大体积混凝土结构裂缝控制.doc

大体积混凝土结构的裂缝控制1.先介绍一下什么是大体积混凝土（大体积混凝土的定义有很多，根据美国混凝土学会的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，即最大限度减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。日本建筑学会的标准的定义是：结构断面最小尺寸在80cm以上；水化热引起混凝土内的最高温度和外界气温之差，预计超过25的混凝土，称为大体积混凝土。如大坝及电站、桥梁、大型工厂、高层建筑及大型设备等的基础。）2.开裂的原因分析大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部的矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构物的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度是裂缝。众多工程实例证明，产生裂缝的主要原因如下：2.1 水泥水化热的影响 水泥在水化过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。由于大体积混凝土截面的厚度大，水化日聚集在结构内部不易散发，会引起混凝土内部急剧升温。升温试验研究表明，水泥水化热在13d放出的热量最多，大约占总热量的50%左右；浇筑后的35d内，混凝土内部温度最高。初期（一般指前三天）水泥水化热积累温升到一定程度后，由于降温加上内部水分蒸发引起体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束引起拉应力，当该拉应力超过该混凝土的抗拉强度时，整个截面就会出现贯穿裂缝。混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的弹性模量和强度很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力比较小。随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束越来越强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不能抵抗温度应力时，即产生温度裂缝。2.2 内外约束条件的影响大体积混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时受到地基的限制，因而产生外部的约束应力。混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束面的约束而产生压应力，此时混凝土的弹性模量很小，而徐变和应力松弛较大，与基层连接不太牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，则产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，则会出现垂直裂缝。在全约束条件下，混凝土结构的变形是温差与其线膨胀系数的乘积，即=T*a，当超过混凝土的极限拉伸p时，结构便出现裂缝。工程实践证明，当混凝土的内外温差小于25时，也可能不产生裂缝。由此可见，降低混凝土的内外温差和改善约束条件，是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。2.3外界气温变化的影响大体积混凝土结构在施工期间，外界气温变化对防止大体积混凝土开裂有着重要影响。混凝土浇筑温度与外界气温有着直接关系，浇筑温度又影响着混凝土的内部温度。大体积混凝土结构不易散热，其内部温度有的工程竟高达90 以上，而且持续时间较长。温度应力是由温差引起的变形所造成的，如外界气温下降，特别是气温骤降，会加大混凝土的温度梯度，温差愈大，温度应力也愈大，易使大体积混凝土出现裂缝。混凝土内外温差过大形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当这个拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生表面裂缝。2.4 混凝土的收缩变形影响混凝土收缩变形分为塑性收缩变形和干燥收缩变形两种。在混凝土硬化之前，处于塑性状态，如果上部混凝土的均匀沉降受到限制，如遇到钢筋或大的骨料，或者平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，就容易形成一些不规律的塑性收缩性裂缝。