泵送混凝土施工裂缝成因及防治措施探讨

李能和

泵送混凝土施工裂缝成因及防治措施探讨

李能和

介绍了泵送混凝土裂缝的几种类型,根据泵送混凝土的特点,分析了裂缝的形成原因,探讨了工程实际中切实可行的控制和防治措施,从而使裂缝的危害降低到最低程度。

泵送混凝土,裂缝,掺合料,防治措施

泵送混凝土具有提高生产效率、环保、对薄壁密筋结构可少振捣或不振捣施工等优点,因此在我国的基础设施建设中应用十分广泛,尤其在隧道的衬砌施工中是不可或缺的。但是,与普通混凝土相比,泵送混凝土需要具有较大的流动性和粘聚性,流动性的增大,致使早期裂缝问题在泵送混凝土施工中显得十分突出。裂缝的出现不仅影响结构的承载作用,更重要的是会造成钢筋锈蚀,影响结构的耐久性,导致混凝土结构的使用年限减少。所以,我们对泵送混凝土施工裂缝一定要充分的重视。

1 混凝土裂缝简述

混凝土裂缝按其产生原因可分为两类：

1)由变形变化引起的裂缝：这类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。

2)由外荷载(静、动荷载)直接应力引起的裂缝和次应力引起的裂缝：这类裂缝属于外因引起。

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 80%;属于荷载引起的裂缝约占 20%。对于处于运动和不稳定扩展状态的裂缝,应考虑加固和补救措施。而对于稳定、闭合、愈合的裂缝则可持久的应用。例如有些具有防渗要求的混凝土结构中出现 0.1mm～0.2mm裂缝时,可能开始时有轻微渗漏,但经过一段时间后,裂缝处的水泥水化析出 Ca(OH)2,逐渐弥合了裂缝,并与大气中CO2作用,形成 CaCO3结晶,封闭和自愈合裂缝(钙化),防止了渗漏的产生。这种裂缝是稳定的,不会影响工程结构的使用和耐久性。本文主要就变形裂缝产生的原因和防治措施进行论述。

2 泵送混凝土的特点

泵送混凝土的主要特点如下：

1)水泥用量较多。为保证混凝土具有良好的可泵性,强度等级为 C20～C 60的混凝土中水泥用量多为 350 kg/m3～550 kg/m3。

2)常添加掺合料。为改善混凝土性能,节约水泥和降低造价,混凝土中时常掺加粉煤灰、矿渣、废石粉等掺合料。

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,以便于运输、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管道直径比不大于 1∶3。

5)水灰比宜为 0.4～0.6。水灰比小于 0.4时,混凝土的泵送阻力急剧增大;水灰比大于 0.6时,混凝土则易泌水、分层、离析,也影响泵送。

6)泵送剂。多为高效减水剂复合以缓凝剂、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。

3 温度裂缝产生的原因和防治措施

3.1 产生的原因和特征

水泥水化过程中产生大量的热量,每克水泥释放出 50.2 J的热量,如果以水泥用量 350 kg/m3～550 kg/m3来计算,每立方米混凝土将放出 17 500 kJ～27 500 k J的热量,从而使混凝土内部温度升高,在浇筑温度的基础上,通常升高 35℃左右。如果按照我国施工验收规范规定浇筑温度为 28℃,则可使混凝土内部温度达到 65℃左右,在没有降温措施或浇筑温度过高时,混凝土内部温度有时还会更高。水泥水化热在1 d～3 d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 d～5 d,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,造成温度变形和温度应力。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,一般认为混凝土内外温差超过 25℃,极易产生温度裂缝。这种裂缝的特点是裂缝出现在混凝土浇筑后的 3 d～5 d,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。混凝土分仓越厚,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。

3.2 防治措施

3.2.1 原材料和配合比的选用

1)水泥品种和用量。

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。为控制水化热所造成的温度升高、减少温度应力,可以根据工程结构实际承受荷载的情况,对工程结构的强度和刚度进行复核与验算,并取得设计单位的同意后,可用60 d或 90 d抗压强度代替28 d抗压强度作为设计强度。充分利用混凝土的后期强度,则可使每立方米混凝土的水泥用量减少 40 kg～70 kg左右,混凝土温度相应降低 4℃～7℃。其次,为减少水泥水化热和降低内外温差,应将水泥用量尽量控制在 450 kg/m3以下。

2)掺加掺合料。

如混凝土中掺入一定量的优质粉煤灰,不但能代替部分水泥,并可降低混凝土中水泥水化热。

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。由于其减水和分散作用,在降低用水量和提高强度的同时,还可降低水化热,推迟放热峰出现的时间,因而减少温度裂缝。

4)选用优良的粗细集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,尽可能选用较大的粒径。例如 5mm～40mm粒径可比 5mm～25mm粒径的碎石或卵石混凝土减少用水量 6 kg/m3～8 kg/m3,降低水泥用量 15 kg/m3,因而减少泌水、收缩和水化热。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。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度 2.3的中砂,可减少用水量 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热、混凝土温升和收缩。

3.2.2 施工工艺改进

1)控制混凝土出机温度和浇筑温度。

高温季节施工时,混凝土最高浇筑温度不得超过 28℃。降低混凝土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,所占重量最大,所以应设法降低石子温度。此外,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。

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。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,养护是一个十分重要和关键的工序,必须切实做好。

4 结语

泵送混凝土的开裂是个很复杂的问题,影响因素较多,它与混凝土原材料、配合比、施工工艺、养护条件、拆模时间以及环境温湿度有关,裂缝的产生往往是多种因素叠加的结果,尽管裂缝的发生是不可避免的,但通过合理设计、泵送混凝土配合比优化、合理的施工工艺、加强浇筑现场的养护工作、事后及早处理等多方面措施,可以将裂缝的危害降低到最低程度。

[1]唐福权.泵送混凝土早期裂缝原因分析及对策[J].山西建筑,2003,29(10)：97-98.

[2]王红兵.泵送商品混凝土裂缝的防治[J].上海建材,2010(3)：37-38.

[3]王彦宏.泵送混凝土施工技术探讨[J].工程科学,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.

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TU755.7

B

1009-6825(2011)03-0101-02

2010-09-27

李能和(1983-),男,助理工程师,中铁隧道集团一处有限公司,重庆 401121