泵送混凝土產(chǎn)生裂縫的原因及控制措施

姚廷純

（云南晨實建設工程有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

泵送混凝土是目前施工中廣泛使用的一種施工方式，大大降低了混凝土水平、垂直運輸?shù)睦щy，在施工中具有施工連續(xù)性，施工速度快、適用范圍廣、占用場地小、大大降低勞動強度等優(yōu)點；但也有不足的一面，結(jié)合泵送混凝土本身的生產(chǎn)特點及施工工藝等因素，在施工中普遍出現(xiàn)混凝土收縮過快導致產(chǎn)生裂縫，在一定程度上影響到了構(gòu)件的強度和抗?jié)B功能。本文對泵送混凝土生產(chǎn)及施工過程中遇到的幾個問題進行了剖析，并對其產(chǎn)生的原因進行探討。

1 泵送混凝土的生產(chǎn)要求及特點

1.1 對于原材料質(zhì)量的要求

（1）水泥用量多：在強度等級C20～C65 的混凝土中，為了確保混凝土的高強度和高抽吸率，通常高強度混凝土中的水泥用量為350～550kg/m3。

（2）砂率高、用砂量多：為了使混凝土具有流動性、黏聚性和保水性能，便于運輸、泵送和灌裝，泵送混凝土的含砂率在38%～45%。

（3）粗骨料粒徑較小：為了達到泵送的目的，碎石的最大粒徑與管道直徑比通常要小于1:3，礫石的最大粒徑與管道直徑比也不能超過1:2.5，石粉的最大粒徑與管道直徑比不能超過1:4。

1.2 添加劑的要求

（1）添加劑：為了增強混凝土的力學特性（增強）及流動性，經(jīng)常在工程中加入粉煤灰、磷石膏、高嶺土、礦渣等添加劑。水灰比以0.4～0.6 為好；根據(jù)不同施工部位調(diào)整相應的坍落度，一般情況下坍落度為160～220mm。

（2）泵送劑：柏闊減水劑、復合緩凝劑、引氣劑等，在一定程度上對混合料的流動性及強化效果有顯著的作用[1]。

2 裂縫的種類

根據(jù)裂縫形成的成因，大致可以劃分為：荷載作用引起的開裂，應力變形引起的裂縫，由耦合作用引起的裂縫。

根據(jù)危害的大小，可將其劃分成危害裂縫和無害裂縫。危害裂縫是指對建筑結(jié)構(gòu)的性能和壽命產(chǎn)生不利影響的裂縫。一般裂縫寬度超過規(guī)定的20%是輕微危害，超過規(guī)定的50%是中等危害，超過規(guī)定的100%是嚴重危害。

按表面裂縫、深層裂縫和貫通裂縫等不同類型的裂縫進行分析。貫通裂縫截斷了建筑物的截面，會對建筑物整體、耐久性、防水性能造成損害，從而對工程的正常應用造成很大損害；深裂局部截斷了構(gòu)造剖面，具有較大危險性；盡管不是結(jié)構(gòu)開裂，但是在混凝土的收縮過程中，表層裂縫截面的薄弱和容易引起應力聚集，可以促進裂縫的發(fā)展。

通常，熱收縮應力導致的初期裂縫不會對結(jié)構(gòu)的承載量（瞬間強度）有任何變化，只會對其耐久性能和防水性能有一定的作用。為了減少對結(jié)構(gòu)承載能力產(chǎn)生裂縫，應該采取封堵或加固措施，防止鋼筋腐蝕、混凝土碳化和防水防滲。在地下或半地下建筑物中，混凝土開裂是影響其防水能力的重要因素，通常在0.1～0.2mm 的縫隙處出現(xiàn)少量滲漏，但在一定時期內(nèi)會自行愈合；當大于0.2～0.3mm 時，滲透量按照裂縫寬度的3 倍方數(shù)遞增，必須采用化學灌漿。因此，在地下施工中，要盡可能地避開貫通整個截面的0.3mm 以上的裂縫。

3 泵送混凝土產(chǎn)生裂縫的原因

3.1 混凝土自身產(chǎn)生干縮裂縫

干燥收縮是由于混凝土澆筑一定的時間后，因內(nèi)部的水分在一定程度上會發(fā)生汽化，引起干燥收縮。干燥收縮是引起混凝土產(chǎn)生裂縫的重要原因，干燥過程是從表面到內(nèi)部逐步發(fā)展[2]。混凝土本身干收縮開裂多在表面較淺處，且裂縫細小，有時為平行或網(wǎng)格，因此往往未引起重視。干縮性開裂不但對薄壁墻的抗?jié)B性和強度造成了很大破壞，而且還會導致其表層裂縫向較大程度擴展，從而對結(jié)構(gòu)的整體承載力產(chǎn)生不利作用。

