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预拌混凝土水平结构施工早期裂纹控制初探

信息来源:hunningtu.biz  时间:2007-04-23  浏览次数:169

  随着预拌混凝土的推广应用,梁板结构混凝土裂纹的控制越来越成为广大施工单位,特别 是商品混凝土生产厂家关注的问题。为此笔者就此进行了工程调查,查阅了国内外有关资料 ,并在部份工程进行了试验,现将裂纹产生的一些规律、原因分析和控制办法作以阐述, 望诸同行们共同探讨。
  1 裂纹产生的规律
  通过沈阳地区数十年工程调查,总结如下规律:
  (1)春秋季节为北方地区梁板结构裂纹多发期,大风天施工的楼板如不采取有效措施裂纹 多而宽,阴 天、小雨天施工的楼板裂纹极少;
  (2)楼板裂纹一般发生在浇筑后1~3小时,板面裂纹多在梁板交界处、厚度变化 处、梁板钢筋上部。混凝土表面搓毛裂纹少,表面压光裂纹反而多;
  (3)楼层越高,由于高空风速大且泵送混凝土坍落度大,楼板裂纹越不易控制;
  (4)楼板厚度越大,裂纹越少。
  2 裂纹原因分析
  预拌混凝土为满足运输、泵送的要求,其水泥用量较现场搅拌混凝土大,同时,混凝土砂率 增大及外加剂 的掺入,使坍落度为80~200mm的预拌混凝土收缩大大加大,有关资料介绍,混凝土早期 裂纹主要是沉缩和干缩引起的。混凝土沉缩变形之大小与混凝土流态有关,混凝土流动性越 大,相对沉缩变形亦越大,如不注意,极易引起早期裂纹。此外,混凝土在硬化过程中,水 份蒸发会产生脱水收缩,从而造成早期干缩裂纹。混凝土表面水份蒸发速度越快,其干 缩值越大。归纳起来,影响混凝土沉缩和干缩的因素有如下几个方面:
  2.1 混凝土流动性
  混凝土流动性越大,沉缩量越大。中等流态混凝土相对沉缩变形为60×10-4~10 0×10-4,大流态混凝土则为200×10-4,沉缩变形几乎超过普通干缩变形的30 ~60倍。
  2.2  水泥品种和矿物成份
  水泥中各种矿物成分对干缩影响不一,其中C2S和C4AF收缩率小,C3A收缩率最大。因 此,耐硫酸盐水泥和低热水泥其矿物成份中C2S和C4AF相对含量多,C3A含量少,其干 缩相应也较小,详见表1,表2。
  表1  水泥矿物的化学特性
  矿物名称 强度发展 化 学热 干缩
  早期 后期
  C3S 大 大 中 中
  C2S 小 大 小 小
  C3A 大 小 大 大
  C4AF 小 小 小 小
  表2  各种硅酸盐水泥中矿物含量(%)
  矿物成份 普通水泥 低热水泥 早强 水泥 耐硫酸盐水泥
  C3S 52 41 65 57
  C2S 24 34 19 23
  C3A 9 6 8 2
  C4AF 9 13 9 13
  此外应避免不同品种水泥混用,因不同品种水泥凝结速度、收缩值均不同,混用会导致 混凝土开裂。
  2.3 水泥细度
  水泥颗粒的粗细,对水泥的性质有很大影响,颗粒越细其水化、凝结硬化速度越快,早期和 后期强度均较高,需水量增大,但水泥颗粒过细,其在空气中的收缩性也较大,因此国家标 准中对水泥细度作了相应规定。
  2.4 混凝土体积形状
  大体积混凝土(最小截面尺寸>1m),由于水化热积聚在内部不易散发,混凝土内部温度升高 产生很大内外温差,由此产生的温度应力造成硬化初期混凝土的开裂。
  2.5 外加剂收缩的影响
  据资料介绍,当配合比和用水量不变时,用木钙配制的坍落度增大混凝土,收缩值略大于不 掺木钙的基准混凝土,掺高效减水剂配制的高强混凝土其收缩值与不掺者相比,差别不大, 略有降 低。总之,在商品混凝土中,掺减水剂用于改善和易性,增大坍落度时,其收缩值接近或略 大于不掺者,但一般不超过1×10-4,在预应力混凝土中,为减小预应力值损失,宜 掺少量膨胀组份。
  引气剂的掺入会使混凝土中引入一定量的空气。但由于它同时又改善了混凝土和易性,可减 少混凝土用水量,从而减少由于引气增大干缩的影响。因此混凝土中适当引气对混凝土 干缩影响不大。
  2.6 配合比对混凝土收缩的影响
  (1)砂:砂的含泥量及粒径对混凝土干缩有较大影响。采用细砂时,每m3混凝土用水量比 中、粗砂增加用水量20~25kg,由于用水量增大导致混凝土干缩的增大。砂含泥量对混凝土 收缩影响较大,随着含泥量增大,混凝土收缩增大,抗拉强度降低。
