浅析大体积混凝土裂缝l

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武平奥鹏学习中心层次专科起点本科专业土木工程年级年春季学号学生指导教师完成日期内容摘要摘要大体积混凝土在施工过程中普遍会遇到裂缝控制问题，笔者通过多年的现场实践，并查阅有关混凝土方面的资料，对混凝土裂缝产生的原因、类型、裂缝的温度控制和预防措施进行等进行阐述。关键词大体积混凝土裂缝预防控制处理目录内容摘要I引言11大体积混凝土裂缝产生的主要原因分析211水泥水化热212收缩裂缝313外界气温变化引起的裂缝32大体积混凝土裂缝的预防措施521注意原材料的选择522采用合理的施工方法523科学、合理的养护措施63大体积混凝土裂缝的处理方法1031表面修补法1032填充法1033结构补强法1034灌浆法114案例分析1241案例一12411工程概况12412预防措施（或“处理方法”）12413取得效果135结论18参考文献21引言建筑工程中，大体积混凝土是指混凝土结构物中实体最小尺寸1M部位所用的混凝土，其主要的特点为结构截面大、混凝土用量多，内部热量不易散发。目前我国在大体积混凝土裂缝控制方面的研究日趋成熟，其中以王铁梦教授和吴伟中院士的温度应力控制理论和变形控制理论为先导，此理论主要内容为混凝土一般在浇筑后的二至三天内，其间混凝土弹性模量低、基本处于塑性与弹塑性状态，约束应力很低，当水化热温升至峰值后，水化热能耗尽，继续散热引起温度下降，随着时间逐渐衰减，延续十余天至三十余天。混凝土降温阶段，弹性模量迅速增加，约束拉应力也随时间增加，在某时刻如超过混凝土抗拉强度便出现贯穿性裂缝。为了准确了解大体积混凝土内部由于水化热引起的温度升降规律，掌握基础混凝土中心与表面、表面与大气温度间的温度变化情况，以便采取必要的措施，需对混凝土进行温度监测，从而提高大体积混凝土的工程质量。该工程属于核电站核岛厂房，结构都涉及核安全，必须防止大体积混凝土出现有害裂缝，为控制混凝土的裂缝，根据温度应力控制理论和变形控制理论，需要对浇筑的混凝土进行测温监控，通过对混凝土内外温度变化情况及时采取有效方法控制混凝土内外温差，防止混凝土出现有害裂缝。1大体积混凝土裂缝产生的主要原因分析11水泥水化热水泥的水化热3625093743740Q胶凝材料水化热总量0K式中Q胶凝材料水化热总量（KJ/KG）；K不同掺量掺合料水化热调整系数。本次计算取095不同掺量掺合料水化热调整系数掺量010203040粉煤灰（K1）1096095093082矿渣粉（K2）11093092084T（T）WQ（1EMT）/C式中T（T）浇筑完一段时间后，混凝土的绝热温升（）；W混凝土中水泥（包括外加剂、掺合料）用量（KG/M3）；E为常数，取2718；T混凝土的龄期（D）；混凝土密度、取24002500（KG/M3）；C混凝土比热、取09210KJ/（KG）；M与水泥品种、浇筑温度等有关的系数，可取（0305）D1；以上参数取自GB504962009T（T）WQ（1EMT）/C308576336095（1EMT）/0962400538（1EMT）35380704378T65380913491T95380974524T125380992533T155380998536T185380999537T215380999537T245380999537T27538099953712收缩裂缝1干燥收缩的原因是混凝土内部水分的消失。