大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制

1、大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制1.先介紹一下什么是大體積混凝土（大體積混凝土的定義有很多，根據(jù)美國混凝土學會的定義：任何現(xiàn)澆混凝土，其尺寸達到必須解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，即最大限度減少開裂影響的，即稱為大體積混凝土。日本建筑學會的標準的定義是：結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上；水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度和外界氣溫之差，預計超過25的混凝土，稱為大體積混凝土。如大壩及電站、橋梁、大型工廠、高層建筑及大型設備等的基礎。）2.開裂的原因分析大體積混凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部的矛盾發(fā)展的結(jié)果。一方面是混凝土由于內(nèi)外溫差產(chǎn)生應力和應變，另一方面是結(jié)構(gòu)物的外約束和混凝土各質(zhì)點的約束阻止了

2、這種應變，一旦溫度應力超過混凝土能承受的極限抗拉強度，就會產(chǎn)生不同程度是裂縫。眾多工程實例證明，產(chǎn)生裂縫的主要原因如下：2.1 水泥水化熱的影響 水泥在水化過程中產(chǎn)生大量的熱量，這是大體積混凝土內(nèi)部溫升的主要熱量來源。由于大體積混凝土截面的厚度大，水化日聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散發(fā)，會引起混凝土內(nèi)部急劇升溫。升溫試驗研究表明，水泥水化熱在13d放出的熱量最多，大約占總熱量的50%左右；澆筑后的35d內(nèi)，混凝土內(nèi)部溫度最高。初期（一般指前三天）水泥水化熱積累溫升到一定程度后，由于降溫加上內(nèi)部水分蒸發(fā)引起體積收縮變形，受到地基和結(jié)構(gòu)邊界條件的約束引起拉應力，當該拉應力超過該混凝土的抗拉強度時，整個截面就

3、會出現(xiàn)貫穿裂縫?；炷恋膶嵝阅茌^差，澆筑初期混凝土的彈性模量和強度很低，對水化熱急劇溫升引起的變形約束不大，溫度應力比較小。隨著混凝土齡期的增長，其彈性模量和強度相應提高，對混凝土降溫收縮變形的約束越來越強，即產(chǎn)生很大的溫度應力，當混凝土的抗拉強度不能抵抗溫度應力時，即產(chǎn)生溫度裂縫。2.2 內(nèi)外約束條件的影響大體積混凝土與地基澆筑在一起，當溫度變化時受到地基的限制，因而產(chǎn)生外部的約束應力?；炷猎谠缙跍囟壬仙龝r，產(chǎn)生的膨脹變形受到約束面的約束而產(chǎn)生壓應力，此時混凝土的彈性模量很小，而徐變和應力松弛較大，與基層連接不太牢固，因而壓應力較小。但當溫度下降時，則產(chǎn)生較大的拉應力，若超過混凝土的抗拉

4、強度，則會出現(xiàn)垂直裂縫。在全約束條件下，混凝土結(jié)構(gòu)的變形是溫差與其線膨脹系數(shù)的乘積，即=t*a，當超過混凝土的極限拉伸p時，結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)裂縫。工程實踐證明，當混凝土的內(nèi)外溫差小于25時，也可能不產(chǎn)生裂縫。由此可見，降低混凝土的內(nèi)外溫差和改善約束條件，是防止大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的重要措施。2.3外界氣溫變化的影響大體積混凝土結(jié)構(gòu)在施工期間，外界氣溫變化對防止大體積混凝土開裂有著重要影響?；炷翝仓囟扰c外界氣溫有著直接關系，澆筑溫度又影響著混凝土的內(nèi)部溫度。大體積混凝土結(jié)構(gòu)不易散熱，其內(nèi)部溫度有的工程竟高達90 以上，而且持續(xù)時間較長。溫度應力是由溫差引起的變形所造成的，如外界氣溫下降，特別是氣溫

5、驟降，會加大混凝土的溫度梯度，溫差愈大，溫度應力也愈大，易使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫?；炷羶?nèi)外溫差過大形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應力，表面產(chǎn)生拉應力。當這個拉應力超過混凝土的抗拉強度時，就會產(chǎn)生表面裂縫。2.4 混凝土的收縮變形影響混凝土收縮變形分為塑性收縮變形和干燥收縮變形兩種。在混凝土硬化之前，處于塑性狀態(tài)，如果上部混凝土的均勻沉降受到限制，如遇到鋼筋或大的骨料，或者平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難時，就容易形成一些不規(guī)律的塑性收縮性裂縫。摻入混凝土的拌合水，約有20%的水分是水化反應所必需的，其余80%都要被蒸發(fā)，失去的自由水不引起混凝土的手術變形，而吸附水的逸出

