泵送混凝土施工裂縫的成因和防治
      泵送混凝土不僅應(yīng)能改善混凝土的施工性能，對薄壁密筋結(jié)構(gòu)
    1　泵送混凝土的特點
    （1）原材料和配合比
      a、水泥用量較多
　　強(qiáng)度等級C20～C60范圍為350～550kg/m3。
      b、超細(xì)摻合料時有添加
　　為改善混凝土性能，節(jié)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。
      c、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(yùn)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%。
      d、石子最大粒徑


　　為滿足泵送和抗壓強(qiáng)度要求，與管道直徑比1∶2.5(卵石)、1∶3(碎石)～1∶4、1∶5。
      e、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。
      f、泵送劑
　　多為高效減水劑復(fù)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
　　a．混凝土拌制在攪拌站(樓)進(jìn)行，原材料計量準(zhǔn)確，攪拌均勻，但也偶有失控情況。
　　b．多數(shù)攪拌站未設(shè)細(xì)摻合料、粉狀泵送劑、粉狀膨脹劑稱量和料侖，采用人工或容積法，使計量與分散存在問題，影響混凝土的均勻性。
　　c．當(dāng)混凝土拌合物過乾、過稀，運(yùn)輸時間過長、停留時間過長且未進(jìn)行攪拌均勻前入泵時，混凝土拌合物乾稀不勻。
　　d．每個運(yùn)輸車中混凝土的坍落度相差過大，加入泵車內(nèi)輸送時，會澆筑的混凝土均勻性變壞。
　　e．混凝土澆筑后振搗不足、振搗過度，特別是面積系數(shù)很大的板材，采用振搗棒密實不均勻。
　　f．大體積混凝土施工，當(dāng)技術(shù)措施不當(dāng)或不完善時，易產(chǎn)生溫度裂縫。
　　g．混凝土大面積板材，在澆筑后防風(fēng)、防曬、養(yǎng)護(hù)不足時，易產(chǎn)生干縮裂縫。
　　h．混凝土拌合物過乾、人工、無稱量的加入高效減水劑或水時，混凝土質(zhì)量不易保證。
     2　有關(guān)裂縫的一些概念
     （1）混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定其產(chǎn)生裂縫
　　混凝土是粗集料、細(xì)集料、水泥石、水和氣體所組成的非均質(zhì)堆聚結(jié)構(gòu)�；炷�土混合料在不同溫濕度條件下凝結(jié)硬化，并同時產(chǎn)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(jié)而約束，由于變形產(chǎn)生微裂縫。
     （2）混凝土裂縫的種類
 按裂縫產(chǎn)生原因分類
　　a．由外荷載(靜、動荷載)直接應(yīng)力引起的裂縫和次應(yīng)力引起的裂縫。
　　b．由變形變化引起的裂縫：包括結(jié)構(gòu)因溫度濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫。其特征是結(jié)構(gòu)要求變形，當(dāng)受到約束和限制時產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，應(yīng)力超過一定數(shù)值后產(chǎn)生裂縫，裂縫出現(xiàn)后變形得到滿足，內(nèi)應(yīng)力松弛。這種裂縫寬度大、內(nèi)應(yīng)力小，對荷載的 影響小，但對耐久性損害大。
　　據(jù)國內(nèi)外調(diào)查資料表明，工程結(jié)構(gòu)產(chǎn)生屬于變形變化(溫濕度、收縮與膨脹、不均勻沉降)引起的裂縫約占80%；屬于荷載引起的裂縫約占20%。
      按裂縫所處狀態(tài)分
　　裂縫可分為運(yùn)動、不穩(wěn)定、穩(wěn)定、閉合和愈合等狀態(tài)。
　　對于處于運(yùn)動和不穩(wěn)定擴(kuò)展?fàn)顟B(tài)的裂縫，應(yīng)考慮加固和補(bǔ)救措施。而對于穩(wěn)定、閉合、愈合 的裂縫則可持久的應(yīng)用。例如有些防水結(jié)構(gòu)，在0.1MPa水壓下，出現(xiàn)0.1～0.2mm裂縫時，可能開始時有輕微滲漏，但經(jīng)過一段時間后，裂縫處水化的水泥析出Ca(OH)2，逐漸彌合了裂縫，并與大氣中CO2作用，形成CaCO3結(jié)晶，封閉和自愈合裂縫，防止了滲漏的產(chǎn)生。這種裂縫是穩(wěn)定的，不會影響工程結(jié)構(gòu)的使用和耐久性。


