桥梁泵送混凝土施工裂缝的成因和防治措施

2011-08-15向斌

山西建筑 2011年5期

向斌

1 泵送混凝土的特点

泵送混凝土最大特点就是要有可泵性，即要有良好的和易性。因此在原材料选用、配合比设计、外加剂选用和施工工艺上与普通混凝土不同。

1)水泥用量较多。水泥品种要求选择保水性好、泌水性小的水泥，一般选旋窑生产的硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥，强度等级在42.5MPa以上，水泥用量比普通混凝土明显高。强度等级C30～C60范围水泥用量为 300 kg/m3～500 kg/m3。2)添加掺合料。为改善混凝土性能，节约水泥和降低造价，混凝土中普遍掺加粉煤灰、矿渣、沸石粉等掺合料。3)砂率偏高、砂用量多。为保证混凝土的流动性、粘聚性和保水性，以便于运输、泵送和浇筑，泵送混凝土的砂率要比普通流动性混凝土增大砂率 6%以上，约为 40%～45%。4)骨料要求高。粗骨料的最大粒径与输送管内径之比宜为1∶3(碎石)或 1∶2.5(卵石)。细骨料的细度模数为2.6～3.0，粒径在 0.315mm以下的细骨料所占的比例不应小于15%，最好达到20%，这对改善可泵性非常重要。5)坍落度大，水灰比宜为 0.34～0.60。泵送混凝土坍落度一般为 8 cm～18 cm，坍落度小于8 cm时，混凝土的泵送阻力急剧增大;坍落度大于18 cm，且水灰比大于0.6时，混凝土则易泌水、分层、离析，也影响泵送。坍落度选12 cm～16 cm为宜。6)泵送剂多为高效减水剂复合以缓凝剂、引气剂等，对混凝土拌合物流动性和硬化混凝土的性能有影响，因而对裂缝也有影响。

2 常见的桥梁施工裂缝

2.1 混凝土内部结构决定其产生裂缝

混凝土是粗集料、细集料、水泥、水和气体所组成的非均质堆聚结构。混凝土混合料在不同温湿度条件下凝结硬化，并同时产生体积变形。水泥的干燥和冷却收缩大，集料的干燥和冷却收缩小，同时水泥石和集料之间相互粘结而约束，由于变形产生微裂缝。在原材料方面易引起混凝土产生收缩裂缝的首先是水泥，其次是泵送剂。配合比也是影响混凝土收缩裂缝的重要因素。胶结材料总量增加，混凝土的化学收缩增加，混凝土易产生收缩裂缝;砂率增加虽能利于泵送施工，但超过一定值时混凝土的抗裂性降低，混凝土的干缩加大，也易产生收缩裂缝;稠度较大，振捣后粗骨料下沉，表面浮浆增加，抗裂性下降，干缩加大，也会导致混凝土的开裂。

2.2 混凝土裂缝的种类

2.2.1 按裂缝产生原因分类

1)由外荷载(静、动荷载)直接应力引起的裂缝和次应力引起的裂缝。2)由变形变化引起的裂缝:包括结构因温度湿度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝。

2.2.2 按裂缝所处状态分类

裂缝可分为运动、不稳定、稳定、闭合和愈合等状态。对于运动和不稳定扩展状态裂缝的结构物应考虑加固和补救措施。而对于稳定、闭合、愈合的裂缝的结构物则可持久的应用。

2.2.3 按裂缝形状分类

裂缝按形状可分为表面的、深入的、贯穿的、纵向的、横向的等等。桥梁施工中比较常见的是收缩变形引起的不规则龟裂现象。

3 施工裂缝产生的原因和预防措施

3.1 温度裂缝

3.1.1 产生的原因和特征

水泥水化过程中产生大量的热量，1 g水泥放出 502 J的热量，如果以水泥用量350 kg/m3～550 kg/m3来计算，1m3混凝土将放出 17 500 k J～27 500 kJ热量，从而使混凝土内部温度升高，在浇筑温度的基础上，通常升高 35℃左右。如果按照我国施工验收规范规定浇筑温度为 28℃则可使混凝土内部温度达 65℃左右。但是，如果没有降温措施或浇筑温度过高，混凝土内部温度可高达 80℃～90℃。水泥水化热在 1 d～3 d可放出热量的50%，由于热量的传递、积存，混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的 3 d～5 d，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，形成温度梯度，造成温度变形和温度应力。当这种温度应力超过混凝土的内外约束应力(包括混凝土抗拉强度)时，就会产生裂缝。

