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大连理工大学网络高等教育毕业论文（设计）模板 网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文（设 计） 题 目：浅析大体积混凝土裂缝 学习中心：福建鲤城奥鹏学习中心17层 次： 专科起点本科 专 业： 土木工程 年 级： 2012年 秋 季 学 号： 111022303081 学 生： 曾广昌 指导教师： 张勤 完成日期： 2013 年 02月 17 日 III浅析大体积混凝土裂缝内容摘要随着我国建筑业的不断发展，工程逐渐向大跨度、大体积等方面发展，为此大体积混凝土受到工程人士的青睐，在工程建设的过程中，大体积混凝土由于体积大，水泥水化后产生的热量难以及时的排除，从而造成混凝土产生裂缝，给工程带来了巨大的安全隐患，为此对大体积混凝土的裂缝进行研究具有十分重要的现实意义。本文从大体积混凝土裂缝产生的主要原因入手，详细的阐述了水泥水化热、混凝土收缩、外界气温变化以及结构设计方面的因素对裂缝产生的影响；并对大体积混凝土裂缝的常用预防措施及处理方法进行了论述；最后通过具体的工程实例，给出了大体积混凝土裂缝控制方法在实际工程中的应用。关键词：大体积混凝土；裂缝；控制措施；工程应用目 录内容摘要I引 言11 大体积混凝土裂缝产生的主要原因分析21.1 水泥水化热21.2 收缩裂缝21.2.1 沉缩变形31.2.2 干缩变形31.2.3 水泥合缩41.3 外界气温变化引起的裂缝41.4 其他影响因素42 大体积混凝土裂缝的预防措施62.1 注意原材料的选择62.2 采用合理的施工方法62.3 科学、合理的养护措施72.4 减小环境气候的影响82.5 其他措施93 大体积混凝土裂缝的处理方法113.1 表面修补法113.2 填充法123.3 结构补强法123.4 灌浆法134 案例分析144.1 工程概况144.2 裂缝预防措施144.2.1 设计图纸时的控制144.2.2 混凝土原材料的选择154.2.3 混凝土的制备和连续供应154.2.4 混凝土施工浇筑和养护164.3 取得的效果175 结论18参考文献19引 言混凝土具备原材料充足、制造工艺成熟简易、成本较低等诸多优点，故而其在工民建中的用量越来越大。除此之外，混凝土还具有良好的耐久性、抗压强度值高、强度等级可变等特点。相对其优点，混凝土的主要缺点是抗拉强度低，难以独立承担拉应力，易于开裂。随着我国经济实力的高速提升，工民建行业涉及到的大体积混凝土工程数量日益增多。大型水利工程、核电站底板工程、桥梁承台、大型设备基础及高层建筑基础等均在这一行列。创新的施工技术与施工工艺结合科学的混凝土调配技术，为大体积混凝土工程的顺利开展与普遍应用提供了前提保障。大体积混凝土的裂缝控制问题是一项国际性的技术难题，许多国家都成立了专门的研究机构，理论成果颇多，但在工程实践中仍然缺乏成熟和实用的理论依据，一些规范和规程尚不能全面解决现实设计和施工中提出的问题。据有关检测及工程实践资料可知，现役混凝土结构基本上都是处于带裂工作的状态，区别在于有些结构的裂缝宽度较小，无碍于结构的安全使用，按照有关规范的规定，其存在是能够被接受的；而有些裂缝的宽度则超出了规范的要求，并会在各种荷载或外界理化因素的作用下，导致硅结构深度碳化、保护层脱落、受力筋锈蚀等后果，进而使得硅结构刚度与强度降低甚至丧失，耐久性变差，情况恶劣时可能有发生结构崩塌的危险，此类裂缝危害极大，必须严加控制。由于大体积混凝土体积庞大，在水泥水化的过程中容易产生大量的水化热，从而不可避免的造成混凝土裂缝，为此对大体积混凝土裂缝进行分析具有十分重要的意义。本文从大体积混凝土裂缝产生的原因入手，详细的论述了水泥水化热、混凝土收缩裂缝以及外界气温变化引起的裂缝和结构设计方面裂缝产生的原理和形式。接着对大体积混凝土裂缝的预防措施进行分析，主要包括注意原材料的选择、采用合理的施工方法、科指出了大体积混凝土裂缝的三种常用的处理方法表面修补法、填充法、结构补强法、灌浆法，最后利用工程案例进行实际的运用分析。1 大体积混凝土裂缝产生的主要原因分析大体积混凝土由于体积巨大，水泥水化热以及其他因素的影响，从而使得大体积混凝土不可避免的造成混凝土裂缝，为此本章从大体积混凝土裂缝产生的原因入手，对大体积混凝土裂缝产生的原因进行详细的论述，指出了水泥水化热、混凝土收缩、外界气温变化以及结构设计方面造成裂缝的原理。