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关于泵送混凝土施工裂缝的原因及防止措施的探讨

来源:《中华建筑报》2011-09-16  邓少才
 
 目前,泵送混凝土广泛应用在高层建筑及大体积混凝土中,达到了提高施工工效、节约施工成本的良好效果。但是,工程实践表明,泵送混凝土属于大流态性的混凝土,具有坍落度大、水泥用量多、含砂率高等特点。因此,在施工中产生裂缝的概率较高。笔者根据多年的实践经验,对泵送混凝土施工裂缝产生的原因及防止措施进行探讨。
 
 裂缝的危害
 
 长期以来,由于对混凝土裂缝问题认识上的偏差,或重视程度不高,混凝土开裂现象比较普遍,严重破坏了建筑物的外观质量,让业主心理产生了不安全感。其次,从承载力角度而言,由早期裂缝发展而成的贯穿裂缝和深层裂缝改变混凝土的受力条件,降低了结构的承载能力,影响建筑物的质量和安全使用。第三,从耐久性角度分析,混凝土结构体表面或内部发生的裂缝,将对建筑物防水性、抗渗性、抗化学侵蚀性、钢筋抗锈蚀性等造成影响,对耐久性的各项因素产生严重的危害,缩短了建筑物的使用寿命。因此,施工中应尽可能采取有效的技术措施控制裂缝,使结构尽可能不出现裂缝,或尽可能减少裂缝的数量和宽度,以确保工程质量。
 
 原因和防止措施
 

 温度裂缝形成原因。混凝土是热的不良导体,传热很慢,因此在混凝土硬化初期,由于内部水泥水化放热,而积聚较多热量,造成混凝土内外温差很大,有时可达 40℃~50℃,形成温度梯度,导致混凝土内部热胀变形超过混凝土表面热胀变形,使混凝土表面产生较大的拉应力而遭开裂破坏。温度裂缝多发生在混凝土浇筑后 3 天~5天,裂缝宽度一般在 0.5毫米左右。裂缝走向是无规律性的,有在构件表面较浅范围内的,有深入到构件内部较深的,深进的和贯穿的温度裂缝对混凝土有很大的破坏性。

 
 温度裂缝防止措施。在材料方面,严格控制混凝土原材料,降低水泥水化热。选用中热和低热的水泥品种是控制混凝土温度升高的根本方法。选择合适的骨料级配,增强混凝土的和易性,有效地控制混凝土的温度升高,在施工条件允许的情况下,尽量选择粒径较大、级配良好的粗骨料以降低水泥用量。掺加适量的外加剂或掺和料,如木质素磺酸钙减水剂、粉煤灰等,优化混凝土配合比,改善混凝土的性能,从而降低水化热。
 
 在施工、设计方面,一是控制混凝土的出机温度。对混凝土出机温度影响最大的是石子与砂的温度,采用预冷骨料、遮阳防晒、洒水降温和加冰屑拌和,来降低骨料温度以降低混凝土温度。运输时,对运输车进行遮阳防晒和保温措施。二是掌握和调整好混凝土浇筑时间。合理部署施工,尽量避免在炎热天气浇筑大体积混凝土,控制混凝土的浇筑温度,减少结构的内外温差。三是及时对混凝土进行保温、保湿养护。尽量减少混凝土的暴露面和暴露时间,避免夏季遭受暴晒,防止冬季经受寒潮冲击,延缓混凝土的降温速率。四是改善边界约束和构造设计。当大体积混凝土结构尺寸过大时,为防止水化热的大量积聚,在进行结构设计时,可在适当位置设置后浇带,降低混凝土每次浇筑的蓄热量。其次在结构的孔洞周围、变截面处以及底板、顶板与墙的转角处,配制温度钢筋,加速热量传递,降低内外温差,改善应力集中,防止裂缝出现。同时为了消除边界约束而引起的温度引力,应在与边界约束的接触面设置滑动层,以消除嵌固,减少约束。
 

 塑性沉降裂缝形成原因。混凝土浇筑之后、硬化之前,粗骨料在振动棒和重力的作用下下沉,水泥浆体、气泡上浮,当受到钢筋、预埋件等局部阻碍不均匀沉降时产生拉应力而引发变形裂缝。沉降裂缝在浇注后 1小时~3小时内混凝土表面水消失时出现,直到混凝土硬化才停止发展。这种裂缝常常发生在钢筋、预埋件周围及截面厚度突变处 (如板肋交接处、梁板交接处 ),裂缝形状宽且浅呈梭形,宽度约在 1mm4mm之间,深度通常达到钢筋的上表面。

 

 塑性沉降裂缝防止措施。一是要控制混凝土单位用水量在 170kg/m3以下,水灰比小于 0.6,在满足施工要求时,尽可能减少坍落度。二是掺加适量质量良好的泵送剂及掺和料,可有效改善混凝土的性能和降低沉陷。三是混凝土搅拌时间要适当,时间过短或过长都会造成拌和物均匀性变坏而增大沉陷。四是混凝土浇筑时,下料不宜太快,防止堆积或振捣不充分。五是混凝土应振捣密实,一次振捣时间为 15秒~30秒,在柱、梁、墙和板的变截面处宜分层浇筑、振捣,在混凝土浇筑 1小时~ 1.5小时后,混凝土尚未凝结之前,对混凝土进行两次复振,以排除混凝土因泌水在粗骨料水平钢筋下部产生的水分和空隙,改善混凝土和钢筋的握裹力,消除混凝土沉降裂缝。六是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,应采取缓凝和覆盖。

