摘 要:針對(duì)目前泵送混凝土在施工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的裂縫問(wèn)題,分別就溫度引起的裂縫、干縮引起的裂縫、沉陷收縮裂縫的產(chǎn)生原因和預(yù)防措施進(jìn)行了詳細(xì)闡述,以解決泵送混凝土的裂縫問(wèn)題。
關(guān)鍵詞:泵送混凝土,施工裂縫,成因,預(yù)防
中圖分類號(hào): TU755. 6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
泵送混凝土指用混凝土泵沿管道輸送和澆筑混凝土拌合物。是隨著現(xiàn)代施工技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展起來(lái)的,我國(guó)泵送混凝土施工技術(shù)始于1979 年上海寶山鋼鐵廠工程,它的廣泛使用加快了施工進(jìn)度,提高了工效,占用場(chǎng)地小,也減少了對(duì)環(huán)境的污染。集中攪拌混凝土不僅能改善混凝土的施工性能、施工質(zhì)量和提高文明施工程度,而且也能減少收縮、防止開裂、提高抗?jié)B性、改善耐久性。但在工程的實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),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現(xiàn)象,在很大程度上影響結(jié)構(gòu)的抗?jié)B和耐久性能,應(yīng)該引起足夠重視?，F(xiàn)根據(jù)工程應(yīng)用實(shí)踐及國(guó)家現(xiàn)行施工規(guī)范要求,對(duì)泵送混凝土裂縫的產(chǎn)生原因及預(yù)防措施進(jìn)行分析。
1 溫度引起的裂縫
1. 1 溫度裂縫產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)
水泥水化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的熱量,每克水泥可釋放502 J的熱量,假如以水泥用量350 kg/ m3～500 kg/ m3 來(lái)計(jì)算,1 m3 混凝土將釋放出175 kJ～250 kJ 的熱量,從而使混凝土內(nèi)部的溫度上升高達(dá)90 ℃。由于水泥水化熱量的傳遞、積聚使混凝土內(nèi)部的溫度在澆筑后的3 d～5 d 內(nèi)達(dá)到最高值。由于混凝土外表面受模板的較大約束,其散熱受到阻礙,形成內(nèi)部與表面的溫差梯度,當(dāng)內(nèi)外溫差大于25 ℃時(shí),則產(chǎn)生裂縫。這種裂縫的特點(diǎn)是一般發(fā)生在混凝土澆筑后的3 d～5 d ,開始出現(xiàn)的裂縫很細(xì),隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而繼續(xù)擴(kuò)大,甚至?xí)霈F(xiàn)貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)體的裂縫,這是使用和規(guī)范都不能允許的質(zhì)量問(wèn)題。
1. 2 造成的影響和預(yù)防措施
混凝土結(jié)構(gòu)尤其是大體積混凝土,溫度應(yīng)力一般同結(jié)構(gòu)的尺寸有關(guān),控制混凝土內(nèi)部溫度應(yīng)力的關(guān)鍵是同表面溫度的溫差梯度。大體積混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的集中釋放。減少溫差的措施之一是選擇水化熱低的水泥,同時(shí)減少單位水泥用量。
國(guó)內(nèi)外大量試驗(yàn)研究和工程實(shí)踐表明,在混凝土中摻入一定量?jī)?yōu)質(zhì)的粉煤灰,不但不會(huì)降低強(qiáng)度,而且對(duì)強(qiáng)度有一定的增長(zhǎng),更重要的是能降低混凝土的水化熱。摻入粉煤灰的百分率就是水化熱溫度降低的百分?jǐn)?shù),如摻水泥量25 %的粉煤灰混凝土,其水化熱溫度為未摻粉煤灰混凝土的75 % ,對(duì)大體積混凝土的水化熱溫度降低十分明顯。
