水利工程中泵送砼裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施

水利工程中泵送砼裂縫產(chǎn)生的原因及防治措施

摘要：泵送混凝土在現(xiàn)代水利工程建設(shè)中占有極其重要的地位，其裂縫問題是混凝土工程中最普遍存在的技術(shù)問題之一。裂縫會威脅水利工程建（構(gòu)）筑物的安全，也會誘發(fā)其它質(zhì)量安全問題，因此，在施工管理過程中必須嚴加控制，減輕、消除裂縫帶來的危害，確保水利工程建（構(gòu)）筑物的運行安全。本文通過分析泵送混凝土的特點，針對裂縫產(chǎn)生的原因和防治措施進行探討和分析。關(guān)鍵詞：水利工程；泵送混凝土；裂縫產(chǎn)生的原因；防治措施Abstract：Concreteplaysanimportantroleinmodernwaterconservancyproject，anditscrackproblemisacommontechnicalprobleminconcreteengineering.Inthispaper，throughanalysisofthecharacteristicsofpumpingconcrete，thecausesofcrackandpreventionmeasuresarediscussedandanalyzed.Keywords：waterconservancyproject；pumpingconcrete；causesofcrack；preventionmeasures一、泵送混凝土的定義混凝土泵是連續(xù)式運輸機具之一，它以混凝土泵為動力，將混凝土從混凝土攪拌運輸車或貯料斗中卸入泵的料斗后，利用泵的壓力將混凝土沿管道直接輸送到澆筑地點，可以同時完成水平和垂直運輸，是發(fā)展較快的一種混凝土運輸方法，在水利工程中應(yīng)用廣泛，特別是應(yīng)用于大體積混凝土和采用現(xiàn)澆、滑模施工，泵送混凝土具有明顯的綜合效益。泵送混凝土輸送量大，速度快，效率高，節(jié)省人力，能連續(xù)作業(yè)，技術(shù)要求高，一般需要設(shè)備先進、有嚴格質(zhì)量控制系統(tǒng)的集中制備站相配合，不僅混凝土拌合物質(zhì)量能得到保證，而且可以在輸送量、流動性等方面滿足輸送要求。同時避免了現(xiàn)場制備對混凝土質(zhì)量的各種不利影響，改善了現(xiàn)場的施工環(huán)境，減少了浪費，在合理的澆筑方案的指導下，可有序、快捷地完成澆筑任務(wù)，加快了施工速度。利用混凝土泵進行混凝土運輸，要求混凝土在運輸過程中保持均勻性，避免產(chǎn)生分離、泌水、砂漿流失、流動性減小等現(xiàn)象，要求澆筑工作能夠連續(xù)進行，保證管道通暢，在混凝土初凝之前澆筑完畢。因此，對原材料、配合比要嚴格控制，要組織嚴密，采用科學的方法進行管理。二、泵送混凝土的特點1、泵送混凝土的原材料和配合比（1）水泥用量較多。為保證混凝土具有良好的可泵性，水利工程中常用的強度等級為C20～C60，期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，混凝土中常添加粉煤灰、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；（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。水灰比小于0.4時，混凝土的泵送阻力急劇增大；水灰比大于0.6時，混凝土則易泌水、分層、離析，也影響泵送；（6）泵送劑。對混凝土拌合物流動性和硬化混凝土的性能有影響，對裂縫也有影響。2、泵送混凝土坍落度要求水利工程對于泵送混凝土的性能要求比較高，要求混凝土和易性（流動性、保水性、粘聚性）比較好，特別是混凝土的壓力泌水率要符合要求，否則的話容易引起混凝土在泵送過程中發(fā)生堵泵現(xiàn)象。