1.1 水泥水化热水泥水化热是造成大体积混凝土裂缝的主要原因，水泥水化热在13天的时候最多，具体的水化温度及水化步骤如下描述。水泥在水化反应过程中产生大量的水化热，这成为大体积混凝土内部温升的主要热量来源，试验证明每克普通硅酸盐水泥放出的热量可达500J。由于大体积混凝土截面尺寸大及混凝土导热性能较差，水化热集聚在硅结构内部难以散失，所以会引起混凝土结构内部温度急骤攀升。实测资料显示，由水化热引发的温升值，在水利水电工程中大都集中于1525，而在建筑工程中绝大多数在2030之间。水泥水化热引起的混凝土温升与所采用的水泥品种和水泥用量有关。一般来说，当水泥中的硅酸三钙和铝酸三钙的含量高时，水化热就会较大，而且集中在早期；混凝土中水泥用量大，水化热也会随之增大。大体积混凝土测温试验研究表明，水泥水化热在13d内放出的热量最多，大约占总水化热量的50%左右，而且在此期间温升梯度最大；混凝土内部温度极值一般出现在浇筑完成后的35d内1。一般来说，水泥的水化过程从水化速率的角度来讲，可以分为三个阶段：第一阶段可以称为弹性阶段，在初始时刻，水泥颗粒和水接触并反应，放热率很快，但是由于石膏的存在，在水泥粒子的表面会形成一层钝化模，使放热率降低，第二阶段可以称为塑性临界阶段，这一阶段水泥水化热释放率最快，水泥颗粒也随之增长很快，第三阶段可以称为塑性阶段，水泥的水化产物在水泥粒子的表面堆积的厚度逐渐增厚，水泥的水化放热率逐渐降低，这个时候的反应由扩散控制。上面的一部分关于放热的，在水化的初期，水泥粒子之间为彼此分离的，水泥处于塑性状态，不存在强度，在水泥粒子不断水化增长的过程中，水泥粒子之间的接触面积逐渐增大，这一微观现象的宏观表现即为水泥强度的增长。粒子之间的接触面积越大，水泥的抗压强度，弹性模量也增大。1.2 收缩裂缝混凝土由于外界气温以及混凝土内部水化热量造成内外温度的不同，容易在混凝土浇筑完毕之后产生收缩裂缝。混凝土收缩裂缝主要包括三个方面即：混凝土的沉缩变形、混凝土的干缩变形以及水泥的合缩等三个方面。1.2.1 沉缩变形混凝土拌合物是固体颗粒(水泥和集料)、水和空气交混而成的三相体系。浇灌成型后，绝大部分空气逸出，固体粒子互相接触，形成一个孔隙中充满着水的空间构架。由于粒子之间仅有微弱的摩擦力，不足以阻止相互的滑移，它们将继续凭借其重力沉降，彼此互相靠近，并使空隙减小。与此同时，混凝土与外界接触的表面(包括浇灌层的顶面和模板漏缝)上毛细管抽吸作用也促进了空隙水的排出。随着这种受制沉降的进行，混凝土的体积必将逐渐减缩，直至水泥水化形成的结构联系足以阻止粒子不再继续滑动为止。混凝土的这种起因于固体沉降、空隙减小的体积减缩可以称为沉缩。从理论上说，混凝土的沉缩就是增实作用的延续，对混凝土各种性能会有积极影响。然而，实际上发生的不均匀沉缩却会导致产生一些不规则的混凝土塑性收缩裂缝。这种裂缝通常是互相平行的，间距一般为0.21.0m，并且有一定的深度，它不仅可以发生在大体积混凝土中，而且可以发生在平面尺寸较大、厚度较薄的结构构件中。1.2.2 干缩变形混凝土硬化以后，仍然含有相当数量的可以蒸发的水。如果暴露在干燥空气之中(相对湿度低于95%)，这些水必将逐渐蒸发离去。与此同时，混凝土的外包体积将有相应的减缩。这种体积变化称为混凝土的干缩。单位体积混凝土发生的体积减缩除以3称为干缩率2。水总是从表面蒸发离去的。在干燥空气中，混凝土表层的孔隙水很快离去，然而外界的空气扩散进入表层内，取代已经离去的水原先所占据的空间。此后一方面下一层混凝土的孔隙水蒸发，使已经进入混凝土体内的空气的湿度提高，另一方面湿空气又凭借扩一散作用与外界的干燥空气进行交换，使湿度降低，从而使孔隙水得以继续蒸发。这种干燥过程一直进行到混凝土内部最深处的蒸汽压与外界空气的蒸汽压持平为止。1.2.3 水泥合缩水泥化合物与水化合时，只有一部分水进入反应产物的结构，而另外还需要一部分水用以填补反应物结构中的空格而被耗费掉。因此，反应产物的分子体积总是较反应物的分子体积和所消耗的水的体积的总和要小。这种起因于化学结合的体积减缩可以称为合缩。根据水泥的品种不同，其合缩的数量也存在较大差异，对于合缩强烈的水泥，施工时对混凝土的保湿养护应当及早开始进行，否则将会导致混凝土表面层产生裂缝。1.3 外界气温变化引起的裂缝大体积混凝土结构施工期间，外界气温的变化情况对防止大体积混凝土开裂有重大影响。