6、就會引起混凝土的干燥收縮。除干燥收縮外，還會產(chǎn)生碳化收縮。2.5 其他因素的影響建筑物基礎的不均勻沉降也會產(chǎn)生裂縫，這種裂縫會隨著基礎沉降而不斷的增大，待地基下沉穩(wěn)定后，將不會變化。超荷載使用或未達到設計過早加荷載導致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，這種裂縫稱之為荷載裂縫。 混凝土配合比不良會造成混凝土塑性沉降裂縫，一般是混凝土配合比中，粗骨料級配不連續(xù)，數(shù)量不夠，砂率及水灰比過大所造成的裂縫。水泥中的堿與活性骨料中的活性氧化硅起化學反應也會產(chǎn)生裂縫。3 防裂技術措施大體積混凝土的裂縫破壞了結(jié)構(gòu)的整體性、耐久性、防水性、危害嚴重，必須加以控制，大體積開裂主要是水化熱使混凝土溫度升高引起的，所以采用適當措施控制混

7、凝土溫度升高和溫度變化速度，在一定范圍內(nèi)，就可避免出現(xiàn)裂縫。這些措施包含了混凝土施工的全過程，包括選擇混凝土組成材料、施工安排、澆筑前后降低混凝土的措施和養(yǎng)護保溫等。減小大體積混凝土與約束體之間的相互制約，以永久性伸縮縫的方式，將超長的現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)分成若干段，以釋放大部分變形，從而減小了約束應力。采取措施控制混凝土與約束體之間的相對溫差，控制混凝土的收縮應力，改善配筋，提高混凝土的抗拉強度等。都能控制混凝土的裂縫大體積混凝土最容易出現(xiàn)的質(zhì)量缺陷是各種混凝土裂縫，輕者會影響建筑物的抗?jié)B性能和外觀質(zhì)量，重者還會嚴重影響建筑物的強度性能，甚至造成坍落事故。對于大體積混凝土結(jié)構(gòu)的施工，僅通過設置后澆

8、帶或摻加微膨脹劑的方法是不足以完全消除混凝土的溫度裂縫，而應根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)的不同特點、受力狀況、約束條件等因素進行綜合考慮，從工程結(jié)構(gòu)的方案設計、材料性能、施工工藝、養(yǎng)護方法等方面采取綜合治理措施，才能確?；炷恋氖┕べ|(zhì)量，預防各種混凝土裂縫的出現(xiàn)。以下對如何預防和控制大體積混凝土的裂縫問題作一介紹。3.1 設計方面（1）機構(gòu)體系的選型，結(jié)構(gòu)平面形狀盡量考慮剛度均勻?qū)ΨQ，平面長度及凹凸部位盡量控制，對外挑、內(nèi)收等不規(guī)則結(jié)構(gòu)設計，要求在設計上作特殊處理。（2）大體積、大面積混凝土結(jié)構(gòu)的高低錯落處及結(jié)構(gòu)交接處是最容易出現(xiàn)裂縫的部位，應通過增加構(gòu)造鋼筋對這些部位進行加強。（3）從設計配筋上考慮各種因

9、素影響造成裂縫的補償配筋，（一般采用細直徑密配筋原則）；超長結(jié)構(gòu)設計應考慮到后澆帶、膨脹帶、及膨脹混凝土、纖維混凝土等防裂措施。在大面積混凝土中，外墻板是抗?jié)B抗裂的薄弱環(huán)節(jié)，應在這些部位適當減小水平構(gòu)造筋的直徑、增大鋼筋的配筋率和配筋密度，從而提高混凝土的極限拉伸強度；在底板結(jié)構(gòu)收縮應力較大或分段的部位，可設置混凝土“膨脹帶”，以增加混凝土的預應力。（4）為預防溫度裂縫產(chǎn)生，大體積混凝土宜選用水化速度稍緩、凝結(jié)時間稍長、后期強度較高的水泥品種。其強度設計以控制后期強度滿足要求為好，故可將標準強度由28d延長到60d。（5）注重混凝土的配合比設計，嚴格控制水灰比和砂率，可通過摻加一定比例的減水劑

