控制:大体积混凝土施工宜选用中热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥,在掺加泵送剂或粉煤灰时,也可选用矿渣硅酸盐水泥。在满足强度的条件下,尽可能减少水泥用量,控制在450克/立方米以下,经研究和经验表明,每立方米混凝土的水泥用量增减10千克,其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低1℃。
       选择质量优良的粗细骨料:根据结构最小断面尺寸和泵送管道内径,选择合理的最大粒径的粗骨料。天然连续级配的粗骨料可使混凝土具有较好的可泵性,减少用水量、水泥用量,进而减少水化热。例如5~40毫米粒径比5~25毫米粒径的碎石或卵石混凝土可减少用水量6~8千克/立方米,降低水泥用量15千克/立方米,因而减少泌水、收缩和水化热。细骨料采用级配良好的中砂为宜。实践证明,采用细度模数2.8的中砂比采用细度模数2.3的中砂,可减少用水量20~25千克/立方米,可降低水泥用量28~35千克/立方米,因而降低了水泥水化热,混凝土温升和收缩。

       添加掺合料:除了掺加具有减水、增塑、缓凝、引气的泵送剂,混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后,不但能代替部分水泥,而且能起到润滑作用,可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性,并且能够补充泵送混凝土中粒径在0.315毫米以下的细集料达到占15%的要求,从而改善了可泵性。特别重要的效果是掺加粉煤灰之后,可以降低混凝土中水泥水化热,减少绝热条件下的温度升高,如混凝土在1~28天龄期内,掺加20%粉煤灰的水泥混凝土,其温升和水化热约为未掺加粉煤灰的水泥混凝土的80%。可见,添加粉煤灰对降低混凝土的水化热和温升的效果是非常显著的。
        (3)泵送混凝土施工工艺改进
        控制混凝土出机温度和浇筑温度:对于浇筑温度的控制,规范中有明确规定,高温季节施工时,混凝土最高浇筑温度应≤28℃。降低混凝土的出机温度,最有效的方法是降低原材料温度,根据测温掌握温度变化情况,采用冰水搅拌混凝土,粗细骨料遮阳防晒或洒冷水降温等措施降低混凝土的浇筑温度。除此之外,搅拌运输车罐体、泵送管道保温、冷却也是必要的措施。
        改进工艺:振动工艺,对已浇筑的混凝土,在终凝前进行二次振动,可排除混凝土因泌水而在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分,提高粘结力和抗拉强度,并减少内部裂缝与气孔,提高抗裂性。养护工艺,为了严格控制大体积混凝土的内外温差,确保混凝土质量,减少裂缝,必须切实做好养护工作,养护要做到使混凝土表面经常保持湿润,养护时间为28天。通过养护、保持了适当的温度和湿度条件,降低混凝土表层的温度差,防止表面裂缝。
        (二)塑性收缩裂缝
       1.产生的原因
      采用泵送混凝土现浇的各种钢筋混凝土结构中,经常出现一种早期裂缝,即塑性收缩裂缝,造成混凝土塑性收缩裂缝的主要原因是混凝土在塑性状态时混凝土表面失水过快造成的,常发生在混凝土板或表面积较大的墙面上,一般长度大约0.2~2米,宽度为1~5毫米,从外观分为无规则网络状和混凝土构件截面变化等规则的形状,深度一般3~10厘米,裂缝在混凝土浇筑后1~3小时内出现。
        2.防治措施
         严格控制混凝土单位用水量及水灰比,在满足泵送和浇筑要求时,尽可能减少坍落度;掺加适量、质量良好的泵送剂和掺合料,可改善工作性,减少沉陷;混凝土搅拌时间要适当,时间过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷;混凝土应分层浇筑、振捣密实,振捣时间以10~15秒/次为宜,在混凝土浇筑1~1.5小时后,混凝土尚未凝结之前,对混凝土进行二次振捣,表面要压实抹光;在浇筑混凝土前,对模板进行预湿,混凝土浇筑成型后,采取措施,有利于降低混凝土表面的温度,如覆盖塑料薄膜等,防止因水分急剧蒸发而形成内外硬化不均和异常收缩引起的裂缝。
        (三)干燥收缩裂缝
        1.产生原因
        当混凝土因养护不够,表面水分蒸发过快,混凝土表面收缩加快,受混凝土内部的约束,将在表面产生拉应力,便产生裂缝。水泥水化反应,使混凝土内部和表面形成很大的温差,混凝土抗拉强度不足以抵抗因收缩产生的拉应力时,便产生表面裂缝。
        2.防治措施
        水泥用量的控制,混凝土干燥收缩随着水泥用量的增大而增大,因泵送混凝土的水泥用量偏高,在满足强度质量的前提下,在有可能减少水泥用量时,还是尽可能降低水泥用量。
        用水量控制,混凝土的干燥收缩受用水量的影响很大,在同一水泥用量条件下,混凝土的干燥收缩和用水量成正比,当水泥用量较高的条件下,混凝土的干燥收缩随着用水量的增加而急剧增大。即水灰比越大,干燥收缩越大。因此严格控制泵送混凝土的用水量是减少裂缝的根本措施。
        砂率控制:混凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大,但增加的数值不大。泵送混凝土宜加大砂率,使其控制在最佳砂率范围内,可通过理论计算和工程实践确定。
        掺合料控制:质量良好,含有大量球形颗粒的一级粉煤灰,由于内比表面积小、需水量少,能降低混凝土干燥收缩值。
        养护时间和方法控制:混凝土浇筑面表面干燥过快,产生较大的收缩,受到内部混凝土的约束,在表面产生拉应力而开裂。如果混凝土终凝之前进行早期保温养护,对减少干燥收缩有一定作用。

         三、结论
        综上所述,泵送混凝土,特别是在高强度、大流动性条件下,由于水泥用量多、单位用水量大、砂率高和掺化学外加剂,使混凝土干燥收缩,产生裂缝的潜在危险大,对此必须引起足够重视。为此要按施工要求选择较低坍落度,在满足流动性和泵送性的条件下,使单位用水量降低,在满足强度质量条件下,尽可能降低水泥用量。同时应选用对混凝土干燥收缩影响小的泵送剂,掺加适量膨胀剂,在施工中采用二次振捣,加强抹面和养护也是必不可少的技术措施。

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