但是，开始干燥时所损失的自由水并不会引起混凝土的收缩，因此其主要原因是吸附水的消失；2自生收缩是在没有水分转移下的收缩，其原因是水泥水化物的体积小于参与水化反应的水泥和水的体积，因此这是一种由水泥的水化反应所产生的固有收缩，但其值与干燥收缩比较是微不足道的；3碳化收缩是混凝土中的水泥水化物与空气中的二氧化碳发生化学反应的结果。混凝土如果在无约束的条件下收缩，它只会单纯地引起体积缩小，而不会产生应力，但实际工程中的混凝土构件均会不同程度的受到约束，使得混凝土为了保持初始长度，收缩就会在混凝土中产生拉应力2。由此可知，混凝土产生收缩裂缝必须具备三个条件收缩变形的大小，约束的情况，实时的抗拉强度。这也是预防及控制混凝土收缩裂缝的出发点。13外界气温变化引起的裂缝131表层气温差大体积混凝土在施工阶段，气温的变化对混凝土的水化热有较大影响。外界气温越高，混凝土的浇筑温度也越高，同时混凝土的绝热温升越高，混凝土的浇筑温度也越高，同时混凝土的绝热温升越高。而外界气温下降，特别是温度的聚降，会在混凝土表面引起急剧的降温，在表层形成很陡的温度梯度。从而引起很大的温度应力，使混凝土产生表面裂缝。如图1（A）所示。132内表温差水泥水化产生大量的水化热，使混凝土内部温度升高热量较难散发，外部表面热量散发较快，内部和外部热胀冷缩过程相应会在混凝土表面产生拉应力。温差大到一定程度，混凝土表面拉应力超过当时的混凝土极限抗拉强度时，在混凝土表面会产生有害裂缝，有时甚至贯穿裂缝。另外，混凝土硬化后随温度降低产生收缩，由于受到地基约束，会产生很大外约束力，当超过当时的混凝土极限抗拉强度时，也会产生裂缝。如图1（B）所示。2大体积混凝土裂缝的预防措施21注意原材料的选择（1）水泥宜用低水化热、铝酸三钙含量较低、细度不过细，矿渣含量不过多的水泥。由于墙板结构施工中的水化热及收缩很可观，所以应尽可能选用低水化热、低收缩的水泥。如果一味追求较快的施工进度，盲目使用高强度等级早强水泥，必然导致高收缩及水化热峰值的提前出现，这对控制裂缝是很不利的。（2）砂、石宜用中、粗砂，含泥量不大于2；石子宜用粒径较大的连续级配、级配良好、含泥量不大于的碎石或卵石。砂石料的含泥量必须严格控制，当砂石料含泥量超过规定，不仅增加了混凝土的收缩，同时又降低了混凝土的抗拉强度，容易引起裂缝。由于在剪力墙中配筋很多、很密，为了保证混凝土在结构中的最紧密填充，应当控制石子的最大粒径和粗细集料级配。如石子粒径较大，石子容易卡在钢筋中间，或钢筋与模板之间。由于砂浆的收缩比混凝土的收缩大，从而导致在拆模后一段时间在钢筋的下方会产生裂缝。（3）掺减水剂，以减少混凝土用水量。（4）掺人微膨胀剂，配制成补偿收缩混凝土，本工程地下结构墙体抗渗混凝土掺水泥用量15UEA膨胀剂。（5）掺用粉煤灰替代部分水泥，以降低水泥水化热温升。22采用合理的施工方法第一步先清理裂缝的基层（缝口及缝边表面）在裂缝两侧，用小锤、手铲、钢丝刷把砼表面整平，然后用丙酮擦洗，清洗时应注意不要将裂缝堵塞，最后用压缩空气吹净裂缝内的异物。第二步设置注浆嘴前注浆嘴底盘粘贴面要用砂布打磨，并用丙酮擦洗干净；距裂缝下部底端10处设置第一个灌浆嘴，并在裂缝上标出注浆点的位置，然后依次按间距3035设置灌浆嘴。灌浆嘴的中心要对准裂缝的中心位置,以便灌封胶容易进入裂缝内部通道。第三步裂缝封闭先采用SIKADUR52胶液（按胶液重量比为AB105）沿裂缝方向涂刷一层灌封胶，然后再用JNF封口胶进行封闭（配胶重量比为AB10040），用油灰刀搅拌至色泽完全均匀一致。将调好的封闭胶沿着裂缝涂刮均匀，封闭宽度为5CM，长度比实际裂缝两端各长10CM。