      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(xù)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(nèi)窄的、囊核形的等等。
     （3）裂縫寬度
      A、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(qū)段平均裂縫寬度和裂縫長度10%～15%范圍較窄區(qū)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。
     B、最大裂縫寬度
　　a．無侵蝕介質(zhì)、無抗?jié)B要求，結(jié)構(gòu)處于正常狀態(tài)下，最大裂縫寬度不得大于0.3mm。
　　b．有輕微侵蝕、無抗?jié)B要求時，最大裂縫寬度不得大于0.2mm。
　　c．有最重侵蝕和抗?jié)B要求時，不得大于0.1mm。
　　d．混凝土有自防水要求時，不得大于0.1mm。
　　上述標(biāo)準(zhǔn)是從耐久強(qiáng)度考慮的，為設(shè)計中和裂縫檢測中的控制范圍。但在工程實踐中，有些結(jié)構(gòu)存在數(shù)毫米寬的裂縫仍然正在使用，而且多年后也沒有破壞危險。如土木建筑中的各種大型、特種結(jié)構(gòu)和設(shè)備基礎(chǔ)，一般均存在裂縫，完全沒有裂縫是不可能的，科技工作者的主要任務(wù)是根據(jù)裂縫的部位、所處環(huán)境、配筋情況和結(jié)構(gòu)形式，進(jìn)行具體分析、判斷和處理。一些專家和學(xué)者根據(jù)對結(jié)構(gòu)物裂縫處理的實際經(jīng)驗，認(rèn)為規(guī)范中限制的裂縫寬度應(yīng)當(dāng)根據(jù)具體條件加以放寬，如像大量的表面裂縫，如果經(jīng)過周密的研究分析確定是由變形作用引起的，其寬度可不受限制，只須作表面封閉處理即可。
     3　變形裂縫產(chǎn)生的原因和特征
     （1）溫度裂縫
     a、產(chǎn)生的原因和特征
　　水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，每克水泥放出502J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(nèi)部溫度升高， 在澆筑溫度的基礎(chǔ)上，通常升高35℃左右。如果按著我國施工驗收規(guī)范規(guī)定澆筑溫度為28℃ 則可使混凝土內(nèi)部溫度達(dá)到65℃左右。但是，如果沒有降溫措施或澆筑溫度過高，混凝土內(nèi)部溫度高達(dá)80～90℃的情況也時有發(fā)生，例如XX大廈在澆筑筏板反梁基礎(chǔ)的大體積混凝土的內(nèi)部溫度，經(jīng)實際測定高達(dá)95℃。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(nèi)部的最高溫度大約發(fā)生在澆筑后的3～5天，因為混凝土內(nèi)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(yīng)力。溫度應(yīng)力和溫差成正比，溫度越大，溫度應(yīng)力也越大。當(dāng)這種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束應(yīng)力( 包括混凝土抗拉強(qiáng)度)時，就會產(chǎn)生裂縫。這種裂縫的特點是裂縫出現(xiàn)在混凝土澆筑后的3～5天，初期出現(xiàn)的裂縫很細(xì)，隨著時間的發(fā)展而繼續(xù)擴(kuò)大，甚至達(dá)到貫穿的情況。
      b、影響因素和防治措施
　　混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關(guān)�；炷�土越厚，水泥用量越大，水化熱越高的水泥，其內(nèi)部溫度越高，形成溫度應(yīng)力越大，產(chǎn)生裂縫的可能性越大。
　　對于大體積混凝土，其形成的溫度應(yīng)力與其結(jié)構(gòu)尺寸相關(guān)，在一定尺寸范圍內(nèi)，混凝土結(jié)構(gòu)尺寸越大，溫度應(yīng)力也越大，因而引起裂縫的危險性也越大，這就是大體積混凝土易產(chǎn)生溫度裂縫的主要原因。因此防止大體積混凝土出現(xiàn)裂縫最根本的措施就是控制混凝土內(nèi)部和表面的溫度差。


