泵送混凝土产生裂缝的原因及控制措施

姚廷纯

（云南晨实建设工程有限公司，云南 昆明 650000）

0 引言

泵送混凝土是目前施工中广泛使用的一种施工方式，大大降低了混凝土水平、垂直运输的困难，在施工中具有施工连续性，施工速度快、适用范围广、占用场地小、大大降低劳动强度等优点；但也有不足的一面，结合泵送混凝土本身的生产特点及施工工艺等因素，在施工中普遍出现混凝土收缩过快导致产生裂缝，在一定程度上影响到了构件的强度和抗渗功能。本文对泵送混凝土生产及施工过程中遇到的几个问题进行了剖析，并对其产生的原因进行探讨。

1 泵送混凝土的生产要求及特点

1.1 对于原材料质量的要求

（1）水泥用量多：在强度等级C20～C65 的混凝土中，为了确保混凝土的高强度和高抽吸率，通常高强度混凝土中的水泥用量为350～550kg/m3。

（2）砂率高、用砂量多：为了使混凝土具有流动性、黏聚性和保水性能，便于运输、泵送和灌装，泵送混凝土的含砂率在38%～45%。

（3）粗骨料粒径较小：为了达到泵送的目的，碎石的最大粒径与管道直径比通常要小于1:3，砾石的最大粒径与管道直径比也不能超过1:2.5，石粉的最大粒径与管道直径比不能超过1:4。

1.2 添加剂的要求

（1）添加剂：为了增强混凝土的力学特性（增强）及流动性，经常在工程中加入粉煤灰、磷石膏、高岭土、矿渣等添加剂。水灰比以0.4～0.6 为好；根据不同施工部位调整相应的坍落度，一般情况下坍落度为160～220mm。

（2）泵送剂：柏阔减水剂、复合缓凝剂、引气剂等，在一定程度上对混合料的流动性及强化效果有显著的作用[1]。

2 裂缝的种类

根据裂缝形成的成因，大致可以划分为：荷载作用引起的开裂，应力变形引起的裂缝，由耦合作用引起的裂缝。

根据危害的大小，可将其划分成危害裂缝和无害裂缝。危害裂缝是指对建筑结构的性能和寿命产生不利影响的裂缝。一般裂缝宽度超过规定的20%是轻微危害，超过规定的50%是中等危害，超过规定的100%是严重危害。

按表面裂缝、深层裂缝和贯通裂缝等不同类型的裂缝进行分析。贯通裂缝截断了建筑物的截面，会对建筑物整体、耐久性、防水性能造成损害，从而对工程的正常应用造成很大损害；深裂局部截断了构造剖面，具有较大危险性；尽管不是结构开裂，但是在混凝土的收缩过程中，表层裂缝截面的薄弱和容易引起应力聚集，可以促进裂缝的发展。

通常，热收缩应力导致的初期裂缝不会对结构的承载量（瞬间强度）有任何变化，只会对其耐久性能和防水性能有一定的作用。为了减少对结构承载能力产生裂缝，应该采取封堵或加固措施，防止钢筋腐蚀、混凝土碳化和防水防渗。在地下或半地下建筑物中，混凝土开裂是影响其防水能力的重要因素，通常在0.1～0.2mm 的缝隙处出现少量渗漏，但在一定时期内会自行愈合；当大于0.2～0.3mm 时，渗透量按照裂缝宽度的3 倍方数递增，必须采用化学灌浆。因此，在地下施工中，要尽可能地避开贯通整个截面的0.3mm 以上的裂缝。

3 泵送混凝土产生裂缝的原因

3.1 混凝土自身产生干缩裂缝

干燥收缩是由于混凝土浇筑一定的时间后，因内部的水分在一定程度上会发生汽化，引起干燥收缩。干燥收缩是引起混凝土产生裂缝的重要原因，干燥过程是从表面到内部逐步发展[2]。混凝土本身干收缩开裂多在表面较浅处，且裂缝细小，有时为平行或网格，因此往往未引起重视。干缩性开裂不但对薄壁墙的抗渗性和强度造成了很大破坏，而且还会导致其表层裂缝向较大程度扩展，从而对结构的整体承载力产生不利作用。