外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高。如果外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别是在外界温度骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温差，这时对大体积混凝土抗裂极为不利3。混凝土的内部温度是外界温度、浇筑温度、水化热引起的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加，而温度应力则是温差所引起的温度变形造成的，温差越大，温度应力也越大。同时由于大体积混凝土不易散热，混凝土内部温度有时高达80以上，而且延续时间较长。因此，应研究合理的温度控制措施，以防止大体积混凝土内外温差引起的过大温度应力。不同于混凝土浇筑阶段水化热所引起的温度荷载，自然环境条件变化引起的温度荷载极不稳定，也更难控制。就混凝土工程结构而言，由于自然环境条件变化所产生的温度荷载，一般可分为以下三种类型：（1）日照温度荷载；（2）骤然降温温度荷载；（3）年温温度荷载。日照温度荷载主要是太阳辐射作用所致，还有气温变化和风速影响，在实际应用中可简化为只考虑太阳辐射和气温变化这两种因素。降温温度变化主要是由强冷空气的侵袭作用和日落或在夜间形成的内高外低的温度分布，一般只考虑气温变化和风速的影响。年温变化则是极缓慢的气温变化所致，由于其长期的缓慢作用，使得结构物整体发生均匀的温度变化，因此可忽略。1.4 其他影响因素由荷载作用引起的裂缝，可以通过计算来进行裂缝控制；由变形作用引起的裂缝，通常采用构造设计来进行裂缝控制。在进行结构计算的时候，总是先对结构物的受力体系作一些假定，而很多结构物的实际工作状态与常规的计算模型有一定的出入，使得内力计算的结果与实际不符，这些假定的常规计算模型之外的内力往往会引起结构裂缝。对于由温度、混凝土收缩和膨胀、不均匀沉降等变形因素引起的裂缝，其起因是首先结构要求变形，当变形得不到满足才引起应力，而应力的大小与结构的刚度有关，当应力超过一定数值时引起裂缝，裂缝出现后变形得到满足或部分得到满足，同时刚度下降，应力就发生松弛。所以此类裂缝不仅与强度、应力有关，还与结构的刚度有关。比如有些结构，虽然材料强度不高，但有很好的韧性，刚度不大，往往能适应变形要求，抗裂性能较高。再有就是约束条件的影响。结构在变形变化时，会受到一定的抑制而阻碍其自由变形，该抑制即称为“约束”。不同结构之间的约束称为“外约束”，结构内部各质点之间的约束称为“内约束”。外约束分为自由体、全约束和弹性约束。自由体即变形不受其它结构任何约束的结构，结构的变形等于结构自由变形，无约束变形，不产生约束应力，即变形最大，应力为零；全约束即结构的变形全部受到其它结构的约束，使变形结构无任何变形的可能，即应力最大，变形为零；弹性约束为介于上述两种约束状态之间的一种约束，结构的变形受到部分约束，产生部分变形，变形结构和约束结构皆为弹性体，二者之间的相互约束称“弹性约束”，即既有变形，又有应力，这是最常遇到的一种约束状态。内约束主要是指当结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起各质点变形的相互约束。2 大体积混凝土裂缝的预防措施大体积混凝土裂缝产生后容易对结构的安全性造成显著的影响，因此在具体的工程实践中必须采取相关的措施，预防大体积混凝土裂缝的产生。大体积混凝土裂缝的预防措施主要包括原材料的选择、合理的施工措施以及科学的养护方法。2.1 注意原材料的选择大体积混凝土的原材料选择主要包括水泥的品种、水泥量的多少以及粗细骨料的类型及含量，下面对水泥的品种及含量以及骨料的类型进行详细的论述。（1）水泥的选择在材料方面控制大体积混凝土的开裂，主要从减小混凝土的收缩，降低水化热，增强混凝土抗拉强度等方面入手。大体积混凝土结构在选用水泥品种时，应综合考虑水化热、强度、坍落度等因素。某些水泥的水化热虽然低，但强度也低，在配制混凝土时，需用较多的水泥，结果混凝土的发热量可能比采用水化热较大、强度较高的水泥时还要大。目前在大体积混凝土中应用最多的是矿渣硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。