3.2 環(huán)境引起的溫度裂縫

由于水泥水化會產(chǎn)生較多的熱能，混凝土中的熱損失約為17500～27500kJ，混凝土內(nèi)部升溫約為30℃，一般1～3d 就會釋放超過50%的熱能。由構(gòu)造大小決定了其產(chǎn)生的溫度應力。隨著混凝土體積增大，其溫度應力也隨之增大，從而增加了開裂風險。

3.3 混凝土塑性收縮裂縫

當采用泵式混凝土澆注時，由于墻體、面板等體積較大，往往會產(chǎn)生一種早期塑性收縮開裂現(xiàn)象。

3.4 操作不當產(chǎn)生的裂縫

在施工中，由于施工人員為了節(jié)約勞動力、縮短操作時間和設備的使用，經(jīng)常會造成混凝土在澆注中脫水，導致水灰比和坍落度增加而開裂。因為沒有把握好初凝的時機，沒有及時對混凝土進行收面，造成了無法修復裂縫。

3.5 水泥水化熱引起的裂縫

在研究中，水泥水化熱是影響大體積混凝土內(nèi)熱的重要原因。大體積混凝土斷面使得混凝土中的水化熱量難以在混凝土中集中。事實上，混凝土中最大溫度多出現(xiàn)在混凝土澆注后2～5d，這是因為混凝土本身具有較高的熱量。

在澆注早期，由于其強度和彈性模數(shù)偏低，對水化熱快速溫升沒有明顯的限制，因而其對應溫應力也較小[3]。隨著時間推移，混凝土彈性模量增加，其對冷卻及收縮的限制越來越大，導致在混凝土中產(chǎn)生較大的溫度應力，而在抗張能力達不到足夠的程度時，則會發(fā)生溫度開裂。

3.6 外界氣溫變化產(chǎn)生的裂縫

在大型建筑工程中，外部溫度的改變對預防大體積混凝土裂縫具有重要作用。當外部溫度較高時，混凝土的澆注溫度也隨之升高，當外部溫度降低時，混凝土冷卻速度將加快，尤其是當外部溫度急劇降低時，會使混凝土與外部混凝土之間的溫差增大，從而對大尺寸的混凝土造成極大影響。

溫度應力是由外界溫度、澆筑溫度、水化熱導致絕熱溫度和建筑熱輻射冷卻等多種溫度的綜合作用[4]。另外，由于大體積混凝土的熱量很難散發(fā)，其內(nèi)部的溫度可達到80℃，并且持續(xù)時間很久，所以必須采取適當?shù)臏乜胤椒▉碛行У匾种破洚a(chǎn)生的溫度應力。

4 裂縫的防范措施

4.1 混凝土自身的干燥收縮受用水量的影響最大

在混凝土配比設計中，必須對每一種混凝土用量都要嚴格地進行控制，并對施工工藝進行嚴格程序管理，不允許操作者私自更改其水灰比。

4.2 嚴格控制混凝土的原材料

（1）粗骨料：通過對混凝土的最小截面和抽水管線的直徑等因素分析，確定了最佳的最大直徑，即粗骨料宜為5～40mm，這樣能減少混凝土的耗水率，從而減少混凝土的滲水、收縮和水化熱量。

（2）細骨料：選用較佳的中砂粒，細度系數(shù)為2.8 的砂比細度較高，亦可降低水泥用量、降低水泥水化熱、混凝土溫升及收縮。因此，有必要選擇合適的砂比[5]。若砂含量太高，則會增加混凝土的收縮及開裂概率。

（3）水泥：混凝土內(nèi)部的溫度與混凝土厚度及水泥品種、用量有關。在添加泵送劑或粉煤灰時，可選用礦渣硅酸鹽水泥。

（4）外加劑的添加控制：經(jīng)過多年的工程實踐表明：在混凝土中加入適量的高質(zhì)量的粉煤灰，不僅可以適當減少水泥用量，還可以提高其流動性、粘聚性、保水性能，提高泵送性能。加入粉煤灰的比例大約是由其在水化過程中的溫度下降和水化熱量的百分比組成，也就是加入20%的粉煤灰后，其水化熱量和水化熱量大約為不摻入粉煤灰的80%左右。摻入堿水、緩凝劑能提高拌和物的流動性、黏聚性、保水性能。并能增強混凝土的致密，能有效地提高混凝土的抗碳性，增加水泥漿的稠度，增強水泥與集料間的結(jié)合能力，并能有效地提高混凝土的抗拉性能，增加其使用壽命。但是，應特別指出，使用干式收縮減水劑或抽吸液。

（5）改善攪拌工藝：采用二次加料的凈漿裹石或砂漿裹石工藝，能有效地阻止水分在水泥砂漿與石塊之間的結(jié)合處聚集，增加了加固后界面結(jié)構(gòu)，增加了黏結(jié)力，從而提高了混凝土強度或節(jié)省水泥，同時還降低了水化熱和開裂。此外，要有合理的攪動時間，如果時間過短或過長，都會導致混合料的均勻度惡化，增加沉降[6]。

