任  穆

    

    泵送混凝土不僅應能改善混凝土的施工性能，對薄壁密筋結構少振搗或不振搗施工，而且應能減少收縮、防止裂縫、提高抗滲性、改善耐久性。但是某些工程表明，泵送混凝土強度不足、凝結異常時有發生，特別是裂縫普遍存在，在一定程度上影響結構的抗滲性和耐久性，值得引起足夠的重視，本文重點分析其產生原因，并提出防止裂縫的措施。

 

    1．原材料和配合比

    （1）水泥用量較多

    其強度等級C20~C60水泥用量范圍為350~550kg/m3。

 

    （2）超細摻合料時有添加

    為改善混凝土性能，節約水泥和降低造價，混凝土中摻加粉煤灰、礦渣、沸石粉等摻合料。

 

    （3）砂率偏高、砂用量多

    為保證混凝土的流動性、粘聚性和保水性，以便于運輸、泵送和澆筑，泵送混凝土的砂率要比普通流動性混凝土增大砂率6％以上，約為38~45%。

 

    （4）石子最大粒徑

    為滿足泵送和抗壓強度要求，與管道直徑比1:2.5（卵石）、1:3（碎石）~1:4、1:5。

 

    （5）水灰比宜為0.4~0.6

    水灰比小于0.4時，混凝土的泵送阻力急劇增大；大于0.6時，混凝土則易泌水、分層、離析，也影響泵送。

 

    （6）泵送劑

    多為高效減水劑復合以緩凝劑、引氣劑等，對混凝土拌合物流動性和硬化混凝土的性能有影響，因而對裂縫也有影響。

 

    2．工藝

    混凝土拌制在攪拌站（樓）進行，原材料計量準確，攪拌均勻，但也偶有失控情況。多數攪拌站未設細摻合料、粉狀泵送劑、粉狀膨脹劑稱量和料倉，采用人工或容積法，使計量存在問題，影響混凝土的均勻性。當混凝土拌合物過乾、過稀，運輸時間過長、停留時間過長且未進行攪拌均勻前入泵時，混凝土拌合物干稀不勻。每個運輸車中混凝土的坍落度有差別，加入泵車內輸送時，會使澆筑的混凝土均勻性變壞。大體積混凝土施工，當技術措施不當或不完善時，易產生溫度裂縫。混凝土大面積板材，在澆筑后防風、防曬、養護不足時，易產生干縮裂縫。混凝土拌合物過干，人工、無稱量的加入高效減水劑或水時，混凝土質量不易保證。

 

    1．砼的裂縫

    混凝土是粗集料、細集料、水泥石、水和氣體所組成的非均質堆聚結構。混凝土混合料在不同溫濕度條件下凝結硬化，并同時產生體積變形。水泥石的干燥和冷卻收縮大，集料的干燥和冷卻收縮小，同時水泥石和集料之間相互粘結而約束，由于變形產生微裂縫。

 

    2．混凝土裂縫的種類

    （1）按裂縫產生原因分類

    a.由外荷載（靜、動荷載）直接應力引起的裂縫和次應力引起的裂縫。

    b.由變形變化引起的裂縫

 

    （2）按裂縫所處狀態分

    裂縫可分為運動、不穩定、穩定、閉合和愈合等狀態。

 

     （3）按裂縫形狀分

    裂縫按形狀可分為表面的、深入的、貫穿的、斷續的、縱向的、橫向的、斜向的、對角線的、上寬下窄、上窄下寬、外寬內窄的、囊核形的等等。

 

    3．裂縫寬度

    （1）平均裂縫寬度

    在整條裂縫上，其寬度是不均勻的，有的位置寬，有的位置窄。平均裂縫寬度是指裂縫長度10％~15%范圍較寬區段平均裂縫寬度和裂縫長度10％~15％范圍較窄區段平均裂縫寬度的平均值即最大與最小平均裂縫的平均值。

 

    （2）最大裂縫寬度

    無侵蝕介質、無抗滲要求，結構處于正常狀態下，最大裂縫寬度不得大于0.3m。有輕微侵蝕、無抗滲要求時，最大裂縫寬度不得大于0.2mm。有最重侵蝕和抗滲要求時，不得大于0.1mm。混凝土有自防水要求時，不得大于0.1mm。

 