（2）骨料的选择施工用细骨料的选用：必须选择级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河砂（中砂细度模数为2.53.0,含泥量2.5%,泥块含量0.5%不得使用山砂和海砂。如果经取样检验有含泥量超标现象时，须在采砂场或捞砂船上安装冲洗装置，必要时还需在现场安装冲洗设备，确保质量良好的原材料投入使用。施工用粗骨料的选用：必须选用多级配、松散堆积密度大于1500公斤/每立方米，紧密空隙率小、粒型良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，(压碎值16%，含泥量1.0%，泥块含量0.25%，针片状含量10%)，不得使用砂岩碎石。在选择碎石场时，应当考虑碎石加工设备的型号、性能、用途、生产规模、有无冲洗设备等因素，以防止碎石粉尘及片针状超标现象和供货量不足问题。2.2 采用合理的施工方法大体积混凝土在施工过程中需要注意的方面主要包括：混凝土的浇筑与振捣、控制混凝土的出机温度和浇筑温度等几个方面。（1）混凝土的浇筑与振捣。对于大体积混凝土浇筑，除了一般的施工工艺外，应采取一些技术措施，减少混凝土的收缩，提高极限拉伸，这对防止裂缝的产生有很大作用。改进混凝土的搅拌工艺对改善混凝土的配合比、减少水化热、提高极限拉伸有着重要的意义。传统的混凝土搅拌工艺在混凝上搅拌过程中水分直接润湿石子表面，在混凝土成型和静置的过程中，自由水进一步向石子与水泥砂浆界面集中，形成石子表面的水膜层。在混凝土硬化以后，由于水膜层的存在而使界面过渡层疏松多孔，削弱了石子与硬化水泥砂浆之间的粘结，形成了混凝土最薄弱的环节，从而对混凝土抗压强度和其它物理力学性能产生不良的影响。为了进一步提高混凝土质量，可采用二次投料的砂浆裹石或净浆裹石搅拌新工艺。这样可以有效地防止水分向石子与水泥砂浆界面的集中，使硬化后的界面过渡层的结构致密，粘结加强，从而使混凝土强度提高10%左右，也提高了混凝土的抗拉强度和极限拉伸值。当混凝土强度基本相同时，可减少7%左右的水泥用量4。其次，对浇筑后的混凝土进行二次振捣，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，减少内部微裂缝，增加混凝土密实度，使混凝土的抗压强度提高10%20%左右，从而提高抗裂性。（2）出机温度和浇筑温度控制。为了降低大体积混凝土总温升和减小结构的内外温差，控制出机温度是很重要的。在混凝土的原材料中，石子的比热较小，但其在每混凝土中所占的重量较大；水的比热最大，但它在混凝土中所占的重量却最小。因此，对混凝土出机温度影响最大的是石子和水的温度，砂的温度次之，水泥的温度影响较小。针对以上的情况，在施工中为了降低混凝土的出机温度，应采取有效的方法降低石子的温度。在气温较高时，为了防止太阳的直接辐射，可在砂、石子堆场搭设简易遮阳装置，必要时可向骨料喷射水雾或使用前用冷水冲洗骨料。混凝土从搅拌机出料后，经过运输、泵送、浇筑、振捣等工序后的温度称为混凝土的浇筑温度。由于浇筑温度过高会引起较大的冷缩和干缩，因此，应适当地控制混凝土的浇筑温度。一般情况下，混凝土的最高浇筑温度应控制在40以下5。2.3 科学、合理的养护措施混凝土养护时的温度控制方法，一般可归纳为两大类。第一类是降温法，即在混凝土浇筑成型后，通过循环的冷却水进行降温，借以减少混凝土内外的温差。第二类是保温法，混凝土浇筑成型后，通过保温材料(如常用的模板、草袋、锯末、塑料布等)、碘钨灯或定时喷浇热水等方法，以提高混凝土表面及四周散热面的温度。在每次混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，并应符合下列规定：（1）保温养护措施，应使混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度满足温控指标的要求，控制降温速度，使之小于1.5/d；（2）保温养护的持续时间，应根据温度应力（包括混凝土收缩产生的应力）加以控制、确定，但不得少于15天。保温覆盖层的拆除应分层逐步进行；（3）保温养护过程中，应保持混凝土表面的湿润。保温养护是大体积混凝土施工的关键环节。保温养护的目的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差以降低混凝土块体的温度应力，其次是降低大体积混凝土浇筑块体的降温速度，充分利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土块体承受温度应力时的抗裂能力，达到防止或控制温度裂缝的目的。