泵送混凝土施工裂缝的成因和控制措施分析

孙继东　姚　坤

摘 要：本文介绍了混凝土裂缝的概念及种类，对泵送混凝土不同类型裂缝的原因、特性做了阐述，提出了相应的控制措施。

关键词：泵送混凝土；裂缝；控制措施

1 前言

泵送混凝土属于大流态混凝土，它与过去现场拌制的塑性混凝土相比，有坍落度大、砂率大、水泥用量多3个显著特点，因此泵送混凝土出现裂缝的概率也比较以往多。分析变形裂缝产生机理及如何有效控制裂缝的出现和发展，正是本文关注的重点。

2 混凝土裂缝的概念及种类

2.1 裂缝的概念

混凝土是粗集料、细集料、水泥石、水和气体所组成的非均质堆聚结构。混凝土混合料在不同温湿度条件下凝结硬化，并同时产生体积变形。水泥石的干燥和冷却收缩大，集料的干燥和冷却收缩小，同时水泥石和集料之间相互粘结而约束，由于变形而产生微裂缝，可见混凝土产生的裂缝是由其内部结构决定的。

2.2 裂缝的种类

2.2.1 由外荷载 、动荷载)直接应力引起的裂缝和次应力引起的裂缝。

2.2.2 由变形变化引起的裂缝：包括结构因温度湿度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝。其特征是结构要求变形，当受到约束和限制时产生内应力，应力超过一定数值后产生裂缝，裂缝出现后变形得到满足，内应力松弛。这种裂缝宽度大、内应力小，对荷载的影响小，但对耐久性损害大。据国内外调查资料表明，工程结构产生属于变形变化(温湿度、收缩与膨胀、不均匀沉降)引起的裂缝约占8O％；属于荷载引起的裂缝约占20％。下面，重点具体分析探讨变形裂缝的成因及控制措施。

3 不同裂缝的原因和防治措施

3.1 温度裂缝

3.1.1 产生的原因和特征。温度应力和温差成正比，温差越大，温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力(包括混凝土抗拉强度)时，就会产生裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的3d-5d，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。

3.1.2 防治措施

3.1.2.1 混凝土原材料和配合比的选用

(1)水泥品种选择和水泥用量控制。大体积钢筋混凝土引起裂缝的主要原因是水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期升温和后期降温，产生内部和表面的温差。减少温差的措施是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。另外，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。根据大量试验研究和工程实践表明，每米混凝土的水泥用量增减1kg，其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低1℃。

(2)掺加掺合料。混凝土中掺入一定数量的优质粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球状具有滚珠效应，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0.315mm以下的细集料达到15％的要求，从而改善了可泵性。在混凝土中掺加原状或磨细粉煤灰之后，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。

(3)掺加外加剂。掺加具有减水、增塑、缓凝、引气的泵送剂，可以改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性。

(4)选用质量优良的粗细集料。a．粗集料。要优先选用天然连续级配的粗集料，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。b．细集料。以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20kg/m3-25kg/m3，可降低水泥用量28kg/m3～35kg/m3，因而降低了水泥水化热、混凝土温升和收缩。

3.1.2.2 泵送混凝土施工工艺改进

(1)控制混凝土出机温度和浇筑温度。为了降低混凝土的出机温度和浇筑温度。最有效的方法是降低原料温度，混凝土中石子比热较小，但每立方混凝土中石子所占重量最大，所以最有效的办法是降低石子温度。在气温较高时，为了防止太阳直接照射，可以在砂石堆场搭设简易遮阳棚，必要时可向集料喷淋雾状水，或在使用前用冷水冲洗集料。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。

(2)改进工艺。a．搅拌工艺。采用二次投料的净浆裹石或砂浆裹石工艺，可以有效地防止水分聚集在水泥砂浆和石子的界面上，使硬化后界面过渡层结构致密、粘结力增大，从而提高混凝土强度10％或节约水泥5％，并进一步减少水化热和裂缝。b．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，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。c．养护工艺。混凝土养护主要是保持适当的温度和湿度条件。保温能减少混凝土表面的热扩散，降低混凝土表层的温差，防止表面裂缝。由于散热时问延长，混凝土强度和松弛作用得到充分发挥，使混凝土总温差产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止了贯穿裂缝的产生。

3.2 沉陷收缩裂缝

3.2.1 产生的原因和特征。在泵送混凝土现浇的各种钢筋混凝土结构中，特别是板、墙等表面系数大的结构之中，经常出现一种早期裂缝。这种裂缝为断续的水平裂缝，裂缝中部较宽、两端较窄，呈梭状。裂缝经常发生在板结构的钢筋部位、板肋交接处、梁板交接处、梁柱交接处、结构变截面的地方。这种裂缝产生的原因主要是混凝土在凝结硬化前没有沉实或沉实不够，当混凝土沉陷时受到钢筋、模板抑制以及模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇筑后1h-3h出现，裂缝的深度通常达到钢筋上表面。

3.2.2 影响因素和防止措施

(1)要严格控制混凝土单位用水量在170/kgm3以下，水灰比在0.6以下，在满足泵送和浇筑要求时，宜尽可能减少坍落度。(2)掺加适量、质量良好的泵送剂和掺合料，可改善工作性能和减少沉陷。(3)混凝土搅拌时间要适当，时问过短、过长都会造成拌合物均匀性变化而增大沉陷。(4)混凝土浇筑时，下料不宜太快，防止堆积或振捣不充分。(5)混凝土应振捣密实，时间以10s做～15s做为宜，在柱、梁、墙和板的变截面处宜分层浇筑、振捣。在混凝土浇筑1h-1.5h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。(6)在炎热的夏季和大风天气，为防止水分激烈蒸发，形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝，应采取措施缓凝和覆盖。

3.3 干缩裂缝

3.3.1 产生的原因和特征。干燥收缩的主要原因是水分在硬化后较长时间产生的水分蒸发引起的。混凝土的干燥收缩由于集料的干燥收缩很小，因此主要是由水泥石干燥收缩造成的。水泥石干燥收缩理论有毛细管张力学说、表面吸附学说和夹层水学说等，不论哪种学说，都是水分蒸发引起的。混凝土的水分蒸发、干燥过程是由外向内、由表及里逐渐发展的。由于混凝土蒸发干燥非常缓慢，产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上，有时甚至一年半载，而且裂缝发生在表层很浅的位置，裂缝细微，有时呈平行线状或网状，常常不被人们重视。

3.3.2 影响因素和防止措施

3.3.2.1 水泥品种。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。

3.3.2.2 水泥用量。混凝土干燥收缩随着水泥用量的增加而增大，但是增加量不显著。在有可能减少水泥用量时，还是尽可能降低水泥用量，因为泵送混凝土的水泥用量偏高，C20～C60混凝土的水泥用量一般约为350kg/m3～600kg/m3。

3.3.2.3 用水量。混凝土的干燥收缩受用水量的影响最大，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，为直线关系；在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。综合水泥用量和用水量来说，水灰比越大，干燥收缩越大。为了降低用水量，掺加适量减水率高、分散性能好的外加剂是非常必要的。

3.3.2.4 砂率。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，但也应在最佳砂率范围内，可以通过理论计算和工程实践确定。

3.3.2.5 掺合料。矿渣、硅藻土、煤矸石、火山灰、赤页岩等粉状掺合料，掺加到混凝土中，一般都会增大混凝土的干燥收缩值。但是质量良好、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，故能降低混凝土干燥收缩值。

4 结束语

综上所述，泵送商品混凝土，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。