3.2 环境引起的温度裂缝

由于水泥水化会产生较多的热能，混凝土中的热损失约为17500～27500kJ，混凝土内部升温约为30℃，一般1～3d 就会释放超过50%的热能。由构造大小决定了其产生的温度应力。随着混凝土体积增大，其温度应力也随之增大，从而增加了开裂风险。

3.3 混凝土塑性收缩裂缝

当采用泵式混凝土浇注时，由于墙体、面板等体积较大，往往会产生一种早期塑性收缩开裂现象。

3.4 操作不当产生的裂缝

在施工中，由于施工人员为了节约劳动力、缩短操作时间和设备的使用，经常会造成混凝土在浇注中脱水，导致水灰比和坍落度增加而开裂。因为没有把握好初凝的时机，没有及时对混凝土进行收面，造成了无法修复裂缝。

3.5 水泥水化热引起的裂缝

在研究中，水泥水化热是影响大体积混凝土内热的重要原因。大体积混凝土断面使得混凝土中的水化热量难以在混凝土中集中。事实上，混凝土中最大温度多出现在混凝土浇注后2～5d，这是因为混凝土本身具有较高的热量。

在浇注早期，由于其强度和弹性模数偏低，对水化热快速温升没有明显的限制，因而其对应温应力也较小[3]。随着时间推移，混凝土弹性模量增加，其对冷却及收缩的限制越来越大，导致在混凝土中产生较大的温度应力，而在抗张能力达不到足够的程度时，则会发生温度开裂。

3.6 外界气温变化产生的裂缝

在大型建筑工程中，外部温度的改变对预防大体积混凝土裂缝具有重要作用。当外部温度较高时，混凝土的浇注温度也随之升高，当外部温度降低时，混凝土冷却速度将加快，尤其是当外部温度急剧降低时，会使混凝土与外部混凝土之间的温差增大，从而对大尺寸的混凝土造成极大影响。

温度应力是由外界温度、浇筑温度、水化热导致绝热温度和建筑热辐射冷却等多种温度的综合作用[4]。另外，由于大体积混凝土的热量很难散发，其内部的温度可达到80℃，并且持续时间很久，所以必须采取适当的温控方法来有效地抑制其产生的温度应力。

4 裂缝的防范措施

4.1 混凝土自身的干燥收缩受用水量的影响最大

在混凝土配比设计中，必须对每一种混凝土用量都要严格地进行控制，并对施工工艺进行严格程序管理，不允许操作者私自更改其水灰比。

4.2 严格控制混凝土的原材料

（1）粗骨料：通过对混凝土的最小截面和抽水管线的直径等因素分析，确定了最佳的最大直径，即粗骨料宜为5～40mm，这样能减少混凝土的耗水率，从而减少混凝土的渗水、收缩和水化热量。

（2）细骨料：选用较佳的中砂粒，细度系数为2.8 的砂比细度较高，亦可降低水泥用量、降低水泥水化热、混凝土温升及收缩。因此，有必要选择合适的砂比[5]。若砂含量太高，则会增加混凝土的收缩及开裂概率。

（3）水泥：混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥品种、用量有关。在添加泵送剂或粉煤灰时，可选用矿渣硅酸盐水泥。

（4）外加剂的添加控制：经过多年的工程实践表明：在混凝土中加入适量的高质量的粉煤灰，不仅可以适当减少水泥用量，还可以提高其流动性、粘聚性、保水性能，提高泵送性能。加入粉煤灰的比例大约是由其在水化过程中的温度下降和水化热量的百分比组成，也就是加入20%的粉煤灰后，其水化热量和水化热量大约为不掺入粉煤灰的80%左右。掺入碱水、缓凝剂能提高拌和物的流动性、黏聚性、保水性能。并能增强混凝土的致密，能有效地提高混凝土的抗碳性，增加水泥浆的稠度，增强水泥与集料间的结合能力，并能有效地提高混凝土的抗拉性能，增加其使用寿命。但是，应特别指出，使用干式收缩减水剂或抽吸液。