同时，在养护过程中保持良好湿度和防风条件，使混凝土在良好的环境下养护，施工人员应根据事先确定的温控指标的要求，来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施。塑料薄膜、草袋、锯末等可作为保温材料覆盖混凝土和模板，在寒冷季节可搭设挡风保温棚。覆盖层的厚度应根据温控指标的要求计算。在大体积混凝土保温养护过程中，应对混凝土浇筑块体的内外温差和降温速度进行监测，根据现场实测结果可随时掌握与温控施工控制数据有关的数据（内外温差、最高温升及降温速度等），可根据这些实测结果调整保温养护措施以满足温控指标的要求。2.4 减小环境气候的影响为了降低入模温度，通常不要选择在夏季高温时浇筑混凝土，可在夜间作业；为了减小混凝土内外温差和防冻，也不宜在冬季低温时浇筑混凝土。在混凝土浇筑前要充分了解天气情况，对于浇筑时气候对混凝土可能产生的影响要有一定预见性并能做好充分的准备。比如说在冬季进行大体积混凝土施工时，为了防止早期混凝土受冻，浇筑温度当然越高越好，规范规定入模温度不低于5，没有上限控制。但大体积混凝土，除了防冻外，还有防裂要求。由于体积大，浇筑以后，虽然表面温度很低，内部温度却因水化热而急剧上升。为了减小内外温差和基础温差，浇筑温度越低越有利，一般说最好不超过10。因此，大体积混凝土施工的浇筑温度一般以510为宜。如果气温很低，在达到临界强度以前，表面混凝土有遭受冻害的可能，应加强保温措施，不可单纯为了防冻而随意提高浇筑温度，以致引起裂缝。根据当地的气候条件和保温方法，由浇筑温度，加上运输及浇筑过程中的热量损失，就可得到混凝土的出机温度。规范规定不低于10，一般控制在1015为宜。在浇筑混凝土以前，对基础、预埋铁件及与新混凝土接触的冷壁（老混凝土、预制混凝土模板等），应用蒸汽清除所有的冰、雪、霜冻，并使其表面温度上升。如果基础及冷壁的内部温度较低，还需要提前进行预热。如果不进行预热，浇筑混凝土以后，接触面附近的新混凝土温度将很快降至零度以下。预热所需温度、深度和持续时间，由温度计算决定。计算原则应使接触面附近的新混凝土在达到临界强度之前不冻结。一般来说，应使基础深度100mm内温度在5以上。当气温不低于-1时，一般只须将拌和水加热，以满足出机温度的要求。水温不能超过80，以免水泥发生假凝。当气温低于-1时，须将水与细骨料加热，同时加热粗骨料使其中的冰雪融化。加热砂石料时应避免过热和过分干燥，最高温度不宜超过60。水的加热可用锅炉、电热或蒸汽，砂料加热可用封闭的蛇形管，石料加热使用蒸汽最方便。2.5 其他措施随着施工技术的不断进步，大体积混凝土裂缝的控制措施还有许多，但是在工程建设中比较常用的还有混凝土裂缝的监测以及地基处理以及分缝分块的设置。（1）监测措施。大体积混凝土的温控施工中，除应进行水泥水化热的测定外，在混凝土浇筑过程中还应进行混凝土浇筑温度的监测，在养护过程中应进行混凝土浇筑块体升降温、内外温差、降温速度及环境温度等监测。这些监测结果能及时反馈现场大体积混凝土浇筑块内温度变化的实际情况，以及所采用的施工技术措施的效果，为工程技术人员及时采取温控对策提供科学依据。混凝土的浇筑温度系指混凝土振捣后位于混凝土上表面以下50100mm深处的温度。混凝土浇筑温度的测试每工作班（8h）应不少于2次。大体积混凝土浇筑块体内外温差、降温速度及环境温度的测试一般在前期每24h测一次，后期每48h测一次。（2）地基处理。大体积混凝土结构一般都是采用整体式浇筑方法，其厚实与体重的特点使得地基对基础的影响十分明显。在设计时，在同一浇筑块内应避免基础过大的起伏，在结构形式上应尽量避免或减少应力集中，并且要防止地基产生不均匀沉降，从而改善对基础的约束影响6。当地基为软土层时，为了防止基础产生不均匀沉降，通常用砂垫层或其他办法加固。砂垫层不仅可以提高地基的承载力，而且在施工时还可以设置盲沟排水，这对减少地下水或地表水的影响都有明显作用。砂垫层在施工前应通过试验，使其做到具有最佳含水量和最大密度。（3）合理分缝分块。合理分缝分块，不仅可以起到减轻约束作用，缩小约束范围的作用，而且还可利用浇筑块的面层进行散热，进而降低混凝土内部温度。另外，对于建筑工程来说，尚可满足绑扎钢筋、预埋螺栓等工序的操作需要。按照目前的施工技术水平分析，合理的分缝分块能起到调节混凝土结构温度变化的作用，确保混凝土块体有自由伸缩的空间，以达到释放温度应力的目标。