10、、泵送劑來提高混凝土的和易性，以達到降低混凝土水灰比的目的。3.2 材料方面根據(jù)前述大體積混凝土裂縫產(chǎn)生原因可知：大體積混凝土由于前期水泥水化使內(nèi)部溫升過高，內(nèi)外溫差過大，造成后期收縮約束而產(chǎn)生拉應力。因此控制水泥水化熱引起的溫升，即可減少降溫溫差，這對降低溫度應力，防止產(chǎn)生溫度裂縫能產(chǎn)生釜底抽薪的作用。（1）混凝土宜現(xiàn)場拌制、及時入模，以減少混凝土運輸過程中的停滯時間（2）在炎熱夏季進行施工時，須嚴格控制混凝土的入模溫度?？梢圆扇∫韵乱恍┐胧Σ牧线M行降溫：提前1周以上的時間將水泥入庫降溫，并保證水泥庫有良好的通風；對砂石堆進行覆蓋，避免陽光直射，必要時向骨料噴冷水。；防止攪拌機在陽光照射下

11、溫升過高，可采用搭涼棚的方法為攪拌機遮蔭；必要時，還需要對配制混凝土的原材料進行預冷處理，通過用自來水沖洗砂石骨料、在拌和水中加入冰塊降溫等措施，降低混凝土的入模溫度，減小混凝土的內(nèi)外溫差。現(xiàn)在很多地方混凝土的廠商來提供，那要聯(lián)系廠商盡量做到，滿足降溫的要求。（3）超細礦渣粉具有微珠潤滑效應及明顯的減水作用，可提高混凝土的和易性、體積穩(wěn)定性、密實性和抗化學腐蝕性，同時有具有提高混凝土強度、減少混凝土坍落度損失、降低水化熱等方面的作用?？赏ㄟ^在混凝土中摻加適量的超細礦渣粉來改善混凝土的性能。另外，還要在混凝土中摻加適量的緩凝型減水劑，以延緩水化熱的釋放速度、推遲溫峰出現(xiàn)并延長混凝土的凝結(jié)時間。減

12、水劑中陰離子表面活性劑，對水泥顆粒有明顯的分散效應，并可使水的表面張力降低而引起加氣作用。因此在混凝土中摻加一定比例的減水劑，不僅可以改善混凝土和易性，而且可以減少水和水泥用量，從而降低了水化熱。（4）選用低水化熱水泥，盡量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的溫升，提高混凝土硬化后的體積穩(wěn)定性。為保證減少水泥用量后混凝土的強度和坍落度不受損失，可適度增加活性細摻料替代水泥。 （5）通過試驗選擇合理的砂、石級配，并嚴格控制砂、石中的泥含量。在滿足混凝土強度下，骨料盡量選用較大的粒徑（24cm），同時具有較好的級配，石子的含泥量控制在1%以下，砂的含量在2%以下，這樣既提高了混凝土抗壓強度，也可

13、以減少水泥用量。（6）摻加適量粉煤灰，可減少水泥用量，從而達到降低水化熱的目的。但摻量不能大于30%。（7）對于大體積混凝土，建議設計方盡可能采用小直徑密間距配筋，同時，根據(jù)多年實踐證明。在厚大體積混凝土中適當加配小直徑密間距的溫度對于混凝土的抗裂能起到較好的作用。改善鋼筋配置對控制裂縫也是很有效的。.3施工方面大體積混凝土在其硬化期間，水泥水化產(chǎn)生大量的水化熱，使混凝土內(nèi)部溫度升高，造成較大的內(nèi)外溫差，由溫差引起的內(nèi)外不一致的變形將導致混凝土產(chǎn)生較大的溫度應力，若不對溫差加物的以控制將導致混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫，給工程帶來不同程度的危害，為了保證建筑安全和長期正常工作，必須在施工期有計劃的控制混

14、凝土的溫度，防止其產(chǎn)生的裂縫。（1）嚴格控制混凝土的澆筑速度，一次夾注的混凝土不可過高、過厚，以保證混凝土溫度均勻上升。對于斷面相差很大的結(jié)構(gòu)和剪力墻的孔、洞、口處，應先澆灌較深的部位，待靜止12h、混凝土沉降后，再與斷面或孔洞上部的混凝土一起澆筑。墻板混凝土宜采用非泵送混凝土，利用塔吊和人力推車連續(xù)進行，以避免施工冷縫的出現(xiàn)。（2）可以適當考慮在混凝土中摻加合成纖維?；炷林袚饺牒铣衫w維后，可使數(shù)以千萬計的纖維三維均勻的分布在混凝土內(nèi)部，混凝土塑性階段干縮及冷縮所產(chǎn)生的表面一旦延伸到合成纖維即可停止發(fā)展。（3）分層澆搗，逐步推進，防止振搗過程中出現(xiàn)漏振，并要嚴格控制振搗的時間及插入深度。對較