  (2)石子:石子粒径加大,混凝土配合比不变的情况下,其用水量或水泥用量相应 减少,混凝土收缩随之减少。但泵送混凝土由于受输送管径和泵送高度的影响,粗 骨料不宜过大。同样石子含泥对其收缩极为不利。
  (3)水泥用量:混凝土中水泥用量增加,其收缩随之加大。
  (4)砂率:混凝土中粗骨料是抵抗收缩的主要材料。在配合比完全相同的情况下,混凝土干 缩率随砂率增大而增大,砂率降低,即增加粗骨料用量, 对控制混凝土裂纹有显著效果。因此泵送混凝土在满足泵送要求前提下,宜尽可能 降低砂率。
  (5)水灰比:水是影响混凝土收缩最主要的因素。混凝土中用水量越大,坍落度越大,则 干缩越大。因此严格控制水灰比对预拌混凝土是十分重要的。
  2.7 环境
  施工时的气象条件是影响混凝土板面裂纹的极主要因素,经验证明在气候干燥和大风季节, 混凝土浇灌后不覆盖会立即开裂。据有关资料介绍,风速为16m/s时,混凝土中水分蒸发速 度为 无风时的4倍,相对湿度为10%时,蒸发速度为相对湿度90%时的9倍以上。如果将 风速和湿度影响叠加,则可推算出此时混凝土干燥速度是通常条件下的10倍之多。因此, 表面较大的楼板上就会产生裂纹,这种裂纹往往是上下贯通的,其特征是楼板上面比下 面开裂处多,经楼板承载力试验证明,这种开裂一般对楼板刚度及承裁力降低很小。
  2.8 设计
  (1)楼板含钢率过小或含钢率不变而配置钢筋直径过大,钢筋间距过大会降低楼 板抗裂性能。
  (2)梁板结构断面突变或楼板开洞,造成应力集中而在变截面处和孔洞转角处开 裂,一般结构变断面处的裂纹还较宽。
  (3)根据日本资料介绍,楼板厚度小于14cm易产生裂纹。
  2.9 施工
  (1)振捣时间过长,混凝土中石子下沉、表面出现一层灰浆层,因而降低了楼板表 面粗骨料含量,加大了收缩,导致混凝土表面出现网状裂纹。
  (2)混凝土振捣后,未及时表面搓毛和抹压,使沉缩裂纹得不到及时愈合就硬化了。
  (3)混凝土浇注后表面未及时覆盖浇水养护,表面水分迅速蒸发,产生干缩裂纹。
  (4)厚大体积基础底板未按热工计算采用温控措施,导致混凝土 内外温差>25℃,产生较大温度应力而开裂。
  (5)基础底板混凝土在浇灌振动过程中,会产生大量泌水,若不采取措施及时排除会 降低混凝土质量和抗裂性。
  (6)混凝土梁板工程模板支承不牢,刚度不足,使混凝土梁板变形导致裂纹。
  (7)楼板上部架立筋保护层过小,一旦混凝土产生沉降和塑性收缩,板面极易产生裂纹。
  (8)梁板结构支撑过早拆除或过早上荷裁,会导致混凝土梁板产生裂纹。
  3 防治裂纹技术措施
  通过裂纹产生原因分析,我们在“辽宁省图书音像配送中心”、“沈阳协合嘉阳广 场”等工程进行了试验,初步摸索出一些防治裂纹的措施,效果较好。
  3.1 混凝土生产质量控制
  (1)材料选择和控制
  砂:宜采用细度模数M=2.8~3.0中砂,严格控制含泥量≯2%,
  石:采用级配良好卵石,并控制含泥量≯1%。
  水泥:采用425#矿渣水泥或低热水泥。
  (2)配合比及生产控制
  前面我们已经介绍,粗骨料可阻止水泥收缩从而阻止裂纹的产生,因此 楼板用混凝土在满足泵送的基础上,尽可能降低砂率,一般可控制在39%~40%。 混凝土水灰比是影响强度和裂纹的主要因素,水灰比大混凝土坍落度大,其收缩亦越大, 也就越容易产生裂纹,因此施工楼板时,应严格控制混凝土坍落度,一般16cm~18cm 为宜,不宜过大。
  粉煤灰及磨细矿渣在混凝土中具有形态效应,活性效应,微集科效应,因此它能改善和提 高新拌混凝土和硬化混凝土的性能,改善混凝土和易性降低混凝土泌水性,特别对泵送混 凝土可改善其可泵性,减少在输送管中的堵塞和分离,降低混凝土与管壁的阻力,延长泵 机和管道的寿命,由于其可泵性的提高和泌水性降低,在相同坍落度情况下,混凝土用 水量可降低,从而减少混凝土早期沉缩量,有利于裂纹的控制。
  此外高温季节为避免混凝土过快硬化,应采取适当措施缓凝,为施工抹压提供条件。
  3.2 施工质量控制
  (1)混凝土浇灌下料速度不宜过快,特别是分层浇灌的厚大体积混凝土或墙体, 下层未来得及沉降时,上层又覆盖,容易产生分层处水平裂纹。
