水运工程中大体积混凝土裂缝的产生原因和控制措施.docx

水运工程中大体积混凝土裂缝的产生 原因和控制措施 黄征宇(武汉长航科达工程监理公司，湖北 武汉430070)【摘 要】大体积混凝土裂缝是水运工程施工当中出现的一个普遍现象，也经常出现，大体积混凝土裂缝对水运工程质量会产生很大的影响。但目前对于水运工程中大体积混凝土裂缝的原因分析和控制措施方面的研究还比较少，文 中从原材料、混凝土配合比设计、结构构造和施工养护措施等多方面对大体积混凝土裂缝产生原因进行分析和探讨，同 时提出一些经过实践检验、行之有效的裂缝控制措施。【关键词】水运工程; 大体积混凝土; 裂缝; 原因; 措施【中图分类号】 F540【文献标识码】 B【文章编号】 1674 4993( 2012) 03 0194 03Causes and Control Measures for Cracks in Mass Concrete in Water Transport Engineering HUANG Zheng yu( Changhang Wuhan Keda Engineering Supervision Company，Wuhan 430070，China)【Abstract】Crack in mass concrete is a common phenomenon which appears in water transport engineering constructions. Itwill have a huge impact on the quality of water transport project. Howere，there has been little research about reasons and control measures for cracks in mass concrete of water transport engineering. This artice has an analysis and discussion on the causes of cracks in mass concrete from raw materials，concrete proportion design，structures，measures of construction conservation and other aspects，and puts forward some proven and effective crack control measures.【Key words】water transport engineering; mass concrete;cracks; reasons; measures土中添加了一定量的外加剂和填充料，这在改善混凝土施工 条件的同时也加大了其在硬化过程以及后期体积的收缩。混 凝土必须是逐渐散热和硬化过程中产生的收缩，对 于 水 运 工 程大体积混凝土，这种收缩尤其明显。但混凝土的收缩 受 到 外界的约束，将会在混凝土体内部产生相应的收缩应力，当产 生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就 会 在 混 凝 土中产生收缩裂缝。通常我们 所说的大体积混凝土是指厚度和宽度超过了 1m 的混凝土构件。日本建筑学会的标准( JASS5) 规定: “结构 断面最小厚度在 80cm 以上，同时水化热引起混凝土内部的最 高温度与外界温差预计超过 25 的混凝土，称为大体积 混 凝土”。大体积混凝土裂缝控制是水运工程施工的经常出现的 难题，水运工程的特殊环境对大体积混凝裂缝的防治要求比 较高。本文将结合水运工程裂缝出现的有关问题，对 其 产 生的原因和防治措施进行一些具体的探讨，对水运工程中裂缝 的防治具有一定的实践意义。1 水运工程大体积混凝土裂缝产生的主要原因大体积混凝土一般在水工建筑物里常见，大 体 积 混 凝 土 裂缝产生的原因主要是大体积混凝土结构裂缝，具 体 可 以 划 分为干燥收缩性裂缝、自身收缩性裂缝、沉降收缩性裂缝、塑性收 缩 性 裂 缝、温 差 性 裂 缝、碳化收缩性裂缝和安定性裂缝 等。以下对照裂缝种类来具体分析。1. 2自身收缩性裂缝自身收缩是水运工程大体积混凝土裂缝 的 主 要 成 因 之一。是由于水分子的迁移而引起的。是因为水泥水化时消耗水分产生所谓的自 干 燥 作 用，导致混凝土体的相对湿度降低 及体积减小而最 终 自 身 收 缩。水灰比对自身收缩影响 较 大， 当水灰比小于 0. 35 时，体内相对湿度会很快降低到 80% 以下，自身收缩与干缩则几乎各占一半。水运工程自身收 缩 主要发生在大体积混凝土拌合后的初期，在模板拆除之前，大体 积混凝土的自身收缩大部分甚至全部已经完成。在大体积混 凝土里，即使水灰比并不低，自身收缩量值和与温度收缩叠加到一起，就会使应力增大形成裂缝。1. 1干燥收缩性裂缝干燥收缩性裂缝是由于混凝土中水泥和用 水 量 一 般 较大，使得混凝土硬化的过程中的收缩量增加造成的，由于混凝【收稿日期】2012 02 27【作者简介】黄征宇，武汉长航科达工程监理公司。黄征宇: 水运工程中大体积混凝土裂缝的产生原因和控制措施第 3 期1951. 3 沉降收缩性裂缝沉降收缩性裂缝是由于水运工程大体积混凝土施工一般 来说都采用柱塞泵 送，而泵送时就会产生比较大的冲击力造 成的，如果混凝土模板支撑系统没有经过严格的计算，往往就 不能保证有足 够的支撑刚度来承受大体积混凝土的浇筑冲 力。