     （4）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(xiàn)早期升溫和后期降溫，產(chǎn)生內(nèi)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，在摻加泵送劑或粉煤灰時，也可選用礦渣硅酸鹽水泥。再有，可充分利用混凝土后期強(qiáng)度，以減少水泥用量。根據(jù)大量試驗研究和工程實踐表明，每m3混凝土的水泥用量增減10kg，其水化熱將使混凝土的溫度相應(yīng)升高或降低1℃。因此，為更好的控制水化熱所造成的溫度升高、減少溫度應(yīng)力，可以根據(jù)工程結(jié)構(gòu)實際承受荷載的情況，對工程結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行復(fù)核與驗算，并取得設(shè)計單位的同意后，可用56天或90天抗壓強(qiáng)度代替28天抗壓強(qiáng)度作為設(shè)計強(qiáng)度。由于過去土木建筑物層數(shù)不多、跨度不大，且多為現(xiàn)場攪拌，施工工期短，混凝土標(biāo)準(zhǔn)試驗齡期定為28天，但對于具有大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)的高層建筑，大多數(shù)的施工期限很長，少則1～2年，多則4～5年，28天不可能向混凝土結(jié)構(gòu)，特別是向大體積鋼筋混凝土基礎(chǔ)施加設(shè)計荷載，因此將試驗混凝土標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的齡期推遲到56天或90天是合理的，正是基于這點，國內(nèi)外許多專家均提出這樣建議。如果充分利用混凝土的后期強(qiáng)度，則可使每m3混凝土的水泥用量減少40～70kg左右，則混凝土溫度相應(yīng)降低4～7℃。最后，為減少水泥水化熱和降低內(nèi)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(qiáng)度允許，可采用摻加粉煤灰來調(diào)整。
　　b．摻加摻合料
　　國內(nèi)外大量試驗研究和工程實踐表明，混凝土中摻入一定數(shù)量優(yōu)質(zhì)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應(yīng)，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，并且能夠補(bǔ)充泵送混凝土中粒徑在0.315mm以下的細(xì)集料達(dá)到占15%的要求，從而改善了可泵性。同時，依照大體積混凝土所具有的強(qiáng)度特點，初期處于較高溫度條件下，強(qiáng)度增長較快、較高，但是后期強(qiáng)度增長緩慢。摻加粉煤灰后，其中的活性Al2O3、SiO2與水泥水化析出的CaO作用，形成新的水化產(chǎn)物，填充孔隙、增加密實度，從而改善了混凝土的后期強(qiáng)度。但是應(yīng)當(dāng)值得注意的是，摻加粉煤灰混凝土的早期抗拉強(qiáng)度和極限變形略有降低。因此，對早期抗裂要求較高的混凝土，粉煤灰摻量不宜太多，宜在10～15%以內(nèi)。
　　特別重要的效果是摻加原狀或磨細(xì)粉煤灰之后，可以降低混凝土中水泥水化熱，減少絕熱條件下的溫度升高。摻加粉煤灰的水泥混凝土的溫度和水化熱，在1～28d齡期內(nèi)，大致為：摻入粉煤灰的百分?jǐn)?shù)就是溫度和水化熱降低的百分?jǐn)?shù)，即摻加20%粉煤灰的水泥混凝土，其溫升和水化熱約為未摻粉煤灰的水泥混凝土的80%，可見摻加粉煤灰對降低混凝土的水化熱和溫升的效果是非常顯著的。目前許多商品混凝土廠家，由于認(rèn)識、技術(shù)、設(shè)備(料倉)等原因，尚未有效、充分地利用粉煤灰。
　　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(qiáng)度的同時，還可以降低水化熱，推遲放熱峰出現(xiàn)的時間，因而減少溫度裂縫。
　　例如，在泵送混凝土中，摻入占水泥重量0.25%的木質(zhì)素磺酸鈣減水劑，不僅能使混凝土的泵送性能改善，而且可以減少拌合水和水泥用量，從而降低水化熱，延遲了水化熱釋放速度 ，推遲放熱峰。因此，不但減少了溫度應(yīng)力，而且使初凝和終凝時間延緩3～8h，降低了大體積混凝土施工中出現(xiàn)冷縫的可能性。
　　d．選用質(zhì)量優(yōu)良的粗細(xì)集料
　　粗集料
　　根據(jù)結(jié)構(gòu)最小斷面尺寸和泵送管道內(nèi)徑，選擇合理的最大粒徑，盡可能選用較大的粒徑。例如5～40mm粒徑可比5～25mm粒徑的碎石或卵石混凝土可減少用水量6～8kg/m3，降低水泥用量15kg/m3，因而減少泌水、收縮和水化熱。