泵送混凝土的坍落度從規(guī)范角度要求120mm以上，但是實際施工過程中，120mm的坍落度有時候也不好泵送，這跟混凝土的標號有直接的關(guān)系，對于高標號混凝土可能要達到200mm左右的坍落度才能滿足泵送要求，但是也不是坍落度越大越好，如果坍落度過大，混凝土發(fā)生離析，也一樣要發(fā)生堵泵。此外，泵送混凝土對材料的級配有一定的要求，要求砂、石料的級配比較好。泵送砼可以提高工作效率，特別是在大體積砼施工中，例如閘室底板、混凝土壩等。但對砼的和易性（主要是流動性）要求比較高，一般要求砼塌落度大于120mm。一般砼在攪拌中要添加泵送劑，以達到較大的塌落度而不影響砼強度。三、泵送混凝土裂縫產(chǎn)生的原因水泥水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，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。當這種溫度應(yīng)力超過混凝土的內(nèi)外約束應(yīng)力時，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，隨著時間的發(fā)展繼續(xù)擴大，嚴重的情況下能夠達到貫穿的情況。裂縫產(chǎn)生的原因主要包括以下幾個方面：1、化學收縮裂縫由水泥水化反應(yīng)而引起的混凝土體積變小稱為化學收縮。水泥水化反應(yīng)的主要產(chǎn)物是C-S-H凝膠。據(jù)報道，水泥水化反應(yīng)所產(chǎn)生的C-S-H凝膠的體積小于水泥與水的體積之和。對于硅酸鹽水泥，每100Kg水泥加水完全水化以后，其體積總減少量可達7～9ml。如果每立方米混凝土中水泥用量為300Kg，則其總體積減少量為21～27ml左右。從硅酸鹽水泥的組分礦物來分析，C3A（鋁酸三鈣）水化后體積減少量可達23%左右，是化學收縮最嚴重的礦物，其次分別是C4AF（鐵鋁酸四鈣）、C3S（硅酸三鈣）、C2S（硅酸二鈣）。由此可見，混凝土中水泥用量越多，混凝土的化學收縮也越大，在水泥品種方面，水泥中C3A（鋁酸三鈣）含量越高，混凝土的化學收縮也越大。2、沉降收縮裂縫混凝土澆灌振搗后，骨料顆料懸浮在一定稠度的水泥漿體中，漿體的重量密度較低，對于W/C=0.6的漿體而言，大概只有骨料重度密度的一半，所以骨料在漿體中有下沉趨勢，而漿體中的水泥顆粒又遠重于水，使得新拌混凝土中的水泥向上轉(zhuǎn)移，即發(fā)生沉降與泌水現(xiàn)象，形成豎向體積縮小沉落，這種沉落直到混凝土硬化時才停止。骨料沉落若受到鋼筋、預(yù)埋件、模板、大的粗骨料以及先期凝固混凝土的局部阻礙。或混凝土本身各部分沉落不同就會產(chǎn)生沉降收縮裂縫。3、塑性收縮裂縫這種裂縫發(fā)生在混凝土澆筑后數(shù)小時、硬化之前仍處于塑性狀態(tài)的時刻。發(fā)生這種裂縫的因素是多方面的，如混凝土早期養(yǎng)護不好，混凝土澆筑后表面沒有及時覆蓋，受風吹日曬，表面游離水蒸發(fā)過快，產(chǎn)生急劇的體積收縮，而此時混凝土強度很低，不能抵抗這種變形應(yīng)力而導致塑性收縮裂縫。4、干燥收縮裂縫混凝土在塑性流動終止并進入硬化階段，干燥收縮一直進行，即使達到28天齡期也不能說已經(jīng)終止，有的工程可以持續(xù)若干年甚至幾十年。所以說干燥收縮是水泥基于混凝土的固有特性，澆注時呈流動狀態(tài)的混合介質(zhì)，硬化呈固體狀態(tài)，除了硬化生成硅酸鈣等固有物質(zhì)，這是一個化學過程以外，還伴隨著一個蒸發(fā)失水干燥的物理過程，養(yǎng)護不好就容易出現(xiàn)干燥收縮裂縫?