如果混凝土模板支撑系统构造不合理，重点加强点不够。 模板拼缝漏水、漏浆，模板和混凝土顶标高控制不严格。以及 混凝土强度达到 1. 2N / mm2 以 前，现浇层上过早的增加施工 荷载，对混凝土施加了外力等人为因素都会造成破坏性裂缝。2. 1. 3 避免结构突变产生应力集中一定要避免结构突变而产生应力集，要 在 易 产 生 应 力 集 中的薄弱环节采 取 加 强 措 施。当不能避免断面突变时，应 作 局部处理，做成逐渐变化的过渡形式，同时加配钢筋。2. 1. 4控制边缘裂缝在容易裂缝的边缘部位要设置暗梁，提 高 该 部 位 的 配 筋率，提高大体积混凝土极限抗拉的强度。2. 1. 5结构设计时要考虑施工的情况在水运项目大体积结构设计过程中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝。在正常施工条件下，后浇缝间距20 30m，保留时间一般 要 60 天 以 上。不能预测在施工时的 具体条件时，则需要根据具体情况作设计变更。1. 4塑性收缩性裂缝塑性收缩性裂缝也是水运工程中大体积混凝土收缩的一个主要原因。在水 泥 活 性 大、混凝土温度较高或者水灰比较 低的条件下，混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及 时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，即使受到一点点拉 力，混凝土的表面就会出现分布不规则的裂缝。出 现 裂 缝 以 后，大体积混凝土体内的水分蒸发进一步加快，于是裂缝迅速 扩展。塑性收缩性裂缝出现在暴露于空气中的混凝土表面，裂缝较浅，长短不一，但裂缝之间是互不连贯的，类似干燥的泥浆面。分析原因: 混凝土浇筑后硬化之前，失 水 收 缩，同 时 当骨料下沉时就会受到钢筋的阻挡，就会形成沿钢筋方向的 裂缝。2. 22. 2. 1原材料选的配控制措施把好原料使用量和配合比现行的规范主要是从结构的承载力和强度方 面 考 虑，设计上只配置构造钢 筋，而水运工程大体积混凝土的施工过程 中往往漏放或者 少 放 些，一定要避免出现此类情况。选 用 水 泥时，选铝酸三钙谷量较低，细度不宜过细，矿渣含量较少 的 水泥，砂不宜用 特 细 砂。在确定配合比时，要 用 低 水 灰 比、低 水泥用量和低用水量，选用级配良好的砂子和石子，气温较低 时，在混凝土中掺加促凝剂，用来加速混凝土的凝结和 强 度 发展。1. 5温差性裂缝温差性裂缝是由水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土2. 2. 2适当的搀加粉煤灰混凝土中掺用粉 煤 灰 以 后，就可以增加大体积 混 凝 土 的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高 混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水 等尽量选用低热或中热水泥( 如矿渣水泥、粉煤灰水泥) ，降低 水泥用量，选用收缩性小的水泥。因为这种水泥在水化 膨 胀 期( 1 5d) 可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力可 部分抵消温度引变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土 的抗裂能力。2. 2. 3 选择级配良好的骨料骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积 的 80% 83% ，应选择骨料线膨 胀 系 数 小、岩 石 弹 模 较 低、表 面清洁、级配 良 好 的 骨 料。一 般 来 说，可 以 选 用 粒 径 4mm 40mm 的粗骨料，尽 量 采 用 中 砂，严 格 控 制 砂、石 子 的 含 泥 量( 石子在 1% 以内，砂在 2% 以内) 。控制水灰比在 0. 6 以下。还可以在大体积混凝土中掺缓凝剂，减 缓 浇 筑 速 度。还 可 考 虑在大 体积混凝土中掺加 坚 实 无 裂 缝、冲 洗 干 净、规 格 为150mm 300mm 的大块石，减少大体积混凝土总用量，而石块 本身也吸收了热量，使水化热能进一步降低，对控制裂缝有一 定好处。表面的温差过大引起的。水运工程大体积混凝土特别容易发生此类裂缝。主要有三种情况: 一是在混凝土浇筑初期，这个 阶段产生大量的水化热，形成内外温差并导致混凝土开裂，这 种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第 3 天( 升温阶段) 。二是 在拆模前后，这时混凝土表面温度下降很快，从而导致裂缝产 生。三是当混凝土内部温度高达峰值后，热量逐渐散发而达 到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值即内部温差。 这三种温差都会产生裂缝。1. 6 碳化收缩性裂缝碳化收缩性裂缝是由于大气中的二氧化碳与水泥的水化 物发生化学反应引起的收缩变形。炭化收缩在湿度 50% 左右 才会发生，并且随着二氧化碳的浓度的增加而加快。1. 7安定性裂缝安定性裂缝的直观表现为龟裂，主要是由于大体 积 混 凝土中的水泥安定性不合格而引起的。2水运工程中混凝土大面积裂缝的防治措施2. 1 设计措施2. 1. 