掺入混凝土的拌合水，约有20%的水分是水化反应所必需的，其余80%都要被蒸发，失去的自由水不引起混凝土的手术变形，而吸附水的逸出就会引起混凝土的干燥收缩。除干燥收缩外，还会产生碳化收缩。2.5 其他因素的影响建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断的增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。超荷载使用或未达到设计过早加荷载导致结构出现裂缝，这种裂缝称之为荷载裂缝。 混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续，数量不够，砂率及水灰比过大所造成的裂缝。水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。3 防裂技术措施大体积混凝土的裂缝破坏了结构的整体性、耐久性、防水性、危害严重，必须加以控制，大体积开裂主要是水化热使混凝土温度升高引起的，所以采用适当措施控制混凝土温度升高和温度变化速度，在一定范围内，就可避免出现裂缝。这些措施包含了混凝土施工的全过程，包括选择混凝土组成材料、施工安排、浇筑前后降低混凝土的措施和养护保温等。减小大体积混凝土与约束体之间的相互制约，以永久性伸缩缝的方式，将超长的现浇混凝土结构分成若干段，以释放大部分变形，从而减小了约束应力。采取措施控制混凝土与约束体之间的相对温差，控制混凝土的收缩应力，改善配筋，提高混凝土的抗拉强度等。都能控制混凝土的裂缝大体积混凝土最容易出现的质量缺陷是各种混凝土裂缝，轻者会影响建筑物的抗渗性能和外观质量，重者还会严重影响建筑物的强度性能，甚至造成坍落事故。对于大体积混凝土结构的施工，仅通过设置后浇带或掺加微膨胀剂的方法是不足以完全消除混凝土的温度裂缝，而应根据混凝土结构的不同特点、受力状况、约束条件等因素进行综合考虑，从工程结构的方案设计、材料性能、施工工艺、养护方法等方面采取综合治理措施，才能确保混凝土的施工质量，预防各种混凝土裂缝的出现。以下对如何预防和控制大体积混凝土的裂缝问题作一介绍。3.1 设计方面（1）机构体系的选型，结构平面形状尽量考虑刚度均匀对称，平面长度及凹凸部位尽量控制，对外挑、内收等不规则结构设计，要求在设计上作特殊处理。（2）大体积、大面积混凝土结构的高低错落处及结构交接处是最容易出现裂缝的部位，应通过增加构造钢筋对这些部位进行加强。（3）从设计配筋上考虑各种因素影响造成裂缝的补偿配筋，（一般采用细直径密配筋原则）；超长结构设计应考虑到后浇带、膨胀带、及膨胀混凝土、纤维混凝土等防裂措施。在大面积混凝土中，外墙板是抗渗抗裂的薄弱环节，应在这些部位适当减小水平构造筋的直径、增大钢筋的配筋率和配筋密度，从而提高混凝土的极限拉伸强度；在底板结构收缩应力较大或分段的部位，可设置混凝土“膨胀带”，以增加混凝土的预应力。（4）为预防温度裂缝产生，大体积混凝土宜选用水化速度稍缓、凝结时间稍长、后期强度较高的水泥品种。其强度设计以控制后期强度满足要求为好，故可将标准强度由28d延长到60d。（5）注重混凝土的配合比设计，严格控制水灰比和砂率，可通过掺加一定比例的减水剂、泵送剂来提高混凝土的和易性，以达到降低混凝土水灰比的目的。3.2 材料方面根据前述大体积混凝土裂缝产生原因可知：大体积混凝土由于前期水泥水化使内部温升过高，内外温差过大，造成后期收缩约束而产生拉应力。因此控制水泥水化热引起的温升，即可减少降温温差，这对降低温度应力，防止产生温度裂缝能产生釜底抽薪的作用。（1）混凝土宜现场拌制、及时入模，以减少混凝土运输过程中的停滞时间（2）在炎热夏季进行施工时，须严格控制混凝土的入模温度。可以采取以下一些措施对材料进行降温：提前1周以上的时间将水泥入库降温，并保证水泥库有良好的通风；对砂石堆进行覆盖，避免阳光直射，必要时向骨料喷冷水。；防止搅拌机在阳光照射下温升过高，可采用搭凉棚的方法为搅拌机遮荫；必要时，还需要对配制混凝土的原材料进行预冷处理，通过用自来水冲洗砂石骨料、在拌和水中加入冰块降温等措施，降低混凝土的入模温度，减小混凝土的内外温差。现在很多地方混凝土的厂商来提供，那要联系厂商尽量做到，满足降温的要求。（3）超细矿渣粉具有微珠润滑效应及明显的减水作用，可提高混凝土的和易性、体积稳定性、密实性和抗化学腐蚀性，同时有具有提高混凝土强度、减少混凝土坍落度损失、降低水化热等方面的作用。可通过在混凝土中掺加适量的超细矿渣粉来改善混凝土的性能。