    1．溫度裂縫

    （1）產生的原因和特征

    水泥水化過程中產生大量熱量，每克水泥放出50J的熱量，如果以水泥用量350~550kg/m3來計算，每m3混凝土將放出17500~27500KJ的熱量，從而使混凝土內部溫度升高，在澆筑溫度的基礎上，通常升高35℃左右。如果按著我國施工驗收規范規定澆筑溫度為28℃則可使混凝土內部溫度達到65℃左右。水泥水化熱在1~3天可放出熱量的50％，由于熱量的傳遞、積存，混凝土內部的最高溫度大約發生在澆筑后的3~5天，因為混凝土內部和表面的散熱條件不同，所以混凝土中心溫度低，形成溫度梯度，造成溫度變形和溫度應力。溫度應力和溫差成正比，溫度越大，溫度應力也越大。當這種溫度應力超過混凝土的內外約束應力（包括混凝土抗拉強度）時，就會產生裂縫。這種裂縫的特點是裂縫出現在混凝土澆筑后3~5天，初期出現的裂縫很細，隨著時間的發展而繼續擴大，甚至達到貫穿的情況。

 

    （2）影響因素和防治措施

    混凝土內部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關。混凝土越厚，水泥用量越大，水化熱高的水泥，其內部溫度越高，形成溫度應力越大，產生裂縫的可能性越大。

    ①混凝土原材料和配合比的選用

 

    a.水泥品種選擇和水泥用量控制

    大體積鋼筋混凝土引起裂縫的主要原因是水泥水化熱的大量積聚，使混凝土出現早期升溫和后期降溫，產生內部和表面的溫差。減少溫差的措施是選用中熱硅酸鹽水泥或低熱礦渣硅酸鹽水泥，在摻加泵送劑或煤灰時，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。為減少水泥水化熱和降低內外溫差的辦法是減少水泥用量，將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下。如果強度允許，可采用摻加粉煤灰來調整。

 

    b.摻加摻合料

    國內外大量試驗研究和工程實踐表明，混凝土中摻入一定數量優質的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰顆粒呈球狀具有滾珠效尖，起到潤滑作用，可改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性，從而改善了可泵性。

 

    c.摻加外加劑

    摻加具有減水、增塑、緩凝、引氣的泵送劑，可以改善混凝土拌合物的流動性、粘聚性和保水性。由于其減水作用和分散作用，在降低用水量和提高強度的同時，還可以降低水化熱，推遲放熱峰出現的問題，因而減少溫度裂縫。

 

    d.選用質量優良的粗細集料

    根據結構最小斷面尺寸和泵送管道內徑，優先選用天然連續級配的粗集料、使混凝土具有較好的可泵性，減少用水量、水泥用量，進而減少水化熱。細集料以采用級配良的中砂為宜。但是砂率過大，不僅會影響混凝土的工作度和強度，而且能增大收縮和裂縫。

 

    ②泵送混凝土施工工藝改進

    a.控制混凝土出機溫度和澆筑溫度

    為了降低溫凝土的總溫升，減少大體積工程結構的內外溫差，控制混凝土的出機溫度和澆筑溫度也是一個重要措施。

 

    b.改進工藝

    攪拌工藝

    采用二次投料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，可以有效地防止水分聚集在水泥砂漿和石子的界面上，使硬化后界面過渡層結構致密、粘結力增大，從而提高混凝土強度10％或節約水泥5％，并進一步減少水化熱和裂縫。

 

    振動工藝

    對已澆筑的混凝土，在終凝前進行二次振動，可排除混凝土因泌水，在石子、水平鋼筋下部形成的空隙和水分，提高粘結力和抗拉強度，并減少內部裂縫與氣孔，提高抗裂性。

 

    養護工藝

    為了嚴格控制大體積混凝土的內外溫差，確保混凝土質量，減少裂縫，養護是一個十分重要和關鍵的工序，必須切實做好。

 

    2．沉陷（塑性）收縮裂縫

    （1）產生的原因和特征

    在泵送混凝土現澆的各種鋼筋混凝土結構中，特別是板、墻等表面系數大的結構之中，經常出現一種早期裂縫。這種裂縫為斷續的水平裂縫，裂縫中部較寬、兩端較窄、呈梭狀。裂縫經常發生在板結構的鋼筋部位、板肋交接處、梁板交接處、梁柱交接處、結構變截面的地方。這種裂縫產生的原因主要是流動性過大和流動性不足以及不均勻，在凝結硬化前沒有沉實或者沉實不夠，當混凝土沉陷時受到鋼筋、模板抑制以及模板移動、基礎沉降所致。裂縫在混凝土澆筑后1~3小時出現，裂縫的深度通常達到鋼筋上表面。

 

