浅谈泵送混凝土施工工艺的改进和裂缝的因素分析、防治__墨水学术

所属栏目：机电一体化论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:184

副标题#e#摘要:文章通过对混凝土各种裂缝的产生因素的分析，找出导致混凝土裂缝产生的原因，并从技术及施工工艺阐述如何有效避免混凝土裂缝的产生。
　　关键词:混凝土施工工艺裂缝分析防治
　　0前言
　　泵送混凝土不仅能改善混凝土的施工性能，而且能减少混凝土的收缩、防止裂缝、提高抗渗性、改善耐久性。但是某些工程表明，泵送混凝土强度不足、凝结异常时有发生，特别是裂缝普遍存在，在一定程度上影响结构的抗渗性和耐久性，值得引起足够的重视，本文重点谈了泵送混凝土施工工艺的改进分析裂缝产生原因，找出防治的措施。
　　1泵送混凝土的特点
　　(1)混凝土拌制在搅拌楼进行，原材料计量准确、搅拌均匀，但也偶有失控情况。
　　(2)当混凝土拌合物过干、过稀、运输时间过长、停留时间过长且未进行搅拌均匀前入泵时，混凝土的拌合物干稀不匀。
　　(3)每辆运输车中混凝土的坍落度时有差异，加入泵内输送时，会使浇注的混凝土均匀性变差。
　　(4)混凝土浇注后振捣不足、振捣过度，特别是面积系数很大的板材，采用振捣棒密实不均匀。
　　(5)大体积混凝土施工，当技术措施不完善时，易产生温度裂缝。
　　(6)混凝土在浇注后防风、防晒、养护不足时，易产生干缩裂缝。
　　2有关裂缝的一些概念
　　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集结构。混凝土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，由于变形产生微裂缝。
　　3变形裂缝产生的原因和特征
　　3.1温度裂缝
　　3.1.1产生的原因和特征
　　水泥水化过程中产生大量热量，从而使混凝土内部温度升高，如果没有降温措施或浇注温度过高，混凝土内部温度高达80～90℃的情况也时有发生，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注后的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高，表层温度低，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，温度越大，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。这种裂缝的特点是出现在混凝土浇注后的3～5d，
　　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影响因素和防治措施
　　混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。混凝土越厚、水泥用量越大、水化热越高、其内部温度越高，形成的温度应力越大，产生裂缝的可能性就越大。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。因此防止大体积混凝土出现裂缝最根本的措施就是控制混凝土内部和表面的温度差。
　　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，在掺加大量粉煤灰时，也可选用矿渣硅酸盐水泥。再有，可充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量。根据大量施工数据表明，每m3混凝土的水泥用量增减10kg，其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低1℃。因此，为更好的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60d或90d抗压强度代替28d抗压强度作为设计强度。
　　（2）掺加掺合料
　　工程实践表明，混凝土中掺入一定数量优质的粉#p#副标题#e#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，从而改善了可泵性。同时，依照大体积混凝土所具有的强度特点，初期处于较高温度条件下，强度增长较快、较高，但是后期强度增长缓慢。掺加粉煤灰后，其中的活性A12O3、SiO2与水泥水化析出的CaO作用，形成新的水化产物，填充孔隙、增加密实度，从而改善了混凝土的后期强度。但是应当值得注意的是，掺加粉煤灰混凝土的早期抗拉强度和极限变形略有降低。因此，对早期抗裂要求较高的混凝土，粉煤灰掺量不宜太多。
　　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。根据试验测算，掺加粉煤灰的混凝土的温度和水化热，在1～28d龄期内，大致为：掺入粉煤灰的百分数就是温度和水化热降低的百分数，即掺加20%粉煤灰的水泥混凝土，其温升和水化热约为未掺粉煤灰的水泥混凝土的80%，可见掺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）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。由于其减水作用和分散作用，在降低用水量和提高强度的同时，还可以降低水化热，推迟放热峰出现的时间，因而减少温度裂缝。
　　（4）选用质量优良的粗细集料
　　①粗集料
　　根据结构最小断面尺寸和泵送管道内径，在粒径合理的范围内，尽可能选用较大的粒径。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。
　　②细集料
　　以采用级配良好的中砂为宜，同时，中砂的细度模数越大越好。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和水泥用量，从而降低了水泥水化热、混凝土温升和收缩。
　　（5）砂率
　　泵送混凝土宜选用合理的砂率。但是砂率过大，不仅会影响混凝土的工作度和强度，而且会增大收缩和裂缝。
　　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注温度
　　为了降低混凝土的总温升，减少大体积工程结构的内外温差，控制混凝土的出机温度和浇注温度也是一个重要措施。对于出机温度和浇注温度的控制，世界各国都非常重视。《混凝土结构工程施工及验收规范》(GB50204-2002)也做出了规定。