（6）嚴格控制澆筑施工工藝：振動頻率為10～15s/次。對于澆筑混凝土，在澆筑1～1.5h 后，在初凝之前進行二次振搗，使混凝土中的氣體完全排出，表面經(jīng)壓實處理后，可消除由于滲水而在石子、水平鋼筋下部產(chǎn)生的空洞和濕氣，從而改善混凝土的粘附力和拉伸強度，減小內(nèi)部裂縫和氣孔，改善其抗裂性。在澆筑時，不能過快地下料，以免造成不均勻的堆砌和振搗，影響澆筑的質(zhì)量。

（7）掌握拆模時間及表面保溫：在很多工地，為了提高模板的周轉(zhuǎn)率，往往要求新澆筑的混凝土盡早拆模。當混凝土溫度高于外界氣溫時應適當考慮推遲拆模時間，以免引起混凝土表面的早期裂縫。同時，在拆模時，為避免表面溫度驟降而引起溫度梯度，可在拆除模板后及時在表面覆蓋一輕型保溫材料，如木屑、塑料薄膜、草席等，從而防止混凝土表面產(chǎn)生過大的拉應力，防止裂縫的產(chǎn)生。

（8）混凝土養(yǎng)護：在日常施工中，許多工地并不重視混凝土的養(yǎng)護，而混凝土的養(yǎng)護則以保溫、保濕為主，以減小表面溫度、減小干縮、預防表面開裂。在需要時，可以在混凝土中通入管道進行冷卻，起到降溫作用。為了避免低溫對混凝土損傷，在冬季必須采取保溫措施。

5 溫度裂縫的處理方法

混凝土裂縫的修補措施主要有結(jié)構(gòu)加固法、混凝土置換法、表面修補法、嵌縫法等。

（1）結(jié)構(gòu)加固法。在對混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫后，應考慮對其進行強化。目前普遍采用加固措施有：增大鋼筋截面、在鋼筋的角部包型鋼、采用預應力加固粘貼鋼板加固、增設支點加固、噴漿加固等。

（2）混凝土置換法。采用置換法對破壞的混凝土進行清除，并用新混凝土或其他物質(zhì)代替，是一種行之有效的處理方式[7]。通常使用替代物有水泥砂漿、聚合物，或改性聚合物水泥或砂漿。

（3）表面修補法。對于不受穩(wěn)定性和承載力的影響的表層裂紋和深層裂紋的修復，采用了表層修復技術。一般方法是在裂縫的表層涂抹水泥漿、環(huán)氧膠漿或油漆、瀝青等防腐物質(zhì)，在保護過程中避免因種種因素而導致混凝土裂紋，一般采取裂紋的表層粘貼玻璃鋼等方法。

（4）嵌縫法。嵌縫法是目前普遍采用的一種施工工藝，主要是沿著縫內(nèi)開槽口，在溝槽內(nèi)嵌入一種可壓縮或硬質(zhì)的止水劑，從而實現(xiàn)對裂縫進行密封。常見塑料制品有PVC 膠泥、塑料油膏及丁基等；一般采用高分子膠粘劑作為剛性防水的主要原料[8]。

另外，應重視混凝土的前期保養(yǎng)，其目的在于維持一定的溫度、濕度，從而實現(xiàn)3 個目標：①避免不利溫度、濕度的變化，②避免不利的收縮；③保證水化過程的順暢進行，從而實現(xiàn)設計要求的強度和抗開裂性能。隔熱可以有效地減小混凝土的熱傳導，減小其表面溫度和避免其表面開裂。在澆筑完成后，應立即用草簾、麻片、塑料膜等材料進行覆蓋，同時要及時、足量灑水養(yǎng)護，并適時地增加養(yǎng)護期，以使混凝土表層降溫。合適的溫、濕狀況是互相聯(lián)系的。保溫的方法往往也起到了潤濕作用。新澆筑的混凝土在一定程度上能達到水化需要，但往往會因為蒸發(fā)等因素造成水分流失，進而延緩或阻止水化，因此，表層的混凝土最易遭受這樣的負面效應。所以，在混凝土澆筑后的7d 養(yǎng)護是施工重點。

6 結(jié)語

本文從水泥生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)入手，闡述了水泥用量、添加劑用量、含砂率大、外加劑的參量不當，導致混凝土的干燥、收縮和開裂的潛在風險。在施工中，要嚴格控制澆筑技術、合理組織工人和機械設備、嚴格的程序管理、充分掌握初凝和拆模的時機、注重養(yǎng)護等措施，才能有效地控制混凝土開裂，增強混凝土強度和防滲性能，從而延長構(gòu)件壽命。