第四步检验封缝，裂缝封闭1天后，裂缝封闭胶已固化，检查封缝的效果。如果有粘结不牢固现象，必须再补刮裂缝封闭胶，保证裂缝封闭密实。第五步经封缝检验合格后，即可配制胶液，准备灌胶。具体操作步骤如下将A胶和B胶按10050的比例混合均匀，一次混合的胶数量相当于1H的用量为宜。用注射器取混合均匀的灌缝胶，抽取完毕后，将注射器的制动条卡住活塞的卡口，防止活塞活动，以免将灌缝胶挤出。将灌缝胶的注射器安装在灌胶嘴上。所有注射器安装完毕后，将注射器的活塞按顺时针方向旋转，直到制动条卡口中脱开，注射器在弹簧的压力下开始自动匀速地注射工作。当注射器中灌缝胶已经注射完毕，立即取下空注射器，重新换上另一个装有灌缝胶的注射器，继续工作。为了确保所有裂缝完全灌满，所有空注都要重新抽取灌缝胶，继续注射。在注射器静止2H3H后，拆下注射器。静止24H后拆灌胶嘴。第六步胶液固化后，即拆除注浆嘴，敲掉环氧胶泥，并用角磨机打磨平整，最后进行外观处理，要求基本与原护壁砼颜色一致。23科学、合理的养护措施231为保证已浇筑好的混凝土在规定龄期内达到设计要求的强度和耐久性，并防止产生收缩和温度裂缝，必须认真做好养护工作。232大体积混凝土浇筑完毕后，在混凝土初凝后其强度达到一定强度的要求时开始养护。福清核电工程主要采用湿麻袋塑料薄膜干麻袋组合保温、保湿的养护工艺。湿麻袋保证了在混凝土表面形成一层水分子膜，起到了混凝土保湿作用，塑料薄膜切断了热量的对流，且可以防止其下层养护水蒸发散失，干麻袋减缓了热量传导，起到了保温作用。233保温、保湿养护是大体积混凝土施工的关键环节。保温养护的主要有两个目的，一是通过减少表层混凝土的热扩散，降低大体积混凝土浇筑体的里表温差值以及表层混凝土与环境的温差值，减小混凝土浇筑体的自约束应力；二是降低大体积混凝土浇筑体的整体降温速率，延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料的松弛特性，利用混凝土的抗拉强度，以提高混凝土承受外约束力时的抗裂能力，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温度和防风条件，使混凝土在适宜的温度和湿度环境下养护。据此，要求对保温措施所应满足的条件规定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。234根据多年的核电大体积混凝土施工经验及其采取的养护措施，结合国家现行的相关标准、规范，筏基大体积混凝土覆盖顺序宜为覆盖12层湿麻袋1层塑料薄膜24层干麻袋1层塑料薄膜24层干麻袋。麻袋铺设要整齐、平整并且和表面要有很好的接触，要一层压一层，不漏缝隙的密铺，不许有遗漏、翘角和空鼓处。235麻袋覆盖层数原则混凝土水化热一般集中在前三天，以后减缓并持续进行水化，即3天后水化热反应减小、减慢，混凝土降温速度超过其水化热升温速度，故3天后混凝土温度开始出现下降趋势。如果混凝土表面保温材料覆盖过厚，混凝土温度无法传递到空气中，其降温速度非常小，仍然小于水化热升温速度，故混凝土表现为持续缓慢升温，此阶段应该酌情减小保温材料厚度，以有利于热量的扩散，缩小内外温差。降温阶段要根据每天的降温梯度及时添加保温材料，一般降温梯度应控制在152/D之间；236对于插筋密集且面积和厚度较大的大体积混凝土，应搭设挡风保温棚或遮阳降温棚。在保温养护中，应对混凝土浇筑体的里表温差和降温速率进行现场监测，当实测结果不满足温控指标的要求时，应及时调整保温养护措施。