　　为了降低混凝土的出机温度和浇注温度。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m3混凝土中石子所占重量最大，因此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，或者在使用前用冷水冲洗集料。目前也有在搅拌混凝土时加冰块进行冷却。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
　　①振动工艺
　　对已浇注的混凝土，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。
　　②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，养护是一个十分重要和关键的工序，必须切实做好。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。由于散热时间延长，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。浇注时间不长的混凝土，仍然处于凝结、硬化过程，水泥水化速度较快，适宜的潮湿条件可防止混凝土表面脱水而产生收缩裂缝。同时在潮湿条件下，可使水泥的水化充
　　分、完全，从而提高混凝土的抗拉#p#副标题#e#强度。
　　3.2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。这种裂缝为断断续续的水平裂缝，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流动性过大、流动性不足以及不均匀、在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够、当混凝土沉陷时受到钢筋或模板抑制以及模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇注后1～3h出现，裂缝的深度通常达到钢筋上表面。
　　3.2.2防治措施
　　（1）要严格控制混凝土单方用水量，水灰比宜在0.36～0.42之间，在满足泵送和浇注要求时，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，可改善工作性和减少沉陷；
　　（3）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；
　　（4）混凝土浇注时，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10～15s/次为宜，在柱、梁、墙和板的变截面处宜分层浇注、振捣。在混凝土浇注1～1.5h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，为防止水分剧烈蒸发，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混凝土硬化后较长时间内产生的水分蒸发引起的。由于集料的干燥收缩很小，因此主要是由于水泥石干燥收缩造成的。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。但是应当特别注意，由于碳化和钢筋锈蚀的作用，干缩裂缝不仅严重损害薄壁结构的抗渗性和耐久性，也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成为更严重的裂缝，影响结构的耐久性和承载能力。
　　3.3.2影响因素和防治措施
　　(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，不同水泥对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。
　　(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。
　　(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；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。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，掺加适当数量、减水率高、分散性能好的外加剂是非常必要的。
　　(4)砂率
　　混凝土的干燥收缩随着砂率的增大而增大，但增加的数值有限。泵送混凝土宜加大砂率，但不是笼统的和无限的，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。
　　(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Ⅰ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。
　　(6)外加剂
　　掺加减水泵送剂，特别是同时掺加粉煤灰的双掺技术不会增大干燥收缩，但是对于某些减水剂、泵送剂，尤其是具有引气作用时，有增大混凝土干燥收缩的趋势。因此在选用外加剂时，必须选用干燥收缩小的减水剂或泵送剂。
　　(7)膨胀剂
　　在地下室和防水工程中，混凝土中掺加适#p#副标题#e#量的膨胀剂可以起到收缩补偿作用，有利于防止裂缝。但是使用混凝土膨胀剂，一定要严格控制掺量和保证混凝土有足够强度，否则会使混凝土肿胀和开裂。
　　(8）养护时间和方法
　　混凝土浇筑面受到风吹日晒，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、保湿养护，对减少干燥收缩有一定作用。
　　4结束语
　　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，单方用水量大，砂率高和掺加外加剂，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的坍落度，在满足流动性和泵送性的条件下，使单位用水量降低到170kg/m3以下，在满足强度条件下，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。必要时掺加适量膨胀剂。在施工中采用二次振捣，加强抹面和湿养护也是必不可少的技术措施。
　　参考文献
　　[1]孟庆钧.泵送混凝土裂缝的产生及其防治[J].中国市政工程,2004，(4).
　　[2]鞠丽艳.混凝土裂缝抑制措施的研究进展[J].混凝土,2006,(5).
　　[3]郭仕万等.混凝土施工中的裂缝控制[J].山西水利科技,2007,(11).