大体积混凝土裂缝

1、大体积混凝土的裂缝研究大体积混凝土的裂缝研究1目录绪论控制大体积混凝土裂缝的技术措施控制大体积混凝土裂缝的施工措施控制大体积混凝土裂缝的构造设计措施工程实例裂缝的后期处理与结束语2Part 1绪论3绪论大体积混大体积混凝土简述凝土简述结构特点结构特点存在的问存在的问题题研究方向研究方向4大体积混凝土大体积混凝土是指：结构断面最小尺寸为13m，同时水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25的混凝土。我国大体积混凝土施工规范GB50496-2009里规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土

2、，称之为大体积混凝土。 5结 构特 点1 1问题2 2结构特点及问题67水泥水化热主要原因裂缝浇筑温度混凝土表面温度内部温度温差8大体积砼裂缝问题9基础大多用的箱基、筏基、复合基础等，因其混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不容易散发，而混凝土表面散热较快，形成了温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，此时因混凝土龄期短，抗拉强度很低，当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，混凝土产生各种裂缝，影响混凝土性能的正常发挥。水泥水化热引起的温度应力变形,是大体积混凝土产生裂缝的主要原因。据有关资料介绍,水泥水化过程中释放的热量约为502.42 J/g,加上混凝土浇筑温度。这两种温

3、度形成混凝土的内部温度，当混凝土内部与表面的温差过大时(混凝土内部的最高温度多出现在浇筑后的35d),就会产生温度应力和温度变形，导致混凝土裂缝。早期水化作用产生的大量水化热,使混凝土的内部温度不断上升(升温阶段),在其中间部位的温度高区,形成压应力,表面温度低,形成拉应力，在内外温度变化不一致的情况下,混凝土就会产生不均匀收缩。混凝土降温阶段，由于逐渐降温而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。产生混凝土温度裂缝的两个阶段10这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束，产生很大的拉应力，直至出现收缩裂缝。温度裂缝的主要分类

4、123温度裂缝按其深度的不同一般可分为贯穿裂缝、深层裂缝和表面裂缝三种。贯穿裂缝切断了结构断面。可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是最严重的；深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定的危害性；表面裂缝一般危害性较小。, ,11 混混凝土裂缝已成为混凝土工程质量通病凝土裂缝已成为混凝土工程质量通病, ,如何防治混凝土裂缝是工程技如何防治混凝土裂缝是工程技术人员迫切希望解决的技术难题。这个问题在大体积混凝土上表现的尤为突术人员迫切希望解决的技术难题。这个问题在大体积混凝土上表现的尤为突出。然而防治混凝土裂缝是一个系统工程出。然而防治混凝土裂缝是一个系统工程, ,包括设计、材料、施工中每大一包括设计

5、、材料、施工中每大一个技术环节。下面我们主要是叙述防止裂缝的一些关键技术个技术环节。下面我们主要是叙述防止裂缝的一些关键技术, ,提高混凝土抗提高混凝土抗裂性能裂性能, ,从而达到防止混凝土裂缝的目的。主要内容包括从而达到防止混凝土裂缝的目的。主要内容包括: :设计的构造措施设计的构造措施、混凝土原材料混凝土原材料( (水泥、掺和料、细骨料、粗骨料水泥、掺和料、细骨料、粗骨料) )的选择、混凝土配合比对抗的选择、混凝土配合比对抗裂性能影响因素、裂性能影响因素、抗裂混凝土配合比设计抗裂混凝土配合比设计以及抗裂混凝土配合比优化设计方以及抗裂混凝土配合比优化设计方法以及法以及施工中的一些技术措施施工

6、中的一些技术措施等。等。12Part 2控制大体积混凝土裂缝的技术措施1314控制大体积混凝土裂缝的技术措施混凝土配合比设计选择适当的水泥选择适当的骨料选择适当的外加剂、掺合料15设计混凝土配合比总体原则:混凝土配合比设计时，在保证混凝土具有良好性的情况下，尽可能的降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉通过混凝土试配，优选材料和配合比，大值”的抗裂混凝土。161大体积混凝土宜选用低水化热、凝结时间长的水泥，一般在同等条件下，应优先选用矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰

