泵送混凝土工藝施工裂縫的成因和防治措施
泵送混凝土是隨著現代施工技術進步而發(fā)展進來的一種較為先進的混凝土進倉方式，該工藝具有工藝簡單、覆蓋范圍廣、便于現場操作等優(yōu)點。但是根據筆者參建的上海普茨邁斯特擴建廠房，JST三期等項目采用泵送混凝土的工程施工過程中出現的一些情況來看，泵送混凝土因本身的工藝特點及施工工藝等因素造成裂縫普遍存在，在一定程度上影響結構的抗?jié)B性和耐久性，值得引起足夠的重視。
一、有關混凝土裂縫的介紹
混凝土裂縫按其產生原因可分為兩類：
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這類裂縫包括結構因溫度、濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉陷等原因引起的裂縫。其特征是結構要求變形，當受到約束和限制時產生內應力，應力超過一定數值后產生裂縫，裂縫出現后變形得到滿足，內應力松弛。這種裂縫寬度大、內應力小，對荷載的影響小，但對耐久性損害大。
?。ǘ┯赏夂奢d(靜、動荷載)直接應力引起的裂縫和次應力引起的裂縫，這類裂縫屬于外因引起
據國內外調查資料表明，工程結構產生屬于變形變化(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%。對于處于運動和不穩(wěn)定擴展狀態(tài)的裂縫，應考慮加固和補救措施。而對于穩(wěn)定、閉合、愈合的裂縫則可持久的應用。例如有些具有防滲要求的混凝土結構中出現0.1～0.2mm裂縫時，可能開始時有輕微滲漏，但經過一段時間后，裂縫處的水泥水化析出Ca(OH)2，逐漸彌合了裂縫，并與大氣中CO2作用，形成CaCO3結晶，封閉和自愈合裂縫(鈣化)，防止了滲漏的產生。這種裂縫是穩(wěn)定的，不會影響工程結構的使用和耐久性。
下面針對泵送混凝土的特點著重對變形變化引起的裂縫產生的原因、影響因素及防治措施進行分析。
二、泵送混凝土的特點
（一）原材料和配合比
1.水泥用量較多
為保證混凝土具有良好的可泵性，強度等級為C20～C60的混凝土中水泥用量多為350～550kg/m3 。
2.常添加摻合料
為改善混凝土性能，節(jié)約水泥和降低造價，混凝土中時常摻加粉煤灰、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，泵送混凝土的砂率一般要比普通流動性混凝土大，約為38%～45%。
4.粗骨料最大粒徑
為滿足泵送和抗壓強度要求，規(guī)范規(guī)定粗骨料最大粒徑與管道直徑比≤1∶3。
5.水灰比宜為0.4～0.6
水灰比<0.4時，混凝土的泵送阻力急劇增大；>0.6 時，混凝土則易泌水、分層、離析，也影響泵送。
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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。
（二）工藝
混凝土拌制在攪拌站進行，原材料計量準確，攪拌均勻，但也偶有失控情況，使計量與分散存在問題，影響混凝土的均勻性。
當混凝土拌合物過干、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相差過大，加入泵車內輸送時，會使?jié)仓幕炷辆鶆蛐宰儔摹?
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。
大面積混凝土結構，在澆筑后防風、防曬、養(yǎng)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。
三、變形裂縫產生的原因和防治措施
（一）溫度裂縫
1．產生的原因和特征
水泥水化過程中產生大量的熱量，每克水泥釋放出502J的熱量，如果以水泥用量350～550kg/m3來計算，每立方米混凝土將放出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(guī)范規(guī)定澆筑溫度為28℃，則可使混凝土內部溫度達到65℃左右，在沒有降溫措施或澆筑溫度過高，混凝土內部溫度有時還會更高。水泥水化熱在1～3d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(fā)生在澆筑后的3～5d，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，溫差越大，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，一般認為混凝土內外溫差超過25℃，極易產生溫度裂縫。這種裂縫的特點是裂縫出現在混凝土澆筑后的3～5d，初期出現的裂縫很細，隨著時間的發(fā)展而繼續(xù)擴大，甚至達到貫穿的情況?；炷羶炔康臏囟扰c混凝土澆筑厚度及水泥品種、用量有關?；炷练謧}越厚，水泥用量越大，水化熱越高的水泥，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。對于大體積混凝土，其形成的溫度應力與其結構尺寸相關，在一定尺寸范圍內，混凝土結構尺寸越大，溫度應力也越大，因而引起裂縫的危險性也越大，這就是大體積混凝土易產生溫度裂縫的主要原因。
2．防治措施
防止大體積混凝土出現裂縫最根本的措施就是合理進行混凝土分層分塊，并在混凝土原材料及配合比選用、泵送混凝土澆筑工藝等方面控制混凝土內部和表面的溫度差。
（1）合理進行混凝土分層分塊
混凝土澆筑前，應根據結構物結構尺寸、倉面大小及約束情況等合理進行混凝土澆筑的倉面劃分，保證分層分塊滿足設計及規(guī)范要求，大體積混凝土分層分塊不宜過厚過大，以避免產生溫度裂縫。
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（2）混凝土原材料和配合比的選用
?、偎嗥贩N選擇和水泥用量控制：
大體積鋼筋混凝土施工宜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度，以減少水泥用量。根據大量試驗研究和工程實踐表明，每立方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、減少溫度應力，可以根據工程結構實際承受荷載的情況，對工程結構的強度和剛度進行復核與驗算，并取得設計單位的同意后，可用60d或90d抗壓強度代替28d抗壓強度作為設計強度。最后，為減少水泥水化熱和降低內外溫差，宜將水泥用量盡量控制在450kg/m3以下，如果強度允許，盡量考慮采用摻加粉煤灰來調整。
②摻加摻合料：
混凝土中摻入一定數量優(yōu)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應，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，并且能夠補充泵送混凝土中粒徑在0.315mm以下的細集料達到占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度特點，初期處于較高溫度條件下，強度增長較快、較高，但是后期強度增長緩慢。摻加粉煤灰后，其中的活性Al2O3、SiO2與水泥水化析出的CaO作用，形成新的水化產物，填充孔隙、增加密實度，從而改善了混凝土的后期強度。但是值得注意的是，摻加粉煤灰混凝土的早期抗拉強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。特別重要的效果是摻加原狀或磨細粉煤灰之后，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，大致為：摻入粉煤灰的百分數就是溫度和水化熱降低的百分數，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。