摻入多種功能的泵送混凝土外加劑,可以改善混凝土拌合物的流動(dòng)性、粘聚性和保水性。由于其減水作用和分散性,凝結(jié)時(shí)間可延緩3 h～5 h ,推遲熱量出現(xiàn)的時(shí)間,降低大體積混凝土的同時(shí)產(chǎn)生高溫,形成峰值。
選擇優(yōu)質(zhì)的骨料,其粗骨料粒徑較大為好。采用5 mm～40 mm粒徑較5 mm～25 mm 粒徑的碎石混凝土可減少用水量8 kg/ m3 ,降低水泥用量15 kg/ m3 。采用細(xì)度模數(shù)2. 8 中砂與采用細(xì)度模數(shù)2. 3 的中砂相比,可減少用水量20 kg/ m3 左右,可降低水泥用量30 kg/ m3 左右。泵送混凝土的砂率很重要,砂率過(guò)大不僅會(huì)影響混凝土的工作性而且能增加收縮裂縫。
對(duì)拌合混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度有明確的規(guī)定,現(xiàn)行的SDJ 207 水工混凝土施工規(guī)范和GB 50204 混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范中都明確規(guī)定“, 高溫季節(jié)施工時(shí),混凝土最高澆筑溫度不得超過(guò)28 ℃”。國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的規(guī)范也要求新拌混凝土最高溫度不得超過(guò)35 ℃。為了有效控制混凝土拌合出機(jī)溫度和澆筑溫度,最有效的方法是降低原材料的溫度。混凝土中的粗骨料比熱低,且1 m3 混凝土中所占比例最大,最有效的措施是降低石子的溫度。夏季施工要搭設(shè)簡(jiǎn)易遮陽(yáng)棚,避免太陽(yáng)直射石子。
同時(shí)由于環(huán)境氣溫高,可使用粗骨料澆水降溫,并可沖掉骨料中的雜物。另外,對(duì)攪拌運(yùn)輸車輛、輸送管道外部保溫隔熱,應(yīng)用表明也是有效的降溫措施。
采用二次投料和二次振搗也是減少混凝土表面裂縫的有效措施。凈漿二次投料拌合工藝,可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上,使凝結(jié)后界面的過(guò)渡層結(jié)構(gòu)緊密、粘結(jié)力增大。
2 干縮引起的裂縫
2. 1 干裂的原因和表現(xiàn)特性
混凝土的干縮裂縫是極其普遍的,干燥收縮主要是因早期失水過(guò)多在凝結(jié)后長(zhǎng)時(shí)間未及時(shí)補(bǔ)充水分引起的?；炷恋母稍锸湛s是由于為保證混凝土澆筑時(shí)的施工性能而多加入的水分蒸發(fā)后產(chǎn)生的干燥收縮引起的。由于混凝土內(nèi)部蒸發(fā)干燥非常緩慢,產(chǎn)生干燥收縮裂縫多在1 個(gè)月至數(shù)個(gè)月,有時(shí)甚至1 年以上時(shí)間。裂縫多發(fā)生在混凝土表層位置,有時(shí)呈細(xì)裂、線狀或網(wǎng)狀,這種裂縫一般不易引起人們的重視。但在使用過(guò)程中,空氣中有害氣體的侵蝕使鋼筋逐漸銹蝕,加快表面的碳化速度。干燥收縮裂縫不僅嚴(yán)重?fù)p壞薄壁結(jié)構(gòu)體的耐久性,也會(huì)造成大體積混凝土裂縫的發(fā)展加大,影響混凝土的承載力和使用壽命。
2. 2 干燥收縮裂縫影響和預(yù)防措施
一般來(lái)說(shuō),水泥的需水量越大,混凝土的干燥收縮越大,不同水泥混凝土的干燥收縮按其大小順序排列為:礦渣硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、中低熱水泥和粉煤灰水泥。所以,從減少收縮的角度出發(fā),宜采用中低熱水泥和粉煤灰水泥。混凝土干燥收縮量隨水泥用量的增加而增大,但增大量不顯著。同樣,混凝土的干燥收縮量受用水量的影響較大。在高水泥用量條件下,混凝土的干燥收縮量隨用水量的增加而急劇增大,水灰比越大干燥收縮值越大。例如混凝土的沉陷裂縫、干燥裂縫都是由于混凝土配合比的用水量過(guò)大造成的。對(duì)于澆筑地下剪力墻和薄壁建筑的用水量,必須控制在不大于0. 55 的范圍內(nèi)。