　　要優(yōu)先選用天然連續(xù)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(jìn)而減少水化熱。
　　細(xì)集料
　　以采用級配良好的中砂為宜。實踐證明，采用細(xì)度模數(shù)2.8的中砂比采用細(xì)度模數(shù)2.3的中砂，可減少用水量20～25kg/m3，可降低水泥用量28～35kg/m3，因而降低了水泥水化熱、混凝土溫升和收縮。
　　泵送混凝土也宜選用合理砂率，其砂率值較低流動性混凝土適當(dāng)提高是必要的。但是砂率過大，不僅會影響混凝土的工作度和強(qiáng)度，而且能增大收縮和裂縫。
   （5）泵送混凝土施工工藝改進(jìn)
　　a．控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度
　　為了降低混凝土的總溫升，減少大體積工程結(jié)構(gòu)的內(nèi)外溫差，控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度也是一個重要措施。
　　對于出機(jī)溫度和澆筑溫度的控制，世界各國都非常重視，并有較明確的規(guī)定：我國《水工混凝土施工規(guī)范》(SDJ207-82)中規(guī)定：高溫季節(jié)施工時，混凝土最高澆筑溫度，不得超過28℃。為求得統(tǒng)一，《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》(GB50204-92)也規(guī)定了這個溫度值。日本規(guī)范規(guī)定，暑期混凝土的攪拌溫度為30℃以下，澆筑時的混凝土溫度應(yīng)低于35℃；對于大體積混凝土的溫度，規(guī)定拌制時為25℃以下，澆筑時要在30℃以下。前蘇聯(lián)規(guī)范規(guī)定，暑期施工時，當(dāng)澆筑表面系數(shù)大于3的結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r，混凝土拌合物從攪拌站運(yùn)出時的溫度應(yīng)當(dāng)不超過30～35℃，而對于表面系數(shù)小于3的大體積結(jié)構(gòu)，混凝土拌合物溫度應(yīng)盡可能降低，且不超過20℃。美國規(guī)范規(guī)定，在炎熱的氣候條件下，澆筑溫度不得超過32℃。德國規(guī)范規(guī)定，在炎熱氣候時，新拌混凝土溫度，在卸車時不得超過30℃。
　　為了降低混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度。最有效的方法是降低原料溫度，混凝土中石子比熱較小，但每m3混凝土中石子所占重量最大，所以最有效的辦法是降低石子溫度。在氣溫較高時，為了防止太陽直接照射，可以在砂石堆場搭設(shè)簡易遮陽棚，必要時可向集料噴淋霧狀水，或者在使用前用冷水沖洗集料。國外也有的攪拌混凝土?xí)r加冰塊冷卻。除此之外，攪拌運(yùn)輸車罐體、泵送管道保溫、冷卻也是必要的措施。
　　b．改進(jìn)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(jié)構(gòu)致密、粘結(jié)力增大，從而提高混凝土強(qiáng)度10%或節(jié)約水泥5%，并進(jìn)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(jìn)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(jié)力和抗拉強(qiáng)度，并減少內(nèi)部裂縫與氣孔，提高抗裂性。
　　養(yǎng)護(hù)工藝
　　為了嚴(yán)格控制大體積混凝土的內(nèi)外溫差，確�；炷�土質(zhì)量，減少裂縫，養(yǎng)護(hù)是一個十分重要和關(guān)鍵的工序，必須切實做好。
　　混凝土養(yǎng)護(hù)主要是保持適當(dāng)?shù)臏囟群蜐穸葪l件。保溫能減少混凝土表面的熱擴(kuò)散，降低混凝土表層的溫差，防止表面裂縫。由于散熱時間延長，混凝土強(qiáng)度和松弛作用得到充分發(fā)揮， 使混凝土總溫差產(chǎn)生的拉應(yīng)力小于混凝土的抗拉強(qiáng)度，防止了貫穿裂縫的產(chǎn)生。澆筑時間不 長的混凝土，仍然處于凝結(jié)、硬化過程，水泥水化速度較快，適宜的潮濕條件可防止混凝土表面脫水而產(chǎn)生收縮裂縫。同時在潮濕條件下，可使水泥的水化充分、完全，從而提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。