另外，还要在混凝土中掺加适量的缓凝型减水剂，以延缓水化热的释放速度、推迟温峰出现并延长混凝土的凝结时间。减水剂中阴离子表面活性剂，对水泥颗粒有明显的分散效应，并可使水的表面张力降低而引起加气作用。因此在混凝土中掺加一定比例的减水剂，不仅可以改善混凝土和易性，而且可以减少水和水泥用量，从而降低了水化热。（4）选用低水化热水泥，尽量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温升，提高混凝土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失，可适度增加活性细掺料替代水泥。 （5）通过试验选择合理的砂、石级配，并严格控制砂、石中的泥含量。在满足混凝土强度下，骨料尽量选用较大的粒径（24cm），同时具有较好的级配，石子的含泥量控制在1%以下，砂的含量在2%以下，这样既提高了混凝土抗压强度，也可以减少水泥用量。（6）掺加适量粉煤灰，可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的。但掺量不能大于30%。（7）对于大体积混凝土，建议设计方尽可能采用小直径密间距配筋，同时，根据多年实践证明。在厚大体积混凝土中适当加配小直径密间距的温度对于混凝土的抗裂能起到较好的作用。改善钢筋配置对控制裂缝也是很有效的。.3施工方面大体积混凝土在其硬化期间，水泥水化产生大量的水化热，使混凝土内部温度升高，造成较大的内外温差，由温差引起的内外不一致的变形将导致混凝土产生较大的温度应力，若不对温差加物的以控制将导致混凝土结构产生裂缝，给工程带来不同程度的危害，为了保证建筑安全和长期正常工作，必须在施工期有计划的控制混凝土的温度，防止其产生的裂缝。（1）严格控制混凝土的浇筑速度，一次夹注的混凝土不可过高、过厚，以保证混凝土温度均匀上升。对于断面相差很大的结构和剪力墙的孔、洞、口处，应先浇灌较深的部位，待静止12h、混凝土沉降后，再与断面或孔洞上部的混凝土一起浇筑。墙板混凝土宜采用非泵送混凝土，利用塔吊和人力推车连续进行，以避免施工冷缝的出现。（2）可以适当考虑在混凝土中掺加合成纤维。混凝土中掺入合成纤维后，可使数以千万计的纤维三维均匀的分布在混凝土内部，混凝土塑性阶段干缩及冷缩所产生的表面一旦延伸到合成纤维即可停止发展。（3）分层浇捣，逐步推进，防止振捣过程中出现漏振，并要严格控制振捣的时间及插入深度。对较长结构的混凝土浇捣时，可以后浇带为界分成几个区域，分块进行施工，每一块力求采用泵送商品混凝土一次浇筑成型。也可用全斜面分层方法进行连续浇筑，一方面便于振捣，另一方面可利用混凝土层面散热。当浇筑时外界气温过高，还可采用在输送管上加盖草袋并喷冷水；混凝土搅拌车到场等待时往搅拌罐上喷冷水的措施来控制混凝土的浇筑温度。（4）合理安排施工工序，遵循“同时浇捣、分层推进、一次到位、循序渐进”的成熟工艺，薄层浇捣，均匀上升，以利于散热。要重点把握好混凝土流淌的最近点和最远等边缘部位，不能漏振。（5）高频振动棒应尽量垂直插入，快插慢拔，插点交错，均匀布置。在振捣上一层混凝土时，应深入下一层约5cm，以消除层间的接缝。振捣时间以表面基本水平并出现水泥浆，混凝土不再冒气泡、不再明显层落为度。（6）采用二次振捣技术，在浇注混凝土凝结前的适当时间内进行二次振捣，以增加混凝土的密实度，减少混凝土内部的微裂缝，提高混凝土的强度和抗渗性能。改进施工工艺，进行二次震捣，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢精下部生成的水分和空隙，增加混凝土密实度，减小内部微裂和提高混凝土强度，这要求掌握好两次振捣的间歇。控制方法为：将运转着的振动棒以其自身重力逐渐插入混凝土中进行振捣，拔出时仍能自行闭合，而不会在混凝土中留下空隙。否则不能进行二次振捣。（7）当混凝土长度超过规范的最大间距时，不采用分段设缝的处理方法，而且在混凝土中掺入一定量的微膨胀剂，通过混凝土的微膨胀使其在结构中建立预应力场，以抵消或减少因混凝土干缩和温度变形而引起的拉应力。为充分发挥其膨胀效能，适时和充分的保湿养护最为重要，混凝土浇筑后，应在终凝后两小时开始带水养护，养护期14天以上。（8）在混凝土浇注后的12h左右，开始对混凝土表面进行二次压光，以减少收缩变形所引起的表面裂缝。（9）对于底板等大体积混凝土，由于泌水较多，若不排除，容易影响强度，因此混凝土泵送时，宜优先供应中间泵位，使浇筑呈突弧形向前推进，以便使泌水随混凝土浇筑流向两侧，再用离心泵及时排出泌水，在收头处浇筑时采用反向浇筑，使泌水形成一积水沟，便于抽除。