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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，推遲放熱峰出現的時間，因而減少溫度裂縫。
?、苓x用質量優(yōu)良的粗細骨料：
粗骨料：根據結構最小斷面尺寸和泵送管道內徑，選擇合理的最大粒徑，盡可能選用較大的粒徑。天然連續(xù)級配的粗骨料可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。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。
細骨料：以采用級配良好的中砂為宜。實踐證明，采用細度模數2.8的中砂比采用細度模數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度，而且能增大收縮和裂縫。
?。?）泵送混凝土施工工藝改進
?、倏刂苹炷脸鰴C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。對于澆筑溫度的控制，我國《水工混凝土施工規(guī)范》(SDJ207-82)中明確規(guī)定：高溫季節(jié)施工時，混凝土最高澆筑溫度應≤28℃。降低混凝土的出機溫度，最有效的方法是降低原材料溫度，混凝土中砂石比熱較小，但每立方混凝土中砂石所占重量最大，所以最有效的辦法是降低砂石溫度。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簡易遮陽棚，或加大堆料高度(一般應≥6m，但要采取措施防止骨料破碎)并采用地弄供料，必要時可向料堆噴淋霧狀水，或在使用前用冷水沖洗集料，在攪拌混凝土時加冰塊冷卻。除此之外，攪拌運輸車罐體、泵送管道保溫、冷卻也是必要的措施。
②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(jié)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而在石子、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(yǎng)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(yǎng)護是一個十分重要和關鍵的工序，必須切實做好，養(yǎng)護要做到使混凝土表面經常保持濕潤，根據新的混凝土施工規(guī)范，養(yǎng)護時間為28d，必要時還需延長養(yǎng)護期?；炷琉B(yǎng)護主要是保持適當的溫度和濕度條件。保溫能減少混凝土表面的熱擴散，降低混凝土表層的溫差，防止表面裂縫。由于散熱時間延長，混凝土強度和松弛作用得到充分發(fā)揮，使混凝土總溫差產生的拉應力小于混凝土的抗拉強度，防止了貫穿裂縫的產生。
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（二）沉陷(塑性)收縮裂縫
1．產生的原因和特征
采用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)，經常出現一種早期裂縫。這種裂縫為斷續(xù)的水平裂縫，裂縫中部較寬、兩端較窄、呈梭狀，裂縫經常發(fā)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混凝土流動性過大或流動性不足或混凝土拌制不均勻，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、基礎沉陷所致。裂縫在混凝土澆筑后1～3h出現，裂縫的深度通常達到鋼筋上表面。
2．防治措施
?。?）嚴格控制混凝土單位用水量及水灰比，在滿足泵送和澆筑要求時，盡可能減小坍落度；
?。?）摻加適量、質量良好的泵送劑和摻合料，可改善工作性、減少沉陷；
（3）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；
?。?）混凝土澆筑時，下料不宜太快，防止堆積或振搗不充分；
?。?）混凝土應分層澆筑、振搗密實，振搗時間以10～15s/次為宜，在混凝土澆筑1～1.5h后，混凝土尚未凝結之前，對混凝土進行二次振搗，表面要壓實抹光；
?。?）在炎熱的夏季和大風天氣，為防止水分急劇蒸發(fā)，形成內外硬化不均和異常收縮引起裂縫，應采取措施緩凝和表面覆蓋措施。
（三）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(fā)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?；炷恋乃终舭l(fā)、干燥過程是由外向內、由表及里，逐漸發(fā)展的。由于混凝土蒸發(fā)干燥非常緩慢，而且裂縫發(fā)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，干縮裂縫不僅嚴重損害薄壁結構的抗?jié)B性和耐久性，也會使大體積混凝土的表面裂縫發(fā)展成為更嚴重的裂縫，影響結構的耐久性和承載能力。
2．防治措施
?。?）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(fā)，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。盡管如此，因泵送混凝土的水泥用量偏高，在有可能減少水泥用量時，還是盡可能降低水泥用量。
?。?）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；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。沉陷裂縫、干縮裂縫都是由于混凝土單方用水量過大、混凝土過稀、坍落度過大，水分蒸發(fā)過快、過多造成的。因此嚴格控制泵送混凝土的用水量是減少裂縫的根本措施，為此，在混凝土配合比設計中應盡可能將單方混凝土用水量控制在170kg/m3以下。
（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(tǒng)的和無限的，也應在最佳砂率范圍內，可以通過理論計算和工程實踐確定。
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（5）摻合料：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，能降低混凝土干燥收縮值。
（6）化學外加劑：為了降低用水量，摻加適當數量減水率高、分散性能好的外加劑是非常必要的。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。
?。?）養(yǎng)護時間和方法：混凝土澆筑面表面干燥過快，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養(yǎng)護，對減少干燥收縮有一定作用。
四、結語
綜上所述，泵送混凝土，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大，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，加強抹面和養(yǎng)護也是必不可少的技術措施。
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