混凝土中的礦物摻合料如礦渣、煤矸石、火山灰、硅藻土、赤頁(yè)巖等粉狀料,按一定比例摻入混凝土中,幾乎都會(huì)增大混凝土的干燥收縮量。但性能優(yōu)良的粉煤灰摻合料,能降低混凝土的干燥收縮值。
混凝土中摻入一定量的微膨脹劑可以減小混凝土的干燥收縮量,抵抗裂縫的產(chǎn)生。在地下工程、水工混凝土和建筑物的后澆帶處,混凝土配合料中都摻入微膨脹劑,其膨脹量小于0. 25 % ,起到收縮的補(bǔ)償作用,對(duì)防止和減少裂縫的數(shù)量有一定的作用。
另外,混凝土在終凝前后的保溫、保濕不容忽視,對(duì)減少早期裂縫十分關(guān)鍵。
3 沉陷收縮裂縫
3. 1 產(chǎn)生沉陷收縮裂縫的原因
采用泵送混凝土的現(xiàn)澆建筑工程中,尤其是板、墻等表面系數(shù)大的結(jié)構(gòu)體,模板拆除后很快就可發(fā)現(xiàn)有一些連續(xù)性的水平裂縫,其縫的特征是兩端窄、中間寬,呈棱形狀。裂縫的部位常發(fā)生在板內(nèi)水平鋼筋下部和板肋相交處、梁板交接處、結(jié)構(gòu)截面變化處。這種裂縫產(chǎn)生的原因是混凝土流動(dòng)性過(guò)大,也可能是流動(dòng)性不足以及不均勻。振搗過(guò)快或未到位,在凝結(jié)前沒(méi)有自沉密實(shí),鋼筋妨礙沉陷不夠,這種沉陷受模板的制約等。一般是裂縫在混凝土澆筑后1 h～3 h 即發(fā)生,其深度較淺,只在鋼筋的上表面。
3. 2 沉陷裂縫的影響和防治措施
要預(yù)防此類裂縫的產(chǎn)生,控制混凝土的單位用水量十分重要,水灰比要求在0. 6 以下,而1 m3 用水量不超過(guò)180 kg ,坍落度小于50 mm ,混凝土的振搗必須按要求進(jìn)行,不得過(guò)振或漏振。過(guò)振會(huì)造成脹模,漏振不能振密實(shí),振搗棒在一個(gè)振點(diǎn)的時(shí)間不超過(guò)15 s ,快插慢拔。在梁、板、柱和墻的截面變化處認(rèn)真分層進(jìn)料、分層振搗;在混凝土澆筑后停置一段時(shí)間,掌握在終凝前實(shí)行二次振搗,然后再對(duì)表面進(jìn)行壓抹,對(duì)消除沉陷及表面裂縫效果明顯。但必須及時(shí)覆蓋保濕,防止失水太快而干縮開裂。
澆筑成型混凝土的養(yǎng)護(hù)至關(guān)重要,任何混凝土工程都強(qiáng)調(diào)和重視對(duì)其的養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)不只是保濕,而且也要求保溫。保溫能減少混凝土表面溫度的散失,降低混凝土表面同內(nèi)部的溫差梯度,減少裂縫的大量產(chǎn)生。由于表面溫度因保護(hù)而延長(zhǎng),使混凝土強(qiáng)度和松弛作用得到充分發(fā)揮,結(jié)構(gòu)體的總溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度,降低了貫穿性裂縫出現(xiàn)的可能。
以上簡(jiǎn)要分析了泵送混凝土在施工過(guò)程中容易產(chǎn)生裂縫的原因及簡(jiǎn)單的預(yù)防措施,未涉及集中攪拌站對(duì)預(yù)拌混凝土的質(zhì)量控制。由于泵送混凝土在大流動(dòng)條件下,在單位水泥和用水量、坍落度較大情況下,需要高砂率和摻入多種外加劑,產(chǎn)生裂縫的頻率非常高。為了保證建筑工程的強(qiáng)度和耐久性,要求預(yù)拌混凝土在滿足可泵性的前提下,盡量降低水灰比和采用低水化熱水泥,減少水泥用量,摻入微膨脹劑和外加劑,加強(qiáng)二次振搗和二次投料的攪拌工藝。在混凝土表面增加壓抹次數(shù)以消除干縮沉陷裂縫,并加強(qiáng)早期的保溫和保濕工作。這些具體技術(shù)措施,實(shí)踐表明是最有效的方法。
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