泵送混凝土施工中出現(xiàn)技術問題的防治
關鍵詞:泵送混凝土,收縮裂縫,濕度變形
建筑技術的發(fā)展已使泵送混凝土成為高層、大體積和大跨度混凝土施工的方向,但是在工程施工中曾出現(xiàn)一些技術問題,現(xiàn)分析如下。
1 混凝土強度等級不足問題
1. 1 混凝土施工時水灰比過大
在目前一些施工單位未嚴格按標準要求選用混凝土的坍落度,集中攪拌站提供的混凝土坍落度較大,泵送不出。用水量和水泥用量加大,混凝土產(chǎn)生裂縫的機會增多。造成實際生產(chǎn)的混凝土單位用水量大于配合比給定的用水量,在水泥用量不增加的情況下,實際生產(chǎn)的混凝土強度肯定要低于配制強度,其造成的損失是較大的。影響混凝土強度的因素有原材料、配合比、施工方法、養(yǎng)護方法。而水泥品種和強度、水灰比是最重要的因素。根據(jù)實踐經(jīng)驗表明:坍落度每增大10 mm , 用水量需加大2%。
1. 2 水泥活性低于水泥強度
水泥活性低于或高于水泥標號對混凝土強度的影響與水灰比有關。在水灰比為0.3、0.35、0.40時，水泥強度每增減1MPa，混凝土強度增減1.29 MPa,1.1 MPa 和0.9 MPa 。由此可見,水泥活性對混凝土強度的影響是明顯的。但是水泥強度均有出廠合格證和復試檢驗結果,一般配合比設計時要用水泥活性來計算,所不放心的是水泥存放時間較長,活性大大降低時,再用出廠的強度計算,就可能降低混凝土的強度。
1. 3 骨料質(zhì)量差
砂石級配不良,含泥量過大、石子針片狀較多、軟弱顆粒多、砂過細或砂率過低,均會造成混凝土強度降低,特別是C40 以上強度的混凝土。
1. 4 泵送劑質(zhì)量與摻量影響
泵送劑對混凝土強度的影響十分大。質(zhì)量優(yōu)異的泵送劑僅達到J C 473292 混凝土泵送劑一等品的技術指標,必須在滿足坍落度增加值的同時減少10 %～12 % 的水,使單位用水量降低,相應降低水灰比,并達到抗壓強度比不小于115 %。否則泵送劑的減水率低,在不減水的情況下,只能加大坍落度,而使抗壓強度比達不到不小于115 %的合格標準。
混凝土泵送劑對其質(zhì)量的影響不僅是泵送劑的品種,更與摻量有關。超大摻量在技術和經(jīng)濟上均不合理;但摻量低必然會使坍落度的強度降低。因此選擇泵送劑的品種和摻量,必須針對工程具體實際和采用的原材料、配合比、攪拌、運輸成型方式及環(huán)境有關。決不能借用外單位和以往資料,不經(jīng)試配即用于工程是十分危險的。
2 混凝土的可泵性問題
混凝土的可泵性是滿足拌合物在泵的輸送下順利進行的反映,包括:混凝土拌合物在泵腔內(nèi)易于流動并充滿所有空間;有良好的粘聚性、保水性,在輸送中不分層離析和泌水;混凝土與管壁之間以及混凝土內(nèi)摩擦阻力小。從使用角度分析,混凝土拌合物的可泵性應以流變形式表達;根據(jù)經(jīng)驗得到一定量值的方法來測定。最常用的方法是阿勃拉姆設計的坍落度測量法,由于設備簡單測量容易,既可測出流動性大小,又能判別粘聚性和保水性好壞,因而已被中國、美國、日本和國際標準化組織( ISO) 確定為測定流動性混凝土工作性的標準方法。最適宜泵送混凝土的最大坍落度值,世界各國均有一定的要求值。德國為180 mm～220 mm ; 日本為180 mm～210 mm ; 歐洲各國為230 mm～250 mm ; 我國為180 mm～200 mm 。為使混凝土具有良好的可泵性并達到設計強度、耐久性和經(jīng)濟性，對混凝土的工作性特別是最小坍落度應嚴格控制。
3 泵送混凝土的裂縫問題
3. 1 塑性收縮裂縫