 

 干缩裂缝形成原因。混凝土在干燥环境中时,因其内部吸附水分的蒸发而引起凝胶体收缩;毛细管内水分蒸发后由于毛细管压力增大而出现收缩,使混凝土表面产生拉应力,当这种拉应力大于混凝土抗拉强度时就会产生干缩裂缝。这种裂缝为表面性裂缝,宽度多在 0.05mm0.2mm之间,其走向没有规律性,在大体积混凝土的表面部位最为常见。

 

 干缩裂缝防止措施。材料方面,水泥应符合国家现行标准《普通硅酸盐水泥》 (GB17521992)、《矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥》 (GB134421992)。水泥颗粒越细,硬化时收缩越大,掺混合材料的硅酸盐水泥配置的混凝土比用普通水泥配置的混凝土干缩率大,按收缩值排序为:矿渣水泥—普通硅酸盐水泥—粉煤灰硅酸盐水泥,因此在满足混凝土配合比设计要求的前提下尽可能采用收缩量小的水泥,降低水泥用量。粗骨料最大粒径应满足结构钢筋净间距和泵送管径要求,粒径增大可减少用水量、水泥用量,从而可以减少混凝土自身收缩。粗骨料必须是连续级配,其针片状颗粒含量不宜大于 10%,以保证混凝土的可泵性和混凝土强度。细骨料级配应合理,并优先选用中砂,控制云母、硫化物、有机质、黏土、淤泥等有害物质含量,降低混凝土收缩。泵送混凝土中掺入减水剂,在水灰比不变的情况下,减少水泥用量,降低混凝土收缩。混凝土中掺入粉煤灰、矿渣粉、沸石粉等掺和量可以增加混凝土密实度,提高可泵性。

 

 施工方面,一是采用二次抹压技术,即在混凝土初凝前在混凝土表面进行二次抹压,消除混凝土干缩、沉缩和塑性收缩发生的表面裂缝,增加混凝土的密实度。但是,二次抹压时间必须掌握恰当,过早抹压没有效果,过晚抹压混凝土已进入初凝状态,失去塑性,消除不了混凝土表面已出现的裂缝。二是在混凝土浇筑完毕后及时覆盖塑料薄膜或湿草袋,对混凝土进行保湿养护,接缝处搭接盖严,避免混凝土水分蒸发,保持混凝土表面处在湿润状态下养护,混凝土终凝后继续浇水养护 7天。三是混凝土经过二次抹压初凝后,轻微洒水润湿,混凝土终凝后每天分几次浇水养护,保持水浸润混凝土表面 7天。四是为防止墙柱、梁等的侧模板过早拆卸,而导致混凝土表面产生干燥收缩裂缝,应在混凝土表面刷养护液。

 

 施工裂缝形成原因。施工单位为满足进度要求,往往现场混凝土浇筑后没有达到规范规定的要求 (112N/mm2)就开始后续施工或堆放临时荷载,此时混凝土尚处于凝结硬化初期,抗拉强度低,遇模板支柱松动下沉或施工时局部堆料较多,会在薄弱部位产生不规则放射网状裂缝。泵送依次分层浇筑混凝土时经常需要拆装管路,牵动软管布料及排障等,操作人员来回在钢筋上走动会踩动钢筋或碰动预埋件。另外,输送管道下部的模板和钢筋,因不断受到泵和输送管的脉动冲击,使配管下面的钢筋和模板沿混凝土运输前进方向变位和移动,使初凝后的混凝土形成裂缝。

 
 施工裂缝防止措施。混凝土浇筑前应认真检查钢筋是否绑扎牢固。为使配管和布料方便,应在浇注部位另设配管支架和操作脚手铺运,以防踩乱钢筋,对输送管道下面受泵冲击影响较大的部位,应用拉条等牵拉牢固,防止模板和钢筋变位。混凝土浇筑完毕后及时覆盖塑料薄膜或湿草袋,控制混凝土上楼板支模、拆模和上人作业时间。
 
 裂缝处理
 
 在事后裂缝的诊断工作中,应结合具体的施工工艺、地理环境、材料条件寻求引发裂缝的主次原因,从而便于采取合理的补救措施。
 

 表面较浅裂缝,可将裂缝附近的混凝土表面凿毛,或沿裂缝方向凿成 V形凹槽,清理干净并洒水湿润,先刷水泥净浆一遍,然后用水泥砂浆分层涂抹,并压实抹光。为使砂浆与混凝土表面结合良好,抹光后的砂浆面应覆盖塑料薄膜,并用支撑板顶紧压实。

 

 当裂缝宽度在 0.1mm以上时,可用环氧树脂压力灌浆嵌补。当裂缝宽度大于 0.5mm时,可采用水泥压力灌浆补缝。对结构强度产生严重影响的裂缝应经过设计采取结构加固、补强的办法。

 
 工程实践中,泵送混凝土裂缝的产生是由多方面原因引起的。预防混凝土裂缝,必须从设计、施工和原材料方面做好各项控制措施,以确保混凝土结构质量。

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