7、水泥或复合水泥。2混凝土温升的热源是水泥水化热，故选用中低热的水泥混凝土温升的热源是水泥水化热，故选用中低热的水泥品种，可减少水化热，使混凝土减少升温。例如，优先选品种，可减少水化热，使混凝土减少升温。例如，优先选用等级为用等级为32.5、42.5的矿渣硅酸盐水泥，因其与同等级的的矿渣硅酸盐水泥，因其与同等级的矿渣水泥和普通硅酸盐水泥相比，矿渣水泥和普通硅酸盐水泥相比，3d的水化热可减少的水化热可减少28%。3在结构施工过程中，由于结构设计的硬性规定极大地制在结构施工过程中，由于结构设计的硬性规定极大地制约了材料的选择，混凝土强度不可能因为考虑到施工工作约了材料的选择，混凝土强度不可能因为考虑

8、到施工工作性能的优劣而有所增减，因此，保证混凝土强度的前提下，性能的优劣而有所增减，因此，保证混凝土强度的前提下，如何尽可能地如何尽可能地减小水化热减小水化热这个问题就显得尤其重要。这个问题就显得尤其重要。水泥的选择17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%。因此，在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。选择合适的骨料品最大粒径，控制粗骨料和细骨料的含泥量，（粗骨料含泥量应不大于1%为宜，最大粒径以不大于钢筋间最小净距的3/4；细骨料应选用中砂或粗砂，含泥量应不大于2%），这样不仅有利于提高混凝土的工作性，而且可提高混凝土的密

9、实性、耐久性和抗裂性。骨料的选择粗砂181大体积混凝土中掺加外加剂主要是木质素磺酸钙大体积混凝土中掺加外加剂主要是木质素磺酸钙(简称木钙简称木钙)，一般用作，一般用作减水减水剂剂，属于阴离子表面活性剂，属于阴离子表面活性剂，对水泥颗粒有明显的分散效应，并能使水的表对水泥颗粒有明显的分散效应，并能使水的表面张力降低而引起加气作用，面张力降低而引起加气作用，因此，在混凝土中掺入水泥用量约因此，在混凝土中掺入水泥用量约0.25%的木的木钙减水剂，不仅能使混凝土的和易性有明显的改善，同时又减少了钙减水剂，不仅能使混凝土的和易性有明显的改善，同时又减少了10%左右左右的拌和水，节约了的拌和水，节约了10

10、%左右的水泥，从而降低了水化热。从下表例子可看出，左右的水泥，从而降低了水化热。从下表例子可看出，混凝土中掺入木钙减水剂后，混凝土中掺入木钙减水剂后，7d 的水化热略有增大，但可减小水泥用量的水化热略有增大，但可减小水泥用量 l0%左右，因此水化热还是降低的，并且可以延迟水化热释放的速度。这样不但左右，因此水化热还是降低的，并且可以延迟水化热释放的速度。这样不但可以减小温度应力，可以减小温度应力，而且还可以使初凝和终凝的时间相应延缓而且还可以使初凝和终凝的时间相应延缓58h，可大，可大大减少大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。大减少大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。2在混凝土

11、中大量掺加粉煤灰。可提高混凝土的在混凝土中大量掺加粉煤灰。可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，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，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减减少新拌混凝土的泌水少新拌混凝土的泌水等等外加剂和掺合料的选择19设计规范我国大体积混凝土施工规范GB50496-2009里规定：大体积混凝土配合比设计，除应符合现行国家现行标准普通混凝土配合比设计规范JGJ55-2000外，尚应符合下列规定：1采用混凝土60d或90d强度作为指标时，应将其作为混凝土配合比的设计依据。2所配制的混凝土拌合物，到