3.1.2 影响因素和防治措施

混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。

一般在大体积混凝土中采用埋冷却管的方法或采用分层浇筑混凝土的工艺减少裂缝的产生，高明大桥扩建工程水下承台采用分层浇筑混凝土的工艺。

3.1.3 混凝土原材料和配合比的选用

1)水泥品种选择和水泥用量控制。根据大量试验研究和工程实践表明，1m3混凝土的水泥用量增减 10 kg，其水化热将使混凝土的温度相应升高或降低 1℃。减少水泥水化热和降低内外温差的办法是减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在 450 kg/m3以下。2)掺加掺合料。混凝土中掺入一定数量优质的粉煤灰后，不但能代替部分水泥，而且由于粉煤灰颗粒呈球状具有滚珠效应，起到润滑作用，可改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性、保水性、可泵性。应当值得注意的是，掺加粉煤灰混凝土的早期抗拉强度和极限变形略有降低。因此，对早期抗裂要求较高的混凝土，粉煤灰掺量不宜太多，宜在 10%～15%以内。3)掺加外加剂。掺加具有减水、增塑、缓凝、引气的泵送剂，可以改善混凝土拌合物的流动性、粘聚性和保水性。由于其减水作用和分散作用，在降低用水量和提高强度的同时，还可以降低水化热，推迟放热峰出现的时间，因而减少温度裂缝。因此，应选用 25%以上的减水率，同时具有缓凝、保塑和早强作用的外加剂。4)选用质量优良的粗、细集料。a.粗集料根据结构最小断面尺寸和泵送管道内径，选择合理的最大粒径。b.细集料。以采用级配良好的细度模数为 2.6～3.0中砂为宜。实践证明，采用细度模数2.8的中砂比采用细度模数2.3的中砂，可减少用水量20 kg/m3～25 kg/m3，可降低水泥用量28 kg/m3～35 kg/m3，因而降低了水泥水化热、混凝土温升和收缩。

3.1.4 泵送混凝土施工工艺改进

1)控制混凝土出机温度和浇筑温度。为了降低混凝土的总温升，减少大体积工程结构的内外温差，控制混凝土的出机温度和浇筑温度也是一个重要措施。

2)改进工艺。a.在大体积混凝土施工中，如承台施工，采用水平分层浇筑。b.在大体积混凝土中(非受拉区)可掺入小于20%的块石。c.在大体积混凝土内埋设冷却管通水降温。d.在初凝前进行二次振捣，可排除混凝土因泌水，在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。e.尽量缩短泵送距离，夏天施工时对泵管可用麻袋包裹淋水降温，以减少混凝土坍落度损失。f.为了控制混凝土的内外温差，确保混凝土质量，减少裂缝，养护是一个十分重要和关键的工序。

3.2 沉陷(塑性)收缩裂缝

3.2.1 产生的原因和特征

在泵送混凝土现浇的各种钢筋混凝土结构中，特别是箱梁、桥面铺装等表面系数大的结构之中，经常出现一种早期裂缝。这种裂缝为断续的水平裂缝，裂缝中部较宽、两端较窄、呈梭状。裂缝经常发生在板结构的钢筋部位、板肋交接处、梁板交接处、梁柱交接处、结构变截面的地方。

这种裂缝产生的原因主要是流动性过大和流动性不足以及不均匀，在凝结硬化前没有沉实或者沉实不够，当混凝土沉陷时受到钢筋、模板抑制以及模板移动、基础沉陷所致。裂缝在混凝土浇筑后 1 h～3 h出现，裂缝的深度通常达到钢筋上表面。

3.2.2 影响因素和防治措施

1)要严格控制混凝土单位用水量在 170 kg/m3以下，水灰比在0.60以下，在满足泵送和浇筑要求时，宜尽可能减小坍落度; 2)掺加适量、质量良好的泵送剂和掺合料，可改善工作性和减少沉陷;3)混凝土搅拌时间要适当，时间过短、过长都会造成拌合物均匀性变坏而增大沉陷;4)混凝土浇筑时，下料不宜太快，防止堆积或振捣不充分;5)混凝土应振捣密实，时间以10 s/次～15 s/次为宜，在柱、梁、肋和板的变截面处宜分层浇筑、振捣。在混凝土浇筑1 h～1.5h后，混凝土尚未初凝之前，对混凝土进行二次振捣，表面要压实抹面;6)在炎热的夏季和大风天气，为防止水分激烈蒸发，形成内外硬化不均和异常收缩引起裂缝，应采取措施缓凝和覆盖;7)泵送混凝土时应移动泵管均匀入模，避免采用振捣器赶浆造成混凝土骨料不均匀;8)在箱梁悬浇施工时，纵向预应力钢绞线未张拉前不得松动挂篮，并及时张拉竖向预应力筋;9)设计允许时，可在受拉区减小钢筋间距或增加构造钢筋。