237大体积混凝土浇筑完毕后，应由专人负责保温保湿养护工作，并应按本规范的有关规定操作，同时应做好测试记录；238在大体积混凝土浇筑之前应做好测温元件埋设工作（1）测温点布置原则应选择在温度变化大，容易散失热量的部位和受环境温度影响大的地方，绝热温升最大和产生收缩预应力最大的地方。（2）测温点埋设应按埋点位置图基本准确埋设，上下测温点均位于距混凝土表面510CM处，中间测点位于混凝土底板厚度的中心处，麻袋内测点位于麻袋下、混凝土上，空气中测点位于混凝土表面以上15M左右的空气中。为了防止所埋设的测温遭到损伤或破坏，应在其它工序完工之后，混凝土浇筑之前进行埋设。在埋设有测温点的部位设置标示牌，以防止在浇捣时将其破坏。（具体情况见附图10）（3）测温点的埋设方法测温头必须在钢筋绑扎完毕后，按测温平面布置图的编号埋设在规定的位置处。测温头在埋设完成后需设置标识牌，注意保护，防止吊物等其他工序施工时将其破坏。239混凝土测温大体积混凝土浇筑完毕后，应及时准确撑握混凝土内部温度、表面温度及内外温差情况，做到信息化施工，使其处于受控状态，以便发现问题及时采取措施。在预防混凝土产生裂缝方面实现温差和温度应力双控制，需要对混凝土进行温度监测。（1）测温混凝土的温度从浇筑起（测温头埋入混凝土时）就进行监测，包括混凝土内部温度从升温、高温、降温、趋近于环境温度及拆除保温，进入安全范围的全过程。测温时间原则上延续14D，但根据测温情况和气候变化情况必要时适当延长测温时间，具体根据现场情况而定。测温时间前7天每2小时测一次，后7天每4小时测一次。升温及高温期间随时观察温度变化，必要测温时间隔时间可缩短到1H（由现场技术员根据具体情况确定）。测温人员，每测完一次应立即向有关方面（技术部门，质检部门）报告温度场情况和温度变化趋势，着重报告混凝土中心和表面、表面和环境温度之间的最大温差、混凝土降温的最大速度，测温中如发现混凝土温度指标不符合规定要求，由技术员报告上级领导以及技术部，最后根据测温结果由技术部制定出应急措施并下达指令（如根据实际的测温情况，对降温太快的区域及时加盖麻袋）。（2）保温覆盖层的拆除应分层逐步进行，当混凝土的表面温度与环境最大温差小于20时，可全部拆除。（3）保湿由于混凝土表面覆盖了湿麻袋，在混凝土表面形成了一层水分子保湿膜，而湿麻袋上覆盖的塑料薄膜有效地阻碍了水分和空气的对流，混凝土水化热升温导致混凝土表面水分蒸发，但是蒸发的水分子在塑料薄膜处形成冷凝水，冷凝水又可以被湿麻袋吸收再次在混凝土表面形成水分子保湿膜，这样就可以在养护阶段不再需要持续浇水保湿，避免了外来浇水时混凝土表层温度的急剧散失。养护工程中可以抽查部分区域，一旦发现混凝土表面泛白或出现干缩细水裂纹时，要立即适量浇水并仔细加以遮盖养护。3大体积混凝土裂缝的处理方法31表面修补法常用材料有环氧树脂类、氰凝、聚氨酯类等。混凝土表面应坚实、清洁，有的表面根据材料要求还要求干燥。32填充法用切割工具将裂缝扩大，形成形或梯形槽，清洗干净后分层压抹环氧砂浆或水泥砂浆、沥青油膏、高分子密封材料或各种成品堵漏剂等材料封闭裂缝。当修补的裂缝有结构强度要求时，宜用环氧砂浆填充。33结构补强法处理时将裂缝附近的混凝土表面凿毛或沿裂缝凿成深1520MM宽100200MM凹槽，扫净并洒水湿润。先刷水泥净浆（业主批准适用的界面剂）一度，然后用112水泥砂浆分23层，涂抹总厚1020MM压光。有渗漏水时，应用水泥净浆（厚2MM）和125水泥砂浆（厚45MM,可惨入13于水泥重量的氯化铁防水剂）交替抹压45层，涂抹后34小时进行覆盖并洒水养护。