12、浇筑工作面的坍落度不宜低160mm。3拌和水用量不宜大于175kg/m3。4粉煤灰掺量不宜超过胶凝材料用量的40%；矿渣粉的掺量不宜超过胶凝材料用量的50%；粉煤灰和矿渣粉掺合料的总量不宜大于混凝土中胶凝材料用量的50%。5水胶比不宜大于0.55。6砂率宜为3842%。7拌合物泌水量宜小于10L/m3。Part 3控制大体积混凝土裂缝的施工措施20大体积混凝土结构在工业建筑中多为设备基础，高层建筑基础等。在高层建筑工地中多为厚大的桩基础承台或基础底板等，整体性要求较高，往往不允许留施工缝，要求一次连续浇筑完毕。控制大体积混凝土裂缝的施工措施21onetwothree根据结构特点不同，大体积混凝

13、土的浇筑又分根据结构特点不同，大体积混凝土的浇筑又分全面分层全面分层、分段分层分段分层、斜面分层斜面分层等三种方式。等三种方式。221 1、全面分层：、全面分层：浇筑混凝土时从短边开浇筑混凝土时从短边开始，沿长边方向进行浇筑，要求在逐层始，沿长边方向进行浇筑，要求在逐层浇筑过程中，第二层混凝土要在第一层浇筑过程中，第二层混凝土要在第一层混凝土初凝前浇筑完毕。在整个基础内混凝土初凝前浇筑完毕。在整个基础内全面分层浇筑混凝土，要做到第一层全全面分层浇筑混凝土，要做到第一层全面浇筑完毕浇筑第二层时，第一层浇筑面浇筑完毕浇筑第二层时，第一层浇筑的混凝土还未初凝，如此逐层进行，直的混凝土还未初凝，如此逐

14、层进行，直至浇筑好。至浇筑好。这种方案适用于结构的平面这种方案适用于结构的平面尺寸不太大，施工时从短边开始，沿长尺寸不太大，施工时从短边开始，沿长边进行较适宜边进行较适宜 *242分段分层分段分层：混凝土从底层开始浇筑，进行一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑以上各分层。分段分层方案适宜于厚度不太大而面积或长度较大的结构。253斜面分层：混凝土振捣工作从浇筑层下端开始逐渐上移。斜面分层方案多用于长度较大的结构。斜面分层的原则与平面分层基本是一样的，斜面的角度一般取小于或等于45度（视混凝土的坍落度而定），每层厚度按垂直于斜面的距离计算，不大于振动棒的有效振捣深度，一般取500mm左右。适用于

15、结构的长度超过厚度的3倍，振捣工作应从浇筑层的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土施工质量。26大体积混凝土施工采取分层浇筑混凝土时，水平施工缝的处理应注意：1)清除浇筑表面的浮浆、软弱混凝土层及松动的石子，并均匀露出粗骨料；2)在上层混凝土浇筑前，应用压力水冲洗混凝土表面的污物，充分湿润，但不得有水；3)对非泵送及低流动度混凝土，在浇筑上层混凝土时，应采取接浆措施。1、首先要掌握情况。大体积砼情况、砼供送情况、劳力情况。4、应急预案与排班。临时停电、机械故障、天气变化、临时停水、冷缝处理。3、预防开裂。大体积砼散热，保温。计算裂缝情况。需要砼公司配合。2、定浇捣方式。大体积混凝土施工方案确定浇筑

16、方案大体积混凝土施工方案确定浇筑方案27控制大体积混凝土裂缝的施工方法1采取在混凝土内部埋设冷却水管和风管、表面洒水冷却、表面保温材料保护等方法，控制混凝土温度，减少裂缝。2每层浇筑厚度控制在300400mm之间，且控制好混凝土均匀上升，避免过大高差，循序渐进，一次到顶。3在混凝土浇筑时，应将基底清理干净，浇水湿润，且不得积水建议混凝土的最高浇筑温度应控制在40以下。4控制混凝土坍落度及水灰比，细致分析混凝土集料的配比，合理掺加塑化剂和减少剂，混凝土坍落度控制在160 180mm为宜。5控制混凝土出机温度，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。对混凝土的出机温