  (2)振捣混凝土振动棒移动间距400mm左右,时间以5~15秒/次为宜,振捣时间过长,骨料下 沉,混凝土表面砂桨层过厚,容易产生裂纹。混凝土浇灌1~2小时后,有条件的工地可对混 凝土二次复振,可提高混凝土强度5%~20%。据日本一些资料介绍,在气象条件不好的 季节施工,可在楼板混凝土浇注后一小时左右再进行捣固,其用意是待混凝土沉缩、 一阶段后,再振捣将其裂纹消除。
  (3)抹压。混凝土除复振外,还应在表面水基本收干前后,用木抹子磨平搓毛2~3遍,拍打 液化混凝土,愈合裂纹。
  (4)养护。混凝土成型后,应有很好的温、湿度环境,防止大风袭击和阳光 爆晒,表面水分剧烈蒸发,形成上部和下部硬化不均和差异收缩,因此, 施工单位应特别予以注意。通过工程实践大体有以下几种有效措施:
  人工喷雾,加大空气湿度。沈阳协合嘉阳广场(沈阳四建施工),辽宁 音像图书配送中心(辽宁金帝建设公司施工)两工程于二000年五月 施工楼板工程,施工时处春季大风天,空气相对湿度约30%。日照较强,混凝土浇灌后约2小时采用高压水喷雾法加大施工环境湿度。混凝土终凝前及时养护。混凝土终凝前用手按混凝土表面无坑时立即浇水,随混凝土表面强度增长,水流由小变大、当混凝土表面刚变白时,保持楼板表面一层5~10mm厚水覆盖24小时,以后设专人一日数次浇水, 保持混凝土表面潮湿一周。
  此外日本资料介绍,为避免风和日光的影响,宜在 混凝土浇注面周围脚手架上4m用苫布围好,再用塑料水平覆盖养护,避免楼板表面风 吹日晒,水分蒸发,从而防止裂纹产 生。
  混凝土养护幼龄时期(常温下1~3天)应防止脚手架、钢筋、模具等过早集中堆放在楼板上, 特别是防止上述荷载冲击振动混凝土及模板支撑,造成混凝土隐患和裂纹。按《混凝土结构 工 程施工及验收规范》规定,已浇筑混凝土强度未达到1.2N/mm2以前,不得在其上踩踏或 安装模板及支架。
  (5)拆模。现浇结构模板及支撑过早拆除,会造成梁板结构开裂,施工单位应按结构类型、 结构跨度、结构同条件养护试件实际达到的强度占设计强度的百分率,按规范规定的数值指 导拆模。
  3.3 裂纹处理
  楼板裂纹应尽量消灭在萌芽之中,因此在混凝土终凝前应设专人在早期沉缩裂纹处拍打,若 裂纹仍不愈合,可用水泥∶膨胀剂=9∶1(重量比)搅成泥浆在裂纹处搓抹。
  终凝后发现的混凝土裂纹在处理前应调查其宽度、长度、是否贯穿,再根据结构使用环境( 有无抹面层、使用环境等)决定处理方案。一般按裂纹宽度可参照表3选取修补方法。
  表3
  方法 表面处理方法 充填方法 注入方法
  条件 流入 U形槽 手动 电动
  修补目的 美观
  耐久性
  耐久性
  防水性
  耐久性
  防水性
  施工位置 板上面 ○ ○ ○ ○ ○
  板下面 ○   ○ ○ ○
  裂纹宽度(mm) 小于0.2 ○   ○
  0.2~0.3     ○ ○ ○
  大于3.0   ○ ○ ○ ○
  表面处理:首先将欲铺设薄膜的混凝土表面用钢丝刷打毛,水清洗后待其干燥,再将用 环氧树脂浸渍玻璃布铺贴在裂纹上表面。
  充填法:在混凝土板面沿裂缝两侧开出两条沟,然后再剔除中间部份,形成U形槽,用钢丝 刷将槽内清理干净,水冲洗润湿后,刷素水泥浆再填以膨胀砂浆,表面抹压盖以湿布养护。
  注入法:注浆前,先透气(小气泵或自行车打气筒)清扫裂纹并进行注入试验,然后慢慢注入 树脂。一根注入管可能注入范围,将因裂纹宽度、注入用树脂粘度、注入时气温等条件而异 ,一般10cm~30cm,当裂纹较长使用并排管依次注入时,在确认相邻管的注入材料已流出后 ,关闭相邻注入管,再开下一根管,依次顺序施工。
  4 结语
  预拌混凝土水平结构裂纹的控制是个涉及原材料质量、混凝土配合比、混凝土生产质量控制 、施工气象(风力、风速、气温、空气湿度)、设计(配筋、板厚)、施工(模板、振捣、养护) 诸多因素的课题,需要各部门、各环节共同努力,精心配合才能凑效,通过实践证明,只要 努力,裂纹是可以控制在最小范围内,或者说是可以基本得到控制的。

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