34灌浆法11钻孔采用风钻钻孔，孔距115M除浅孔采用骑缝孔外一般占孔轴线与裂缝呈3045斜角（见图3）,孔深应穿过裂缝面05M以上，当钻孔有两排或两排以上时，宜交叉或呈梅花形布置。图3钻孔示意图1裂缝；2骑缝孔；3斜孔12冲洗钻孔完毕后，应用水冲洗，按竖向排列自上而下逐孔进行。13密封缝面冲洗净后，在裂缝表面用112水泥砂浆或环氧胶泥涂抹。14埋管一般用1938的钢管作灌浆管（钢管上端加工丝扣），安装前在钢管外壁用生胶带缠紧，然后旋入孔中，孔中管壁周围的空隙用水泥砂浆或硫磺砂浆封堵，以防冒浆或灌浆管冲孔中脱出。15试压用0102MPA压力水作渗水试验，采取灌浆孔压水，排水孔排水的方法检查裂缝和管路畅通情况，然后关闭排气孔检查止浆堵漏效果，并湿润缝面，以利粘结。16灌浆合格的经设计批准使用的填缝用注射性水泥，水泥净将水灰比为04，灌浆压力0305MPA。在整条裂缝处理完毕后，孔内应充满净浆，并填入净砂用棒捣实。4案例分析41案例一411工程概况福清核电3、4号机组3号核岛反应堆厂房筏基（ABC）层为大体积现浇钢筋混凝土结构，工程质保等级为QA级。筏基厚为38M，筏基呈圆柱型，其中A、B层半径1975M，C层半径为1940M，混凝土设计强度为PS40（相当于国标C50），混凝土总方量为4444M3，浇筑时间为2010年12月31日16时至2011年1月2日8时。8NL厂房包括8LX和8NA、8NB，基础底板为大体积现浇钢筋混凝土结构，工程质保等级为QA1级。底板厚为3M，底板平面呈矩形状尺寸为46M3725M，混凝土设计强度为RS28（相当于国标C35），混凝土总方量约5100M3。基础底板分两块施工第一块平面尺寸为46M22M，混凝土方量3000M浇筑时间为2010年6月11日；第二块平面尺寸为46M1525M，混凝土方量2100M3浇筑时间为2010年7月8日。福清地区属于沿海地区，台风季节持续时间比较长，风速年平均102M/S、极大风速34M/S。因此，如何养护好大体积混凝土，减少混凝土内外温差，预防混凝土开裂等相关技术措施，是筏基施工中的重点。412预防措施（或“处理方法”）1、钢筋接头的位置及钢筋间连接严格按施工图纸及施工规范施工。钢筋要认真作好标识工作，防止钢筋在施工中错绑、漏绑。插筋要求位置准确，不得移位，施工中要加强插筋的看护。2、混凝土浇筑时应防止跑模、胀模，保证混凝土施工质量。3、建立技术安全交底制，隐蔽工程验收制，交接班自检、互检制，岗位责任制。4、施工前作好电器及机械设备维修准备，砼浇筑时出现故障能及时修复投入工作。并作好备用机械设备的准备及调试工作。5、严格工程质量检查验收，在各班组自检、互检的基础上进行交接检查，上道工序不合格绝不允许下道工序施工。6、在施工中，各施工人员要加强程序意识，严格按有关程序施工，不得违背程序。技术人员向施工班组作好交底工作。7、砼浇筑明确责任，严格实行在岗位上交接班制度，施工人员要作好砼施工记录。8、浇筑砼时，砼捣固由有经验的人员操作，做到既不漏振也不过振，不得振动止水片，并按规定检查砼的坍落度，发现问题及时调整。9、止水钢片以及钢筋密集处的砼应仔细浇捣，必要时辅以人工布料和人工浇捣。10、砼严禁出现冷缝；施工缝留设必须保证其尺寸，留设顺直，深浅一致。砼捣实后，应对砼表面进行二次压光处理。11、测温点埋设应基本准确，测温装置预先调试，测温情况应及时向有关人员汇报，做到信息化施工。12、砼浇筑前应将施工计划提交业主，保证砼施工期间的水电供应。13、砼浇筑前应注意天气预报，以避开灾害天气，浇筑砼过程中若遇到下雨等天气，按相应程序施工。