17、度影响最大的是石子和水的温度。6二次振捣是在第一次振捣后，于凝结前的适当时间再重复进行二次振捣的一项新工艺，二次振捣能减少混凝土的内部裂缝，增强混凝土的密实性，从而提高混凝土的抗裂性。2829混凝土振捣（振捣棒）301在大体积混凝土的凝结硬化过程中，随时摸清大体积混凝土不同深度温度场升降的变化规律，及时监测混凝土内部的温度情况，对于有的放矢地采取相应的技术措施，确保混凝土不产生过大的温度应力，具有非常重要的作用。2监测混凝土内部的温度，可采用在混凝土内不同部位埋设锡热传感器，用混凝土温度测定记录仪进行施工全过程的跟踪和监测。3混凝土温度测定记录仪，是以测定电阻变化来显示温度的仪器，其基本原理是

18、电桥平衡方式。记录仪连接着打印系统，将各测点温度打印在记录纸上，可以直接读数。4大体积混凝土浇筑体里表温差、降温速率及环境温度及温度应变的测试，在混凝土浇筑后，每昼夜可不应少于4次；入模温度的测量，每台班不少于2次。这样在施工过程中，可以做到对大体积混凝土内部的温度变化进行跟踪监测，实现信息化施工，确保工程质量。加强施工监测31温度测定记录仪加强混凝土后期养护加强混凝土后期养护混凝土浇筑以后，为了减少升温阶段的内外温差，防止因混凝土表面混凝土浇筑以后，为了减少升温阶段的内外温差，防止因混凝土表面脱水而产生干缩裂缝，应对混凝土进行适当的潮湿养护；为了使水泥顺脱水而产生干缩裂缝，应对混凝土进行适当

19、的潮湿养护；为了使水泥顺利进行水化，提高混凝土的极限拉伸和延缓混凝土的水化热降温速度，利进行水化，提高混凝土的极限拉伸和延缓混凝土的水化热降温速度，防止产生过大的温度应力和温度裂缝，防止产生过大的温度应力和温度裂缝，应加强对混凝土进行保湿和保温应加强对混凝土进行保湿和保温养护。养护。另外，施工中采取合理的技术措施很重要，例如采用带模养护、另外，施工中采取合理的技术措施很重要，例如采用带模养护、推迟拆模时间等方法都对控制裂缝起很大的作用。推迟拆模时间等方法都对控制裂缝起很大的作用。潮湿养护潮湿养护是在混凝土浇筑后，在其表面不断地补给水分，其方法有淋是在混凝土浇筑后，在其表面不断地补给水分，其方法

20、有淋水，铺设湿砂层、湿麻袋或草袋等，并最好在表面盖一层塑料薄膜。潮水，铺设湿砂层、湿麻袋或草袋等，并最好在表面盖一层塑料薄膜。潮湿养护的时间是越长越好，但考虑到工期因素，湿养护的时间是越长越好，但考虑到工期因素，一般不少于半个月，重一般不少于半个月，重要结构不少于要结构不少于 1 个月。个月。保温养护保温养护时，可采用时，可采用 23 层的草袋或草垫之类的保温材料进行覆盖养层的草袋或草垫之类的保温材料进行覆盖养护。护。在条件允许的情况下可以进行在条件允许的情况下可以进行防风和回填防风和回填。33在施工方面主要有以下四种措施：降低混凝土入模温度，控制混凝土内外温差（当无设计要求时，控制在25摄氏