在建筑工程中，主要运用设置伸缩缝、施工缝与后浇带的办法来减小混凝土早期温差与收缩，从而有效地防止温度裂缝的产生。3 大体积混凝土裂缝的处理方法尽管对大体积混凝土结构采取各种各样的防裂措施，但是工程实践证明，由于各种复杂因素的影响，在混凝土浇筑不久或在施工期间就会出现裂缝。为提高混凝土结构的整体性、稳定性和使用寿命应对裂缝进行控制和加固修补。根据裂缝产生的具体成因、裂缝的稳定性和工程实际的需要，采取一定的措施对已形成的裂缝进行限制，消除诱发裂缝的因素，防止裂缝的进一步发展。对于要求严格的工程则必须对裂缝进行补强加固。大体积混凝土裂缝的处理方法主要包括表面修补法、填充法、结构补强法以及灌浆法等几个方面。3.1 表面修补法表面修补法是一种简单、常见的修补办法，它主要适用于稳定和对结构承载能力没有影响的表面裂缝以及深进裂缝的处理7。通常的处理措施是在裂缝的表面涂抹水泥浆、环氧胶泥或在混凝土表面涂刷油漆、沥青等防腐材料，在防护的同时，为了防止混凝土受各种作用的影响继续开裂，通常可以采用在裂缝的表面粘贴玻璃纤维布等措施。当表面较浅裂缝，可将裂缝附近的混凝土表面凿毛，或沿裂缝方向凿成深为 1.5cm3cm，上口宽为2cm3cm的V型槽，用钢丝刷将其清理干净并洒水湿润，然后根据裂缝的活动情况选择填充材料。对死缝视情况可选用水泥砂浆（水泥：砂=1：1的干硬性水泥砂浆，用少量水拌和后用手捏成团，甩在地上能够散开，分层用小手锤击实补平，表层用抹刀沾水压实抹光，然后用塑料薄膜覆盖，用胶带将塑料薄膜四边粘贴好）、环氧砂浆、丙烯酸砂浆、氯丁砂浆等进行修补；对活缝较小者视情况可选用防水沥青油膏、聚氯乙烯增塑胶泥、橡胶沥青油膏。表面修补法主要包括以下几个方面：（1）表面涂抹水泥砂浆：将裂缝附近的混凝土表面凿毛，或沿裂缝凿成深1520mm，宽150200mm的凹槽，扫净并洒水湿润，先刷水泥净浆一层，然后用1：2的水泥砂浆分23层涂抹，总厚度控制在1020mm左右，并用铁抹抹平压光。有防水要求时应用2mm厚水泥净浆及5mm厚1：2的水泥砂浆交替抹压45层，刚性防水层涂抹34小时后进行覆盖，洒水养护。在水泥砂浆中掺入占水泥重量13%的氯化铁防水剂，可起到促凝和提高防水性能的效果。为了使砂浆与混凝土表面结合良好，抹光后的砂浆面应覆盖塑料薄膜，并用支撑模板顶紧加压。（2）表面涂抹环氧胶泥：涂抹环氧胶泥前，先将裂缝附近80100mm宽度范围内的灰尘、浮渣用压缩空气吹净，或用钢丝刷、砂纸、毛刷清除干净并洗净，油污可用二甲苯或丙酮擦洗一遍，如表面潮湿，应用喷灯烘烤干燥、预热，以保证环氧胶泥与混凝土粘结良好。若基层难以干燥，则用环氧煤焦油胶泥涂抹。涂抹时，用毛刷或刮板均匀蘸取胶泥，并涂刮在裂缝表面。（3）采用环氧粘贴玻璃布：玻璃布使用前应在碱水中煮沸3060分钟，然后用清水漂净并晾干，以除去油脂，保证粘结。一般贴12层玻璃布。第二层玻璃布的周边应比下面一层宽1012mm，以便压边。（4）表面凿槽嵌补：沿混凝土裂缝凿一条深槽，槽内嵌水泥砂浆或环氧胶泥、聚氯乙烯胶泥、沥青油膏等，表面作砂浆保护层。槽内混凝土面应修理平整并清洗干净，不平处用水泥砂浆填补，保持槽内干燥，否则应先导渗、烘干，待槽内干燥后再行嵌补。环氧煤焦油胶泥可在潮湿情况下填补，但不能有淌水现象。嵌补前先用素水泥浆或稀胶泥在基层刷一层，然后用抹子或刮刀将砂浆或环氧胶泥、聚氯乙烯胶泥嵌入槽内压实，最后用1：2水泥砂浆抹平压光。在侧面或顶面嵌填时，应使用封槽托板逐段嵌托并压紧，待凝固后再将托板去掉。3.2 填充法填充法是混凝土裂缝处理的又一个常见方法。这种方法通常是用来处理一些宽度较大的裂缝，一般是用材料直接来填补裂缝，这种方法的操作十分简单，而且处理费用也较低。通常是在这些宽度小于0.3mm的裂缝上开凿一个形槽，然后将已经配好的材料进行直接填充，这些材料能够进入到深度较深的裂缝中进行填充，进而修复对应的混凝土裂缝，防止裂缝的不断扩张或变形引起的漏水或者坍塌情况。当钢筋已经锈蚀时，将混凝土凿除到能够充分处置已经生锈的钢筋部分，先对钢筋除锈，然后在钢筋上涂抹防锈底涂料，再充填密封材料。宽度较大(5mm)、深度较浅的裂缝宜采用填充法修复。修补施工时，用钢钉沿裂缝两侧凿槽，槽宽20100mm，深150mm，并用钢丝刷和压缩空气将混凝土碎屑粉尘清除干净。然后在两侧槽面上刷涂一层2mm厚的环氧基液，涂刷要平整均匀，防止出现小孔和波纹，待初凝后用环氧砂浆填缝并抹平。