商品混凝土结构裂缝产生原因及防治措施
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商品混凝土亦称预拌混凝土,就是把混凝土从传统的现场施工中脱离出来,通过高度专业化的集中批量生产,成为一个独立核算生产的建材商品。因其在保障工程质量、降低能耗等多方面益处颇多,受到国家有关部门的重视和推广。但又由于其在实际应用中,普遍产生裂缝现象,值得引起足够重视,本文对商品混凝土裂缝产生原因进行分析,并对裂缝控制进行论述。
一、商品混凝土的特点
大多采用泵送浇筑,坍落度要求在15―20cm,因此单方水泥用量大大增加,实际所用的混凝土超标号现象也很普遍,使其具有坍落度大、水泥用量较多、砂率偏高、石子粒径小、外加剂掺用多、运输时间长等特点。
(一)从设计和施工角度分析。1、现在混凝土设计强度等级高,这是技术进步,施工单位和建设单位又特别强调加快工程速度,要求过高早期强度,特别喜欢用R型水泥和早强型外加剂,而使混凝土早期水化快,水化热发展快,凝结硬化也较快,1―3天的早期强度高,于是温度梯度的影响就凸现出来,裂缝也就越容易产生。2、施工方面,由于对泵送混凝土的特点认识不足,现场人员沿袭非泵送混凝土甚至现场搅拌混凝土的施工方法施工,出现开裂。主要表现:振捣时间过长,导致浆体上浮,混凝土骨料下沉,使混凝土失水干燥后,毛细孔收缩引起的裂缝。由于振捣时赶料的方式不对,造成区域的大量沉积浆体外流,出现骨料富集区和浆体富集区,在浆体富集区易产生混凝土收缩裂缝。3、浇注时间选择不当,在夏季和大风季节施工更易开裂。养护问题是施工单位最容易忽视的问题,不良的养护制度极易使混凝土表面因温度梯度及湿度梯度过大而产生拉应力开裂。
(二)从机理上分析
混凝土早期裂缝产生是因为混凝土的温度(水泥水化热)以及收缩(或膨胀)与混凝土的力学性能(弹性模量和抗拉强度)不相适应产生的。1、温度应力原因。温度应力是由物体内的温度改变(变温)而引起的。当物体中各部分发生变温时,将引起热胀冷缩的变形,而这种变形受到物体内部各部分之间的相互约束及边界上约束的限制,不能完全自由地发生,这些约束引起的约束反力,即温度应力[1]。当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。2、沉陷原因。商品混凝土采用泵送现浇,在各种钢筋混凝土结构中,常出现一种早期裂缝,产生的原因是流动性不足以及不均匀,在凝结硬化前没有沉实或沉实不够,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―3h出现,裂缝的深度通常达到钢筋上表面。这种裂缝易引起钢筋锈蚀,影响结构的耐久性和承载能力。3、干缩原因。混凝土干缩是指置于未饱和空气中的混凝土因水分散失而引起的体积缩小变形。影响干缩的因素主要有水泥品种,掺合料种类及掺量,骨料品种及含量,外加剂品种及掺量,混凝土配合比,介质温度与相对湿度,养护条件,混凝土龄期,结构特征及碳化作用等,其中骨料品种对混凝土干缩影响很大[2]。而商品混凝土的特点决定了其干缩相对较大,易引起干缩裂缝。由于混凝土蒸发干燥非常缓慢,产生干缩裂缝多数在1个月以上,有时甚至1年半载,影响结构的耐久性和承载能力。
三、防治措施
(一)施工过程控制。1、不要过度追求水泥的高早强,尤其不分场合地使用早强型水泥。2、混凝土振实成型后,尽早表面(用沙或麻袋等)覆盖,保温保湿,加强养护,延长浇水养护时间,这是非常重要的。3、选好浇注时间,避免在炎热和大风的天气浇注混凝土。4、对浇注后的混凝土,进行二次振捣、二次抹面(在初凝前),排除混凝土中的水份和空隙,防止沉落出现裂缝。
(二)混凝土配合比设计方面。1、原材料选择的目的是为了减少用水量和水泥用量,降低砂率,提高粗骨料用量,减少混凝土收缩。(1)水泥:建议采用需水量较小,水化热中等的且与外加剂适应性较好的。(2)粗骨料:对于C35以下含C35的混凝土建议采用5―40mm粒径的河卵石,对于C35以上C50以下包括C50,建议采用5―31.5mm粒径的碎石,所采用的骨料是自然连续级配。(3)砂:建议采用细粉量在15%左右中砂。(4)外加剂:选落坍落度经时损失小,所用水泥适应性好,引气量在3%之内的泵送剂或缓凝型高效减水剂。(5)粉煤灰:应采用二级煤灰或一级粉煤灰。2、坍落度:配合比设计坍落度值应考虑运输,停置时间及入泵混凝土坍落度要求来确定设计坍落度值,结合施工设计要求的坍落度值,泵送高度,管道长度,布筋密度等综合考虑。3、单位用水量控制:在其他原材料不变情况下,尽量使用高效减水剂,降低单位用水量,降低混凝土收缩量。4、砂率:在满足泵送前提下,尽量降低砂率,提高粗骨料用量。5、提高粉煤灰用量,用超量取代法(K值取1.15)取代水泥用量15%,有利于混凝土后期强度发展。6、不要不分场合部位掺加膨胀剂。7、严禁现场加水,加强现场监督。
结束语:商品混凝土的特点使得其结构易产生裂缝,须引起重视。针对具体工程,在满足工程需要的前提下,尽可能选择较低的坍落度,在满足强度条件下,尽可能降低水泥用量。同时,应选用对混凝土干燥收缩影响小的泵送剂,必要时掺加适量膨胀剂,在施工中采用二次振捣,加强抹面和湿养护也是必不可少的技术措施,尽可能把结构中出现的裂缝控制在规范允许范围内。
作者单位:河南洛阳中汽智达(洛阳)建设监理公司
参考文献:
[1]王润富,陈国荣编著.温度场和温度应力[M].北京:科学出版社,2006.
[2]黄国兴,对“碾压混凝土抗裂性能的研究”一文的商榷,2005年2月第31卷第2期.