；炷羶?nèi)的固體水泥漿體體積會隨含水量而改變，而骨料對水泥漿體體積的變化則起很大的約束作用，使混凝土的體積變化遠低于水泥漿體的體積變化。硬化水泥漿體內(nèi)富含孔隙，理論上水灰比小于0.4并有理想的養(yǎng)護條件，可使孔隙率減至28%的最低值。而混凝土實際采用的水灰比都較大，而且不可能完全水化，所以一般混凝土的漿體孔隙率約有50%左右或更大?；炷潦湛s值一般為0.2%～0.4%，普通鋼筋混凝土0.2‰～0.5‰，收縮量隨時間增長而不斷加大，初期收縮快，而后日趨緩慢（收縮變形發(fā)展很快，大約兩周即可完成全部收縮量的1/4，一個月可完成1/2，三個月后增長變慢，一般2年后趨于穩(wěn)定）。收縮裂縫的形成，必須同時存在兩個條件：收縮變形和約束。最常見的是施工中養(yǎng)護不當引起的，如受到風吹日曬，表面水分散失過快，體積收縮大，而內(nèi)部濕度變化很小，收縮也小，表面收縮變形受到內(nèi)部混凝土的約束，因此在構(gòu)件表面產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當拉應(yīng)力超過混凝土的極限抗拉強度時，即產(chǎn)生干縮裂縫。此外，平臥薄構(gòu)件水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生的體積收縮受到地基墊層或臺座的約束，也出現(xiàn)干燥裂縫。收縮裂縫除與養(yǎng)護有關(guān)外，還與振搗、混凝土原材料收縮量等有關(guān)?；炷琳駬v過度，表面形成水泥含量較多的砂漿層，則收縮量過大，容易出現(xiàn)裂縫。采用含泥量較大的粉砂配制的混凝土，也會加大收縮，從而容易產(chǎn)生收縮裂縫。干燥收縮裂縫為表面性裂縫，其寬度較小，大多數(shù)為0.05mm～0.2mm之間，其走向縱橫交錯，沒有規(guī)律性。5、溫度收縮裂縫溫度收縮裂縫大多數(shù)是由于溫差過大引起的。溫差一般分為共時溫差（在同一時間內(nèi)，結(jié)構(gòu)內(nèi)任意兩點的溫度差值）和歷時溫差（同一結(jié)構(gòu)在任意兩個時間的溫度差值）。在泵送商品混凝土早期裂縫中主要是共時溫差的影響。共時溫差的影響：混凝土結(jié)構(gòu)，特別是大體積混凝土結(jié)構(gòu)澆灌后，在硬化期間水泥釋放出大量的水化熱而不易散發(fā)，內(nèi)部溫度不斷上升，達到較高溫度，而混凝土表面散熱較快，使混凝土表面和內(nèi)部溫差較大。如果施工過程中注意不夠或拆模過早；或冬季施工，過早拆除保溫層；或受到寒流襲擊，均會導致混凝土表面溫度急劇變化而產(chǎn)生較大的降溫收縮，此時表面受到內(nèi)部混凝土的約束，將產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，而混凝土早期抗拉強度和彈性模量很低，因而使表面出現(xiàn)裂縫。深進的和貫通的溫度裂縫大多數(shù)是由于結(jié)構(gòu)降溫差較大，受到外界的約束而引起的。6、其他方面（1）材料方面1）收縮及水化熱增加從過去的干硬性、低流動性、現(xiàn)場攪拌混凝土轉(zhuǎn)向集中攪拌，轉(zhuǎn)向大流動性泵送混凝土，水灰比加大，水泥用量增加，膠結(jié)材料用量增加，砂率增加，骨料粒徑減小，所有這些因素都增加了混凝土的可能收縮。2）外加劑的負效應(yīng)外加劑、摻合料種類繁多，通常只考慮強度指標，缺乏對水化熱及收縮變形影響的長期試驗資料，有些試驗資料并不嚴格，有許多外加劑嚴重增加收縮變形，有的甚至降低耐久性。3）混凝土抗拉性能不足這種裂縫在抗力方面都是由于混凝土抗拉性能不足（抗拉強度和極限拉伸）引起的。高強高性能混凝土得到廣泛的應(yīng)用，但是混凝土的抗拉強度的提高幅度并沒有抗壓強度的提高幅度大。