15、長結(jié)構(gòu)的混凝土澆搗時，可以后澆帶為界分成幾個區(qū)域，分塊進行施工，每一塊力求采用泵送商品混凝土一次澆筑成型。也可用全斜面分層方法進行連續(xù)澆筑，一方面便于振搗，另一方面可利用混凝土層面散熱。當澆筑時外界氣溫過高，還可采用在輸送管上加蓋草袋并噴冷水；混凝土攪拌車到場等待時往攪拌罐上噴冷水的措施來控制混凝土的澆筑溫度。（4）合理安排施工工序，遵循“同時澆搗、分層推進、一次到位、循序漸進”的成熟工藝，薄層澆搗，均勻上升，以利于散熱。要重點把握好混凝土流淌的最近點和最遠等邊緣部位，不能漏振。（5）高頻振動棒應盡量垂直插入，快插慢拔，插點交錯，均勻布置。在振搗上一層混凝土時，應深入下一層約5cm，以消除層間

16、的接縫。振搗時間以表面基本水平并出現(xiàn)水泥漿，混凝土不再冒氣泡、不再明顯層落為度。（6）采用二次振搗技術，在澆注混凝土凝結(jié)前的適當時間內(nèi)進行二次振搗，以增加混凝土的密實度，減少混凝土內(nèi)部的微裂縫，提高混凝土的強度和抗?jié)B性能。改進施工工藝，進行二次震搗，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平鋼精下部生成的水分和空隙，增加混凝土密實度，減小內(nèi)部微裂和提高混凝土強度，這要求掌握好兩次振搗的間歇?？刂品椒椋簩⑦\轉(zhuǎn)著的振動棒以其自身重力逐漸插入混凝土中進行振搗，拔出時仍能自行閉合，而不會在混凝土中留下空隙。否則不能進行二次振搗。（7）當混凝土長度超過規(guī)范的最大間距時，不采用分段設縫的處理方法，而且在混凝土中摻

17、入一定量的微膨脹劑，通過混凝土的微膨脹使其在結(jié)構(gòu)中建立預應力場，以抵消或減少因混凝土干縮和溫度變形而引起的拉應力。為充分發(fā)揮其膨脹效能，適時和充分的保濕養(yǎng)護最為重要，混凝土澆筑后，應在終凝后兩小時開始帶水養(yǎng)護，養(yǎng)護期14天以上。（8）在混凝土澆注后的12h左右，開始對混凝土表面進行二次壓光，以減少收縮變形所引起的表面裂縫。（9）對于底板等大體積混凝土，由于泌水較多，若不排除，容易影響強度，因此混凝土泵送時，宜優(yōu)先供應中間泵位，使?jié)仓释换⌒蜗蚯巴七M，以便使泌水隨混凝土澆筑流向兩側(cè)，再用離心泵及時排出泌水，在收頭處澆筑時采用反向澆筑，使泌水形成一積水溝，便于抽除。3.3 養(yǎng)護方面良好的施工養(yǎng)護對

18、于控制混凝土溫升、降低溫差至關重要，能有效地提高混凝土的強度和抗裂能力?；炷翝沧⒑笠皶r覆蓋，并于終凝后及早開始養(yǎng)護。（1）將基層和模板均勻澆水、濕透，如遇風季，需設置擋風設施及密封保水養(yǎng)護措施。墻板要帶模養(yǎng)護14d，拆模后用草袋或麻布覆蓋墻面，繼續(xù)噴淋養(yǎng)護14d以上。（2）在混凝土振搗并硬化后，應立即在其上覆蓋1層塑料薄膜進行保水養(yǎng)護，以潮濕養(yǎng)護的時間越長越好。（3）外墻的防水與回填工作要及時跟上，盡可能不讓外墻在干燥環(huán)境中暴露。3.4 垂直施工縫處的裂縫控制（1）設專人負責施工縫處的養(yǎng)護工作，于施工后及時掛濕麻袋覆蓋，用噴霧器噴水保濕，保證施工縫于施工前充分潤濕24h以上。（2）采用泵送

19、混凝土工藝，由施工縫處開始布料，分層逐步向遠端斜面推進。（3）垂直施工縫處宜采用二次振搗工藝，以增加混凝土的密實度、減少混凝土的收縮。振搗時要謹防過振，防止表面形成過多的浮漿而產(chǎn)生干縮裂縫。（4）在混凝土初凝前，開始對混凝土表面進行碾壓、收光。為預防混凝土表面的干縮裂縫，應適度增加施工縫處的碾壓、收光次數(shù)。（5）在混凝土施工縫兩側(cè)23m范圍的養(yǎng)護層下面，應縱向布設一些鉆孔的小塑料水管進行濕潤養(yǎng)護，以保證該處混凝土的充分濕潤。養(yǎng)護時間28d。3.5 施工中的溫度控制保溫是大體積混凝土施工的關鍵環(huán)節(jié)，其目的是降低大體積混凝土澆筑塊體是內(nèi)外溫差以降低混凝土內(nèi)部自約束應力，其次是降低混凝土塊體的降溫速