    （2）影響因素和防止措施

    a.要嚴格控制混凝土單位用水量在170kg/m3以下，水灰比在0.6以下，在滿足泵送和澆筑要求時，宜盡可能減少坍落度；

    b.摻加適量、質量良好的泵送劑和摻合料，可改善工作性和減少沉降；

    c.混凝土攪拌時間要適當，時間過短、過長都會造成拌合物均勻性變壞而增大沉陷；

    d.混凝土澆筑時，下料不宜太快，防止堆積或振搗不充分；

    e.混凝土應振搗密實，時間以10~15秒/次為宜，在柱、梁、墻和板的變截面處宜分層澆筑、振搗。在混凝土澆1~1.5小時后，混凝土尚未凝結之前，對混凝土進行兩次振搗，表面要壓實抹光；

    f.在炎熱的夏季和大風天氣，為防止水分激裂蒸發，形成內外硬化不均和異常收縮引起裂縫，應采取措施緩凝和復蓋。

 

    3．干縮裂縫

    （1）產生的原因和特征

    干燥收縮的主要原因是水分在硬化后較長時間產生的水分蒸發引起的。混凝土的干燥收縮由于集料的干燥收縮很小，因此主要是由于水泥石干燥收縮造成的。水泥石干燥收縮理論有毛細管張力學說、表面吸附學說和夾層水學說等，不論哪種學說，都是水分蒸發引起的。混凝土的水分蒸發、干燥過程是由外向內、由表及里，逐漸發展的。由于混凝土蒸發干燥非常緩慢，產生干燥收縮裂縫多數在一個月以上，有時甚至一年半載，而且裂縫發生在表層很淺的位置，裂縫細微，有時呈平行線狀或網狀，常常不被人們注視。但是應當特別注意，由于碳化和鋼筋銹蝕的作用，干縮縫不僅嚴重損害薄壁結構的抗滲性和耐久性，也會使大體積混凝土的表面裂縫發展成為更嚴重的裂縫，影響結構的耐久性和承載能力。

 

    （2）影響因素和防治措施

    ①水泥品種

    一般來說，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，宜采用中低熱水泥和粉煤灰水泥。

 

    ②水泥用量

    混凝土干燥收縮隨著水泥用量的增加而增大，但是增加量不顯著。在有可能減少水泥用量時，還是盡可能降低水泥用量，因為泵送混凝土的水泥用量偏高。

 

    ③用水量

    混凝土的干燥收縮受用水量的影響最大，在同一水泥用量條件下，混凝土的干燥收縮和用水量成正比、為直線關系；當水泥用量較高的條件下，混凝土的干燥收縮隨著用水量的增加而急劇增大。綜合水泥用量和用水量來說，水灰比越大，干燥收縮越大。

 

    ④砂率

    混凝土的干燥收縮隨著砂率的增大而增大，但增加的數值不大。泵送混凝土宜加大砂率，但不是籠統的和無限的，也應在最佳砂率范圍內，可以通過理計算和工程實踐確定。

 

    ⑤摻合料

    礦渣、硅藻土、煤矸石、火山灰、赤頁巖等粉狀摻合料，摻加到混凝土中，一般都會增大混凝土的干燥收縮值。但是質量良好、含有大量球形顆粒的一級粉煤灰，由于內比表面積小、需水量少，故能降低混凝土干燥收縮值。

 

    ⑥化學外加劑

    摻加減水劑、泵送劑，特別是同時摻加粉煤灰的雙摻技術不會增大干燥收縮，但是對于某些減水劑、泵送劑，尤其是具有引氣作用時，有增大混凝土干燥收縮的趨勢。因此在選用外加劑時，必須選用干燥收縮小的減水劑或泵送劑。

 

    ⑦膨脹劑

    在地下室和防水工程中，混凝土中加摻加膨脹劑，摻加適量的膨脹可以起到收縮補償作用，有利于防止裂縫。但是使用混凝土膨脹劑，一定要嚴格控制摻量和保證混凝土有足夠強度，否則會使混凝土腫脹和開裂。

 

    ⑧養護時間和方法

    混凝土澆筑面受到風吹日曬，表面干燥過快，產生較大的收縮，受到內部混凝土的約束，在表面產生拉應力而開裂。如果混凝土終凝之前進行早期保溫、保濕養護，對減少干燥收縮有一定作用。

 

    綜上所述，泵送商品混凝土，特別是在高強度、大流動性條件下，由于水泥用量多，單位用水量大，砂率高和摻化學外加劑，使混凝土干燥收縮，產生裂縫的潛在危險，對此必須引起足夠重視。為此要按施工要求選擇較低的坍落度，在滿足流動性和泵送性的條件下，使單位用水量降低到170kg/m3以下，在滿足強度條件下，盡可能降低水泥用量。同時，應選用對混凝土干燥收縮影響小的泵送劑。必要時摻加適量膨脹劑。在施工中采用二次振搗，二次抹面和濕養護也是必不可少的技術措施。

 

 

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：文徑 尹維維 編輯  劉真 審核)