丙酮(非活性稀释剂)控制环氧树脂与固化剂乙二胺的反应热，降低粘度，延长操作时间，但会降低粘结强度，增加伸缩率，应少加。3.3 结构补强法当裂缝影响到混凝土结构的性能时，就要考虑采取加固法对混凝土结构开展处理。结构加固中常用的主要办法是：加大混凝土结构的截面面积，在构件的角部外包型钢，采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。主要适用于裂缝宽度大于1cm、且影响到水工混凝土结构的使用性能时，就要考虑采用加固法对水工混凝土结构进行处理。顺裂缝两边将酥松的混凝土全部凿除，直至新鲜混凝土界面，裂缝内部用C20细石混凝土灌填、振捣密实，C20细石混凝土灌填距混凝土裂缝表面5cm处停止，用木抹将细石混凝土压实拉毛，待细石混凝土浇筑72小时后，用喷灯将其表面烤干，先刷环氧树脂基液一遍，然后用拌制好的环氧水泥胶浆（环氧水泥胶浆配合比=环氧树脂：二丁脂：乙二胺：石棉绒：水泥=100%：15%：8%12%：100%：200%）涂抹23遍，环氧水泥泥胶浆厚约0.5cm1cm，随后再在环氧水泥泥胶浆上面粘贴钢板加固，钢板粘贴好后在其两侧钻孔，深入原混凝土5cm10cm，同侧相邻孔间距保持10cm15cm，穿入膨胀螺丝锚固处理，然后在钢板表面及裂缝两边混凝土面层采用环氧金刚砂浆修补处理。3.4 灌浆法灌浆法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗规定的混凝土裂缝的修补，它是利用压力设备将胶结材料压入混凝土的裂缝中，胶结材料硬化后与混凝土形成一个整体，从而起到封堵加固的目的。常用的胶结材料有水泥浆、环氧树脂、甲基丙烯酸酯、聚氨酯等化学材料。嵌缝法是裂缝封堵中最常用的一种办法，它通常是沿裂缝凿槽，在槽中嵌填塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。常用的塑性材料有聚氯乙烯胶泥、塑料油膏、丁基橡胶等等；常用的刚性止水材料为聚合物水泥砂浆8。主要适用于对水工结构整体有影响，裂缝较深且有渗漏现象的水工混凝土裂缝的修补处理。当水压较大，裂缝较长时，首先沿渗水裂缝剔一条下口宽1cm1.5cm、上口宽2cm5cm的梯形沟槽，用钢丝刷将其清理干净，在槽底沿裂缝方向放置一根导水细绳，以便使渗漏水沿导水细绳流出。然后配制快凝水泥胶浆，将快凝水泥胶浆填塞于每段槽内后，立刻将细绳抽出，在细绳抽出口嵌入埋入式灌浆嘴。待胶浆凝固后，用小型灌浆机将氰凝灌浆剂压入缝孔中，氰凝浆液遇水立即发生化学反应，生成不溶于水的凝胶体；同时释放出二氧化碳气体，使浆液发泡膨胀，向四周扩散直至反应结束。最后灌浆结束待浆液固结后，拔出灌浆嘴并用水泥砂浆封固灌浆孔9。4 案例分析4.1 工程概况北京南站主站房及雨篷为仿天坛的椭圆形建筑形态，长轴500m，短轴350m，沿长轴方向两翼部分为各两跨钢结构通透雨篷，中间站房为椭圆形建筑，高架层候车厅长轴332.6m，短轴195m，最高檐高40m。总建筑面积42万m2，其中地下一层，为全现浇钢筋混凝土框架结构（部分竖向柱为钢筋钢管混凝土柱）；地上两层，均为钢结构形式。基础底板为超大尺寸的大体积混凝土结构。混凝土设计强度等级C35，抗渗等级P10，基础底板混凝土浇筑总方量约152100m3，浇筑时间从2011年8月中旬开始到2012年1月底完成。由于北京南站基础底板混凝土方量巨大，而且混凝土在冬季进行浇筑，所以混凝土浇筑的质量更容易受到外界环境的影响。在基础底板的内部，为了防止大体积混凝土裂缝严重，在设计方面，加强了底板的底部配筋。4.2 裂缝预防措施混凝土裂缝产生的主要原因：（1）由外荷载引起的，即按常规计算的主要应力引起的裂缝；（2）结构次应力引起的裂缝，这是由于结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的裂缝；（3）变形应力引起的裂缝，就是由混凝土结构的温升膨胀和降温收缩引起的裂缝。大体积混凝土多是变形应力引起的裂缝。因此，北京南站基础底板层大体积混凝土裂缝的控制，应以变形应力引起的裂缝为本工序控制的关键。4.2.1 设计图纸时的控制设计图纸从基础底板开始共划分为I、II、III三个区。II区为主站房，地下一层为出站大厅，地上高架层为候车大厅；I、III区在II区的两侧对称设置，地下室为停车库（场），地上为钢结构通透雨篷。