20、度，充分利用后期混凝土的抗拉強度，以提高混凝土承受外約束應力后的抗裂能力。另外，為了防止混凝土表面脫水干裂也必須進行保濕養(yǎng)護，對于底板等大體積混凝土宜采用蓄水保濕養(yǎng)護，蓄水厚度由計算確定，同時蓄水還應與測溫配合，一旦發(fā)現(xiàn)內(nèi)外溫差超過25，就應增加蓄水厚度，以使內(nèi)外溫差始終控制在規(guī)定范圍內(nèi)。大體積混凝土的測溫為了準確起見宜采用電子測溫儀，即在混凝土內(nèi)不同的部位埋設銅熱傳感器，用混凝土溫度測定記錄儀，進行施工全過程的跟蹤和檢測。嚴格控制混凝土內(nèi)外溫差，如果出現(xiàn)溫差過大現(xiàn)象，則應采取應急保護措施，如在基礎四周加遮塑料布防止空氣流通，調(diào)整蓄水或者利用腳手架下密掛典鎢燈在混凝土表面進行加溫等。溫度檢測在

21、該塊混凝土澆灌完畢后2天開始，檢測時間為1個月，在前面7天，每隔2小時測溫一次，以后每隔8小時測溫一次。3.6環(huán)境方面主要考慮氣溫、溫度、風速、特別是澆筑完畢初凝、終凝以前的環(huán)境狀態(tài)，應采取一些防曬、防風、防凍、大濕度等有效措施。3.7 實例我實習的工程中達建設集團奧克斯盛世東方工程是二十幾層的小高層建筑，工程基礎采用垡板基礎厚500mm、承臺深度為15003100，屬于大體積混凝土，為保證基礎混凝土質(zhì)量，養(yǎng)護時要根據(jù)氣候條件采用控溫措施，澆筑后混凝土表面和內(nèi)部的溫差不應超過25。水化熱及內(nèi)外溫差計算：th=tt+t0th混凝土內(nèi)部最高溫度（未考慮粉煤灰）tt混凝土絕對溫升t0 混凝土入模溫度

22、，取26。對1m厚左右的底板混凝土，在澆筑3d時的絕對溫升：tt=wqt3/c gtmax=3404601400.5/993.72400=32.8w每立方米混凝土水泥用量，取340kg/m3q425號普通水泥，水化熱為460140j/kgc混凝土比熱，取993.70j/kgg混凝土密度，取2400kg/m3t3/tmax絕對溫升系數(shù)，查資料得0.6混凝土澆筑3d后的內(nèi)部實際最高溫度：th = tt+t0 =32.8+26=58.8 混凝土表面溫度tb的計算：（仍以3d計算）tb=tq+ 4h( h-h)t/h2 tq混凝土齡期3d的大氣平均溫度，取12h混凝土計算厚度，h=h+2hh混凝土實際

23、厚度 h混凝土虛厚度，即h=k/混凝土導熱系數(shù)，取2.33w/mkk 計算折減系數(shù)，取0.666保溫層的傳熱系數(shù)，按下式計算：=1/(i/i)+(1/q) 式中：i 各種保溫材料厚度，本工程計劃覆蓋麻袋一層，取0.015mi 麻袋導熱系數(shù)，取0.14w/mkq 空氣層導熱系數(shù)，取23w/mk代入上式可得：=3.88w/mkh=0.4mh=1.80mt=51.8 tb =42.8故混凝土內(nèi)外最大溫差=58.842.8=1625，滿足要求?；炷敛捎门_階式分層（300mm）澆筑，用插入式振動棒振搗，表面用平板振動器振實。據(jù)以往實踐經(jīng)驗，采取混凝土表面保溫保濕措施，基本上可以把內(nèi)外溫差控制在25內(nèi)。但考慮到大體積混凝土施工季節(jié)影響，為確保內(nèi)外溫差絕對控制在25以內(nèi)，采取下列技術方法。3.7.1 綜合溫控施工方法根據(jù)氣象預報，擬澆筑三天后的平均氣溫。為防止因混凝土內(nèi)外溫差超過25而開裂，經(jīng)研究、比較，在不可能降低水泥用量、摻粉煤灰及選用礦渣水泥的條件下，采用以下保溫、保濕等保養(yǎng)方法。（1）充分利用混凝土后期強度，摻入緩凝劑，來前征得設