澆筑后混凝土表面蒸發(fā)過快或被基礎、模板吸水過快,造成初始凝固混凝土急劇脫水而產(chǎn)生的收縮裂縫屬塑性收縮,當這種塑性收縮受基礎、模板或鋼筋的約束,因混凝土強度大于零而產(chǎn)生裂縫。從混凝土中蒸發(fā)和吸收水分的速度越快,裂縫越容易產(chǎn)生。降低單位用水量減小坍落度是防止塑性收縮的根本途徑;增加環(huán)境濕度、降低氣溫、減小蒸發(fā)量和良好的養(yǎng)生也是非常重要的。
3. 2 沉降裂縫
產(chǎn)生沉降裂縫的主要原因是混凝土拌合料太稀,坍落度過大,沉陷量過高。這種裂縫在坍落度過大的商品混凝土澆筑結構中,特別是板、墻表面系數(shù)過大的結構中容易出現(xiàn)。在混凝土沉陷時受到鋼筋抑制或模板、基礎沉陷或表面不平未壓實沉陷所致。這種裂縫在混凝土澆筑后2h～3h, 表面明水消失時即出現(xiàn)。其防止辦法是將單位用水量控制在170 kg/ m2～175 kg/ m2 以下, 基本滿足泵送需要坍落度降至最小。對已出現(xiàn)的沉陷裂縫在停止后,將裂縫附近混凝土表面重新抹壓,使之愈合。
3. 3 干縮裂縫問題
水分蒸發(fā)是造成干縮和塑性裂縫的主要原因。但塑性是在硬化前短期內(nèi)產(chǎn)生的,而干縮是在硬化后較長時間產(chǎn)生的。混凝土干縮是因為水泥石干燥造成的。這種干燥、蒸發(fā)是由表及里逐漸發(fā)展的。這種裂縫發(fā)生在距表層很淺的位置,常被人們所忽視。但必須注意的是,干縮裂縫不僅嚴重損害薄壁結構的滲透和耐久性,也會使大體積混凝土的表面裂縫發(fā)展成更嚴重的裂縫, 對結構的承載力和安全使用影響嚴重。
影響混凝土干燥開裂的主要因素有如下幾點: 1) 水泥品種。水泥需水量越大,混凝土的干縮率越大,不同水泥混凝土干縮大小順序為:礦渣硅酸鹽類、普通硅酸鹽類、中低熱、粉煤灰水泥,從減少收縮考慮采用中低熱水泥和粉煤灰水泥。
2) 水泥用量。干縮隨水泥用量的增加而加大,減少水泥用量可減少干縮量。
3) 用水量?；炷粮煽s受用水量影響最大,干縮同用水量成正比關系;隨用水量的增加而急劇增大。
4) 砂率?；炷粮煽s隨砂率的增大而增加,但增加的數(shù)值不大。
5) 摻合料及外加劑。礦渣、硅藻土、赤頁巖等摻合料在混凝土中會增大干縮;但適量膨脹劑能起補償作用,利于防止裂縫產(chǎn)生;減水劑、泵送劑和引氣劑有增大混凝土干縮的作用。
6) 養(yǎng)護。早期養(yǎng)護對減少收縮開裂有一定作用。
3. 4 溫度裂縫
水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱能,內(nèi)部溫度會超過30 ℃以上;一般在1d～3d 即釋放50 %以上熱能。由于散熱的傳遞、積存,混凝土內(nèi)最高溫度多數(shù)發(fā)生在澆筑后3d～5d, 因內(nèi)外散熱條件不同,中心溫度高,表面溫度低,即形成溫度梯度,造成溫度變形和應力。溫度應力和溫差成正比,溫度越大應力越大;當溫度應力大于內(nèi)外約束應力時則產(chǎn)生裂縫。
大體積混凝土一定尺寸范圍內(nèi)其結構尺寸越大,引起裂縫的危險性也越大,防止出現(xiàn)溫差最根本的措施是控制混凝土內(nèi)部和表面溫差。包括以下幾方面:
1) 混凝土原材料和配合比選擇。a. 水泥。宜選用中熱或低熱水泥,摻粉煤灰和泵送劑時,也可選用礦渣硅酸鹽水泥。b. 充分利用混凝土后期強度。c. 水泥用量盡量控制在450 kg/ m3 以下,如果強度過高用摻粉煤灰來調(diào)整。
2) 摻合料合理配用。混凝土中摻入適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰,不僅能代替水泥,而且因粉煤灰顆粒呈球狀、具有流動效應,改善了混凝土流動性、粘聚性和保水性,并能補充泵送混凝土達到粒徑在
0. 315 mm 以下的細集料應占15 %的要求,改善可泵性。