1精心设计大体积混凝土的配合比在保证大体积混凝土具有良好工作性的情况下，应 尽 可能降低大体积混凝土的单位用水量，采用低砂率、低坍落度、 低水胶比; 掺高效减水剂和高性能引气剂; 高粉煤灰掺量的设 计准则，制造出高强度、高韧性、中弹性、低热量和高抗拉值的抗裂混凝土。2. 1. 2 增设有抗裂功能构造的钢筋增设抗裂功能构 造 的 钢 筋，就能够有效减少混凝 土 表 面 裂缝。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率设 置应该在 0. 3 0. 5% 之间，才能提高抗裂性能。2. 2. 4选用高效减水剂和引气剂适当选用高效减水剂和引气剂，这对减少大体 积 混 凝 土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高 硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着非常重 要 的作用。2. 3施工方法控制措施水运工程的大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环 水 进 行 冷 却。对大型的基础可采用分 块 分196物流工程与管理第 34 卷层浇筑( 每层间隔时间 5d 7d) ，分块厚度为 1. 0m 1. 5m，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基 或厚大的混凝土垫 层 上 时，在岩石地基或混凝土垫层上铺设 防滑隔离层( 浇二度沥青胶撒铺 5mm 厚砂子或铺二毡三油) ， 底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少 约束作用。尽量采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗 裂性。还可根据具体工程特点，采用 UEA 补偿收缩混凝土技 术，并加强对模板支撑体系的可靠度及标高控制避免形成裂 缝隐患。层塑料薄膜，以防止早期失水出现塑性裂缝; 根据测温结 果，适时在塑料薄膜上覆盖 2 3 层棉毡保温，同时在混凝土中部 设置冷却水管降温; 在塑料薄膜下适时补水，以保证水泥和膨 胀剂发挥补偿收缩作用。由温差引起的收缩应力远小于该龄 期混凝土的抗拉强度，才能不出现温度裂缝。3. 3大体积混凝土内部的最高温升控制通常认为影响混凝土内部最高温升的主要因 素 为: 混 凝土配合比中的水泥强度等级、品种和水泥用量，混凝土入模湿度，混凝土厚度，混凝土内部冷却系统效率等。按照这些因素 来控制混凝土内部的最高温升。3. 4 采用合理的构造方法控制收缩裂缝多出现在伸缩缝间距过大的建筑中，有 的 建 筑 物温度收缩的间距虽符合规范中的使用要求，但 由 于 施 工 周 期长，结构在较长时间内为暴露在大气中的露天结构，其收缩 变化明显比室内结构要大，因此大多在施工期间出现裂缝，故 在结构中断面薄 弱 处、应力集中处宜采取各种加强措施。混 凝土体积较大时，还要防止各种收缩应力叠加，在结构应力复 杂、应力集中或应力较大的部位，可以掺加外加料如掺加膨胀 剂可以抵消或大部分抵消混凝土的收缩应力，从 而 控 制 裂 缝的产生。2. 4温度控制措施混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极其敏感的。因此必须通过应降低混凝土内水化热温度和混凝土初始温度，减少和避免裂缝风险。由于混凝土裂缝产生的原因是水化热 产生的温度应力导致混凝土结构内外温差过大而产生裂缝， 所以预防的办法是浇筑混凝土过程中要在不同位置不同深度设置测温孔。当最大温差超过 25 的时候要想办法加大保温 力度，如温水养护多覆盖毛毡等，可以有效避免裂缝的产生。 测温时间是前三天每两小时一次，4 7 天每 4 小时一次，7 15 天每 8 小时一次，打完混凝土的第 2 天至第 3 天之间，要特 别注意温控措施。3 施工中注重的问题3. 5浇筑前后和施工过程控制浇筑大体积混凝土之前，应该将基层和模板浇水湿透，避3. 1测温点的布置水运工程大体积混凝土测温点布置的要求是应使不同施免吸收混 凝 土 中 的 水 分。振 捣 密 实，减 少混凝土的收缩量。施工中应加强振捣，提高密实度，加强浇水养护，延迟收缩 发 生，以避免在早期混凝土强度较低时，出现过大的收缩而造成 裂缝。混凝土浇筑后，在初凝前完成抹平工作，终凝前完成压 光工作。建议推广二次抹压工艺，抹光后及时用潮湿的 草 袋 或塑料薄膜覆盖，认真养护，也可喷涂混凝土养护剂。工区段、不同标高处的混凝土温升均能得到监控。大 体 积 混凝土浇筑体内监测 点 的 布 置，要真实地反映出大体积混凝土 浇筑体内最高温升、里表温差、降温速率及环境温度，可按下列方式布置:监测点的布置范围应以所选混凝土浇筑体平面图对称 轴 线的半条轴线为测试区，在测试区内监测点按平面分层 布置;在测试的区域 内，监测点的位置与数量可根据 混 凝 土 浇筑体内温度场分布情况及温控的要求确定;每条测试的轴线上，监测点位宜不少于 4 处，应根据结 构的几何尺寸布置;沿着混凝土浇筑体厚度方向，必须布置外面、底面温度 测点，其余测点宜按测点间距小于等于 600mm 布置;保温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要 确定;混凝土浇筑体的外表温度，宜为混凝土外表以内 50mm处的温度;混凝土浇筑体 底 面 的 温 度，宜为混凝土浇筑体 底 面 上50mm