（5）改善搅拌工艺：采用二次加料的净浆裹石或砂浆裹石工艺，能有效地阻止水分在水泥砂浆与石块之间的结合处聚集，增加了加固后界面结构，增加了黏结力，从而提高了混凝土强度或节省水泥，同时还降低了水化热和开裂。此外，要有合理的搅动时间，如果时间过短或过长，都会导致混合料的均匀度恶化，增加沉降[6]。

（6）严格控制浇筑施工工艺：振动频率为10～15s/次。对于浇筑混凝土，在浇筑1～1.5h 后，在初凝之前进行二次振捣，使混凝土中的气体完全排出，表面经压实处理后，可消除由于渗水而在石子、水平钢筋下部产生的空洞和湿气，从而改善混凝土的粘附力和拉伸强度，减小内部裂缝和气孔，改善其抗裂性。在浇筑时，不能过快地下料，以免造成不均匀的堆砌和振捣，影响浇筑的质量。

（7）掌握拆模时间及表面保温：在很多工地，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。当混凝土温度高于外界气温时应适当考虑推迟拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。同时，在拆模时，为避免表面温度骤降而引起温度梯度，可在拆除模板后及时在表面覆盖一轻型保温材料，如木屑、塑料薄膜、草席等，从而防止混凝土表面产生过大的拉应力，防止裂缝的产生。

（8）混凝土养护：在日常施工中，许多工地并不重视混凝土的养护，而混凝土的养护则以保温、保湿为主，以减小表面温度、减小干缩、预防表面开裂。在需要时，可以在混凝土中通入管道进行冷却，起到降温作用。为了避免低温对混凝土损伤，在冬季必须采取保温措施。

5 温度裂缝的处理方法

混凝土裂缝的修补措施主要有结构加固法、混凝土置换法、表面修补法、嵌缝法等。

（1）结构加固法。在对混凝土构件产生裂缝后，应考虑对其进行强化。目前普遍采用加固措施有：增大钢筋截面、在钢筋的角部包型钢、采用预应力加固粘贴钢板加固、增设支点加固、喷浆加固等。

（2）混凝土置换法。采用置换法对破坏的混凝土进行清除，并用新混凝土或其他物质代替，是一种行之有效的处理方式[7]。通常使用替代物有水泥砂浆、聚合物，或改性聚合物水泥或砂浆。

（3）表面修补法。对于不受稳定性和承载力的影响的表层裂纹和深层裂纹的修复，采用了表层修复技术。一般方法是在裂缝的表层涂抹水泥浆、环氧胶浆或油漆、沥青等防腐物质，在保护过程中避免因种种因素而导致混凝土裂纹，一般采取裂纹的表层粘贴玻璃钢等方法。

（4）嵌缝法。嵌缝法是目前普遍采用的一种施工工艺，主要是沿着缝内开槽口，在沟槽内嵌入一种可压缩或硬质的止水剂，从而实现对裂缝进行密封。常见塑料制品有PVC 胶泥、塑料油膏及丁基等；一般采用高分子胶粘剂作为刚性防水的主要原料[8]。

另外，应重视混凝土的前期保养，其目的在于维持一定的温度、湿度，从而实现3 个目标：①避免不利温度、湿度的变化，②避免不利的收缩；③保证水化过程的顺畅进行，从而实现设计要求的强度和抗开裂性能。隔热可以有效地减小混凝土的热传导，减小其表面温度和避免其表面开裂。在浇筑完成后，应立即用草帘、麻片、塑料膜等材料进行覆盖，同时要及时、足量洒水养护，并适时地增加养护期，以使混凝土表层降温。合适的温、湿状况是互相联系的。保温的方法往往也起到了润湿作用。新浇筑的混凝土在一定程度上能达到水化需要，但往往会因为蒸发等因素造成水分流失，进而延缓或阻止水化，因此，表层的混凝土最易遭受这样的负面效应。所以，在混凝土浇筑后的7d 养护是施工重点。

6 结语

本文从水泥生产的各个环节入手，阐述了水泥用量、添加剂用量、含砂率大、外加剂的参量不当，导致混凝土的干燥、收缩和开裂的潜在风险。在施工中，要严格控制浇筑技术、合理组织工人和机械设备、严格的程序管理、充分掌握初凝和拆模的时机、注重养护等措施，才能有效地控制混凝土开裂，增强混凝土强度和防渗性能，从而延长构件寿命。