413取得效果混凝土浇筑采用汽车泵和布料机进行布料（混凝土浇筑前效果图及泵车和布料机站位平面图、效果图见下图），输送管用麻袋片包好，并用冷水喷淋，避免泵管在阳光下暴晒使混凝土温度升高，从而保证混凝土入模温度低于25。3RX厂房混凝土浇筑前效果图3RX厂房泵车及布料机站位平面图3RX厂房泵车及布料机站位效果图8NL厂房泵车及布料机站位平面图3RX筏基（ABC）层混凝土采用斜面分层筑法，浇筑从一端开始，沿长度方向向另一端推进（沿300G方向向100G方向推进），每层高度为300500MM（见下图）。混凝土采取斜面分层浇筑，分层捣实，边下料边振捣，这种方法便于振捣，易于保证混凝土质量，又可利用层面散热，降低混凝土内部温升。由于3RX厂房混凝土浇筑高度为38M，为防止混凝土布料时产生离析，在靠近300G区域布置5排250PVC管进行布料。在混凝土浇筑过程中有专人定期对混凝土的浇筑坍落度及入模温度进行测试，严格控制了混凝土坍落度及入模温度。HML6HLLLLLLH混凝土施工泌水的处理,筏基混凝土由于采取斜向分层浇筑，面积较大，上下层施工的时间间隔较长，因此分层之间容易产生泌水层，这对混凝土的密实性和结构的整体性是非常不利的。采取下列解决方法四周侧模底部适当开设排水孔，使多余的泌水从排水孔自然排出或采用水泵（或吸尘器）将泌水抽出，同时浇筑混凝土时应使中间混凝土略高于四周边缘的混凝土，经过振捣后便于泌水集中处理。3改进振捣工艺，采用合理的混凝土振捣方式，防止混凝土离析。对已浇筑的混凝土，在初凝前进行二次振捣，可排除混凝土因泌水在石子、水平钢筋下部形成的空隙和水分，提高粘结力和抗拉强度，并减少内部裂缝与气孔，提高抗裂性。4增加二次抹压工艺。在浇筑完成后，对混凝土表面按混凝土浇筑方向，逐一由后向前平行进行收面抹压工作。在混凝土初凝前，将混凝土表面抹压，为了防止产生收缩裂纹，在混凝土“收水”或终凝前对表面再一次抹压。5结论经现场检查，本筏基未出现有害裂缝，从整个施工过程和测温数据结果的分析来看，在筏基“层段合并”浇筑的前提下，大体积混凝土施工质量保证的最重要的环节就在于养护，在后续大体积混凝土施工中应将养护的控制、养护方法的改进作为重点来予以提高。核岛厂房筏基大体积混凝土层段合并浇筑施工技术实施效果31质量方面福清核电1、2号机组核岛筏基工程，采取“合层”浇筑，在混凝土表面未发现有害裂缝；在施工3、4号机组核岛筏基工程进行施工工艺的改进采取“层段合并”浇筑，混凝土浇筑后经检查未出现裂缝、强度均达到设计要求。说明调整筏基浇筑方式对控制裂缝有利，从而保证混凝土施工质量。其中3RX筏基（ABC）层层段合并施工，钢筋工程中竖向钢筋采用一次到顶，减少两个搭接头，进而可以保证钢筋施工质量。32进度方面1号、2号、3号机组同一部位采取不同方法施工所需的工期，3号机组最短，比1号机组可缩短35天左右。工期节约原因主要在于减少施工缝数量，节约了大量的施工缝处理时间和混凝土养护时间，减少了总的技术间歇时间。1号、2号、3号机组A、B、C层施工工期对比表1号、2号、3号机组A、B、C层施工工期对比表33成本方面大体积混凝土层段合并技术，不但减少了施工缝的处理量，也由于混凝土浇筑次数减少，将成倍减少混凝土浇筑设备如混凝土输送泵、混凝土布料机等的安装次数，同时节约了大量的人力物力。钢筋施工采取一层一次绑扎完成，将不存在交叉作业，且减少钢筋搭接量大大方便钢筋的施工，从而提高钢筋安装效率。11075851RX2RX3RX同时，提高了模板的利用率。34风险对比混凝土分开浇筑与整浇有利也有弊做法名称A