3) 摻入外加劑。摻加具有減水、增塑、緩凝、引氣的劑,改善流動性、粘聚性和保水性,由于分散和減水作用,在降低用水量和提高強度的同時,還可降低水化熱,推遲放熱峰出現(xiàn)的時間,因而減少溫度裂縫。
4) 選擇優(yōu)質(zhì)粗細集料。細集料以采用中砂為宜,采用模數(shù)為2.8 的砂較細度模數(shù)為2.3 的砂可減少用水量20 kg/ m3～25 kg/m3,水泥用量相應減少25 kg/ m3～35 kg/m3,因而降低水化熱。
粗集料如采用5 mm～40 mm 粒徑的,可經(jīng)5 mm～25 mm 粒徑的減少用水量7 kg/ m3 ,減少水泥用量15 kg/m3,因而減少泌水、收縮和水化熱。
5) 控制攪拌機出口溫度及澆筑溫度。出機溫度和澆筑溫度的控制,世界各國均重視,例如日本規(guī)定暑期混凝土攪拌溫度為30 ℃以下,混凝土澆筑應低于35 ℃;前蘇聯(lián)規(guī)定:暑期施工澆筑表面系數(shù)大于3 的結構出機溫度不超過30 ℃～35 ℃,而對表面系數(shù)小于3 的大體積混凝土拌合物不超過20 ℃;美國規(guī)范要求在炎熱季節(jié)不超過32 ℃;德國規(guī)定炎熱季節(jié)新拌混凝土卸車時不超過30 ℃。我國SDJ 207282 水工混凝土施工規(guī)范規(guī)定:高溫季節(jié)施工時,混凝土澆筑最高溫度不超過28 ℃,規(guī)范( GB 602042 92) 也規(guī)定了相同溫度限值。
6) 改進施工工藝。a. 攪拌工藝。采用二次投料的凈漿裹石或裹砂攪拌工藝,可有效阻止水分聚集在水泥砂漿和石子界面上,使硬化后界面過渡層結構致密,增大粘結力,提高混凝土強度10 %或節(jié)省水泥5 % 以減少水化熱和裂縫。b. 振搗工藝。在終凝之前進行二次振搗可排除混凝土因泌水在石子、水平筋下部形成的空隙和水分,提高粘結和握裹力,防止沉陷開裂。c. 養(yǎng)護工藝。澆筑不久的混凝土,處于凝結、硬化過程,水化速度較快,適宜的潮濕環(huán)境可防止混凝土表面脫水產(chǎn)生收縮開裂,對空氣水化,提高混凝土極限抗拉養(yǎng)護是一個重要的關鍵環(huán)節(jié)。產(chǎn)生混凝土的沉陷、塑性、干縮裂縫,均因其單位立方米用水量過大、拌合料過稀、坍落度過大、水分蒸發(fā)過快所致。因此嚴格控制用水量是減少裂縫開裂的根本措施。
4 凝結異常問題
泵送混凝土有時會采用特種水泥和摻外加劑及摻合料,否則混凝土品質(zhì)變壞和發(fā)生異常凝結會影響泵送質(zhì)量的結構質(zhì)量并影響工期。
4. 1 緩凝問題
1) 泵送劑中緩凝成分過多。為增加泵送流動性,減少泌水和坍落度損失,要摻入緩凝劑含量較多的木質(zhì)、糖鈣類復合劑。當泵送組分不匹配、摻量不適或氣溫低時,均會使混凝土過分緩凝。
2) 減水組分超臨界摻量。木質(zhì)磺酸鈣類緩凝型減水劑的緩凝已被人們所知,但對茶磺酸甲醛和三聚氰胺類也會造成緩凝作用知之甚少。實際上這兩種減水劑的緩凝性小,減水作用大,促進早強而緩凝作用未引起重視。當摻量達臨界量時由于減水作用,強度不會增加而緩凝泌水作用呈現(xiàn)出來,使混凝土凝結遲緩。
3) 緩凝摻合料超量。
4) 環(huán)境溫度過低。
4. 2 速凝、假凝問題
1) 在常溫和夏季多采用有早強組分的硫酸鈉泵送劑,因凝結時間短坍落度損失快,即使可以出泵但澆筑振搗困難,容易形成蜂窩、孔洞、麻面或露筋。
2) 用硬石膏作為調(diào)凝劑的硅酸鹽類水泥,當采用含有木質(zhì)硫酸鈣或糖類的復合泵送劑時,會引起初凝時間很短或速凝。
參考文獻:
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