每个区段又分为三个小区共九个施工分区。在每个区段根据规范要求，设计图纸中结构按纵横向3040米左右距离设置1000毫米宽的后浇带。依据后浇带I、III区结构各划分为30个流水段，II区共划分为36个流水段。这样将整个基础底板划为96个混凝土浇筑板块，不仅能使大体积混凝土变形应力得到较好释放，同时为施工混凝土的运输、浇筑组织带来很大方便。但分隔后基础底板板块仍较大，最大的浇筑面积2500m2，混凝土一次浇注量约5000m3，所以还需采取进一步的措施。4.2.2 混凝土原材料的选择大体积混凝土的温升是由于水泥在水化热过程中放热引起的，为了最大限度地降低水化热采取了如下措施：（1）选用水化热较低的优质水泥。本工程选用北京市琉璃河水泥厂生产的长城P.42.5水泥，含碱量小于0.6%，水化热较低；（2）尽量减少水泥用量。本工程采用掺加I级粉煤灰，粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀，同时粉煤灰的火山反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的空隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后混凝土更加致密，相应收缩值也减少，但粉煤灰不宜过多10-11。本工程选用S95级矿粉，矿物掺合料具有优异的火山灰效应和“微珠”效应及填充密实效应，不仅降低水泥用量，提高了混凝土的强度和耐久性，同时保护了环境，降低了成本，利用与粉煤灰“双掺”的叠加效应来改善混凝土的流动性、微孔结构、孔隙数量，从而达到降低混凝土的热胀；（3）抗裂防水剂，采用CSA混凝土抗裂防水剂。（4）为了保证工程质量，确保混凝土质量万无一失，决定采用掺加聚丙烯改性纤维来提高混凝土的抗裂性。聚丙烯纤维同水泥基料有极强的粘结力，并在混凝土内部构成一种均匀的乱向支撑体系，从而产生一种有效的二级加强作用，增强了混凝土的韧性，抑制了微细裂缝的产生和发展，因此可在混凝土中发挥有效的抗裂作用。本工程掺量为每m3混凝土0.9千克；（5）粗骨料，525mm米碎石，低碱活性骨料，要求含泥量小于等于1%，增加石子用量并选用粒径较大、级配良好的粗骨料，石子入灌前需浇水润湿；（6）细骨料，水洗中砂，低碱活性骨料，要求含泥量小于等于1%；4.2.3 混凝土的制备和连续供应混凝土的制备质量是否稳定和能否连续供应直接影响到混凝土的浇筑质量和大体积混凝土裂缝的控制。基础底板混凝土量约152100m3，全部采用预拌混凝土。开工前，经过三方考察确定7家具有较强生产能力的混凝土公司，其单位名称为：北京虎跃混凝土有限公司，北京北斗星混凝土有限公司，北京通惠绿洲混凝土有限公司，北京火车头混凝土有限公司，北京住总商品混凝土中心，北京丰台区榆树庄构件厂，北京新奥混凝土有限公司。工程统一要求：（1）要求各搅拌站采用同一厂家生产同一品牌水泥、抗裂防水剂、纤维、粉煤灰、矿粉；（2）要求各搅拌站统一采用确定的双掺混凝土配合比进行试配，合格后必须经中铁建工集团北京南站指挥部审核，并论证确认后再进行正式生产；（3）搅拌机组操作人员和质量检测人员共同努力，保证混凝土质量均匀稳定；（4）采用地下水搅拌，不加热，控制混凝土入模温度在28C以下，冬季不低于10C；4.2.4 混凝土施工浇筑和养护大体积混凝土在施工的过程中，由于混凝土方量巨大，因此在浇筑的时候必须加强对大体积混凝土的养护，并采取适当的浇筑方法，尽量降低混凝土的水化温度，具体的措施如下所述：（1）混凝土的浇筑通过计算，并根据现场实际情况，在基坑边坡上口布置5台地泵，基坑内临时布置2台地泵，采用拆管式浇筑，保证每个流水段底板浇筑混凝土时有3台地泵。每个流水段按斜面分层法浇筑，先浇筑500mm厚，振捣后斜面流淌坡度1：81：10；再浇筑第二层混凝土500mm厚，用振捣棒先振捣与第一层相邻的斜面，然后振捣第二层混凝土。依此类推，逐层浇筑，直至浇筑到设计标高，同时泵管逐步逐节拆除，直到浇筑完毕。（2）混凝土浇筑后的养护在大体积混凝土施工中，良好的保温养护对于减少混凝土的收缩、控制内外温差、减小自约束力、充分利用混凝土的松弛应力具有重要作用。在第一次收面后，随收面随覆盖一层塑料布。塑料布每幅边缘搭接15cm，表面及四周压严，保证塑料布内有凝结水。当大气温度在15C以上时，采用蓄水养护，混凝土初凝后待混凝土表面不起灰皮时，立即转为蓄水养护，水深15cm。依据测温结