3.3 养护方面良好的施工养护对于控制混凝土温升、降低温差至关重要，能有效地提高混凝土的强度和抗裂能力。混凝土浇注后要及时覆盖，并于终凝后及早开始养护。（1）将基层和模板均匀浇水、湿透，如遇风季，需设置挡风设施及密封保水养护措施。墙板要带模养护14d，拆模后用草袋或麻布覆盖墙面，继续喷淋养护14d以上。（2）在混凝土振捣并硬化后，应立即在其上覆盖1层塑料薄膜进行保水养护，以潮湿养护的时间越长越好。（3）外墙的防水与回填工作要及时跟上，尽可能不让外墙在干燥环境中暴露。3.4 垂直施工缝处的裂缝控制（1）设专人负责施工缝处的养护工作，于施工后及时挂湿麻袋覆盖，用喷雾器喷水保湿，保证施工缝于施工前充分润湿24h以上。（2）采用泵送混凝土工艺，由施工缝处开始布料，分层逐步向远端斜面推进。（3）垂直施工缝处宜采用二次振捣工艺，以增加混凝土的密实度、减少混凝土的收缩。振捣时要谨防过振，防止表面形成过多的浮浆而产生干缩裂缝。（4）在混凝土初凝前，开始对混凝土表面进行碾压、收光。为预防混凝土表面的干缩裂缝，应适度增加施工缝处的碾压、收光次数。（5）在混凝土施工缝两侧23m范围的养护层下面，应纵向布设一些钻孔的小塑料水管进行湿润养护，以保证该处混凝土的充分湿润。养护时间28d。3.5 施工中的温度控制保温是大体积混凝土施工的关键环节，其目的是降低大体积混凝土浇筑块体是内外温差以降低混凝土内部自约束应力，其次是降低混凝土块体的降温速度，充分利用后期混凝土的抗拉强度，以提高混凝土承受外约束应力后的抗裂能力。另外，为了防止混凝土表面脱水干裂也必须进行保湿养护，对于底板等大体积混凝土宜采用蓄水保湿养护，蓄水厚度由计算确定，同时蓄水还应与测温配合，一旦发现内外温差超过25，就应增加蓄水厚度，以使内外温差始终控制在规定范围内。大体积混凝土的测温为了准确起见宜采用电子测温仪，即在混凝土内不同的部位埋设铜热传感器，用混凝土温度测定记录仪，进行施工全过程的跟踪和检测。严格控制混凝土内外温差，如果出现温差过大现象，则应采取应急保护措施，如在基础四周加遮塑料布防止空气流通，调整蓄水或者利用脚手架下密挂典钨灯在混凝土表面进行加温等。温度检测在该块混凝土浇灌完毕后2天开始，检测时间为1个月，在前面7天，每隔2小时测温一次，以后每隔8小时测温一次。3.6环境方面主要考虑气温、温度、风速、特别是浇筑完毕初凝、终凝以前的环境状态，应采取一些防晒、防风、防冻、大湿度等有效措施。3.7 实例我实习的工程中达建设集团奥克斯盛世东方工程是二十几层的小高层建筑，工程基础采用垡板基础厚500mm、承台深度为15003100，属于大体积混凝土，为保证基础混凝土质量，养护时要根据气候条件采用控温措施，浇筑后混凝土表面和内部的温差不应超过25。水化热及内外温差计算：Th=Tt+T0Th混凝土内部最高温度（未考虑粉煤灰）Tt混凝土绝对温升T0 混凝土入模温度，取26。对1m厚左右的底板混凝土，在浇筑3d时的绝对温升：Tt=WQT3/C GTMAX=3404601400.5/993.72400=32.8W每立方米混凝土水泥用量，取340kg/m3Q425号普通水泥，水化热为460140J/kgC混凝土比热，取993.70J/kgG混凝土密度，取2400kg/m3T3/TMAX绝对温升系数，查资料得0.6混凝土浇筑3d后的内部实际最高温度：Th = Tt+T0 =32.8+26=58.8 混凝土表面温度TB的计算：（仍以3d计算）TB=Tq+ 4h( H-h)T/H2 Tq混凝土龄期3d的大气平均温度，取12H混凝土计算厚度，H=h+2hh混凝土实际厚度 h混凝土虚厚度，即h=k/混凝土导热系数，取2.33w/mkk 计算折减系数，取0.666保温层的传热系数，按下式计算：=1/(i/i)+(1/q) 式中：i 各种保温材料厚度，本工程计划覆盖麻袋一层，取0.015mi 麻袋导热系数，取0.14w/mkq 空气层导热系数，取23w/mk代入上式可得：=3.88w/mkh=0.4mH=1.80mT=51.8 TB =42.8故混凝土内外最大温差=58.842.8=1625，满足要求。混凝土采用台阶式分层（300mm）浇筑，用插入式振动棒振捣，表面用平板振动器振实。据以往实践经验，采取混凝土表面保温保湿措施，基本上可以把内外温差控制在25内。但考虑到大体积混凝土施工季节影响，为确保内外温差绝对控制在25以内，采取下列技术方法。3.7.1 综合温控施工方法根据气象预报，拟浇筑三天后的平均气温。为防止因混凝土内外温差超过25而开裂，经研究、比较，在不可能降低水泥用量、掺粉煤灰及选用矿渣水泥的条件下，采用以下保温、保湿等保养方法。（1）充分利用混凝土后期强度，掺入缓凝剂，来前征得设