（2）結(jié)構(gòu)設(shè)計方面1）結(jié)構(gòu)的約束應(yīng)力不斷增大結(jié)構(gòu)規(guī)模日趨增大，結(jié)構(gòu)形式日趨復(fù)雜，超大、超長、超厚及超靜定結(jié)構(gòu)成為經(jīng)常采用的結(jié)構(gòu)形式并采用現(xiàn)澆施工，這種結(jié)構(gòu)形式有顯著的約束作用，對于各種變形作用必然引起較大約束應(yīng)力。2）忽略結(jié)構(gòu)約束國內(nèi)外結(jié)構(gòu)設(shè)計中都經(jīng)常忽略構(gòu)造鋼筋的重要性，因而經(jīng)常出現(xiàn)構(gòu)造性裂縫。結(jié)構(gòu)設(shè)計中忽略結(jié)構(gòu)約束性質(zhì)，不善于利用“抗與放”的設(shè)計原則，缺乏相應(yīng)的設(shè)計施工規(guī)范、規(guī)程。3）梁、板、柱采用同一強度等級的混凝土在小型水利建筑中，因考慮到施工的方便而對梁、板、柱普遍采用同一強度等級的混凝土，造成梁、板混凝土強度偏高，溫度收縮裂縫增加。（3）施工養(yǎng)護方面目前在泵送商品混凝土施工中采用的養(yǎng)護方法基本沿用過去簡易的方法，已不能完全適應(yīng)現(xiàn)代混凝土技術(shù)的要求，需要盡快建立新的規(guī)范規(guī)程。四、裂縫防治措施混凝土裂縫問題是混凝土工程中普遍存在的技術(shù)問題，尤其是泵送混凝土的防裂問題。當前，泵送混凝土技術(shù)已經(jīng)在水利工程中得到了廣泛的應(yīng)用，其主要基于其污染少、占地小、功效高、能夠減少收縮和開裂、提高混凝土的施工性能等優(yōu)點。然而，泵送混凝土會由于本身具有的特性與具體施工條件的限制，容易導致產(chǎn)生裂縫，從而使抗?jié)B和耐久性受到影響。7、化學裂縫防治措施砂石骨料的堿活性要小，水泥的堿性要低，添加的試劑要低堿或無堿，通過添加合適的添加劑來抑制堿骨料反應(yīng)。8、沉降裂縫防治措施在混凝土進行澆筑時加強基坑排水，嚴格控制地下水位，防止地基被水浸泡而影響基礎(chǔ)；同時使用強度、剛度好的模板，在混凝土澆筑完成后控制模板拆除的時間。9、干縮裂縫防治措施混凝土的干燥程度與水泥的種類有很大的關(guān)系，不同的水泥種類，會導致混凝土的干燥程度有所差異，因此選擇合適的水泥種類尤為重要，如粉煤灰水泥，中低熱水泥等，對混凝土的干燥程度影響較小?；炷恋母稍锍潭扰c水泥的用量也有關(guān)系，水泥用量越多，混凝土的干燥程度就越快，容易產(chǎn)生干縮裂縫，因此，水泥的用量必須嚴格按照配合比。另外，還可以通過添加一些化學試劑來減緩混凝土的干燥程度，主要指泵送劑，減水劑等，其中粉煤灰的雙摻技術(shù)在實際應(yīng)用中效果特別明顯。10、溫度裂縫防治措施選用水化熱低的混凝土，減少水泥用量，把混凝土的水灰比降到0.6以下，通過添加一些外加劑來減緩混凝土中混合物的流動性，降低水化熱，延遲混凝土溫度上升的時間；改進傳統(tǒng)的攪拌工藝，使?jié)仓r混凝土的溫度有所下降，采取預(yù)埋管道，循環(huán)液體降溫；澆筑后，延長養(yǎng)護時間，及時灑水和覆蓋，加強監(jiān)管，保證混凝土表面得以緩慢冷卻。11、其他方面的防治措施一些客觀原因也可能導致裂縫的產(chǎn)生：施工操作不規(guī)范、質(zhì)量意識不高、混凝土配比不好等都會產(chǎn)生裂縫，人為造成的裂縫是可以預(yù)防的，操作人員必須嚴格遵守規(guī)則，提高操作水平，提升質(zhì)量意識。五、結(jié)束語混凝土對于水利工程建筑結(jié)構(gòu)的安全和防滲起著重要的作用，所以混凝土的質(zhì)量問題就顯得尤為重要。泵送混凝土裂縫產(chǎn)生的原因有很多，有材料本身特性的影響，也有人為的因素，裂縫不僅影