21、度以内），如降低拌合水温度、骨料用水冲洗降温、避免暴晒等。适当设置后浇带，以减少外应力和温度应力，也有利于散热，降低混凝土内部温度。必须二次抹面，以减少表面收缩裂缝，紧接进行保湿覆盖保温养护。1.可预埋冷水管，通过循环水将混凝土内部热量待带出，进行人工导热。34泵管泵管施工缝施工缝抹平抹平覆盖塑料膜保湿覆盖塑料膜保湿覆盖草袋保温覆盖草袋保温35根据我国大体积混凝土施工规范GB50496-2009规定：1、大体积混凝土内部温度与表面温度的差值、混凝土外表面与环境温度差值不应超过25摄氏度；要尽量降低混凝土入模温度；混凝土浇筑完后应在12小时内覆盖保湿保温；防水混凝土养护期至少14天；大体积混凝土

22、必须进行二次抹面工作，以减少表面收缩裂缝。2、大体积混凝土浇筑常采用斜面分层浇筑分层振捣的方法，浇筑时混凝土自然流淌而形成斜面，混凝土振捣时从浇筑层下端开始逐渐上移。分层浇筑时应保证下上层混凝土要在下层混凝土初凝前浇筑完毕。并在振捣上层混凝土时，振捣棒插入下层5公分，使上下层混凝土之间更好的结合。3、大体积混凝土在振动界限以前对混凝土进行二次振捣，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，增加混凝土密实度，使混凝土抗压强度提高，从而提高抗裂性。36暖棚施工全景图暖棚施工全景图Part 4控制大体积混凝土裂缝的构

23、造设计措施37当大体积混凝土结构尺寸过大当大体积混凝土结构尺寸过大时，为减小外约束力、温度应力时，为减小外约束力、温度应力和混凝土内部热量的散发，降低和混凝土内部热量的散发，降低混凝土的内部温度，可设置后浇混凝土的内部温度，可设置后浇带，在正常施工条件下，后浇带带，在正常施工条件下，后浇带间距间距2030mm。后浇带封闭时，。后浇带封闭时，用补偿收缩混凝土浇灌密实。用补偿收缩混凝土浇灌密实。后后浇带的构造有平接式、浇带的构造有平接式、T 字式、字式、企口式等三种。企口式等三种。后浇带的保留时后浇带的保留时间一般不宜少于间一般不宜少于40d，在此期间，在此期间，早期温差及早期温差及30%以上的收

24、缩已经以上的收缩已经完成。完成。38控制大体积混凝土裂缝的构造设计措施设置滑动层和缓冲层设置滑动层和缓冲层由于边界条件在约束下才会产生温度应力，因此，在与外由于边界条件在约束下才会产生温度应力，因此，在与外约束的接触面上设置滑动层可以大大减弱外约束。约束的接触面上设置滑动层可以大大减弱外约束。可在外可在外约束两端各约束两端各1/41/5的范围内设置滑动层；对约束较强的的范围内设置滑动层；对约束较强的接触面，可在接触面上直接设滑动层。滑动层的做法有铺接触面，可在接触面上直接设滑动层。滑动层的做法有铺设一层刷有两道热沥青的油毡，或铺设设一层刷有两道热沥青的油毡，或铺设1020mm 厚的沥厚的沥青砂

25、，或铺设青砂，或铺设50mm厚的砂或石屑层。厚的砂或石屑层。在高、低底板交接处和底板地梁等处，用在高、低底板交接处和底板地梁等处，用3050mm厚的厚的聚苯乙烯泡沫塑料做垂直隔离层，如图所示，以缓冲基础聚苯乙烯泡沫塑料做垂直隔离层，如图所示，以缓冲基础收缩时的侧向压力。收缩时的侧向压力。39缓冲层示意图聚苯乙烯泡沫塑料40设置增强配筋：在孔洞周围、变断面转角部位、转角处等，由于温度变化和在孔洞周围、变断面转角部位、转角处等，由于温度变化和混凝土收缩，会产生应力集中而导致混凝土裂缝。混凝土收缩，会产生应力集中而导致混凝土裂缝。为此，可为此，可在孔洞四周增配斜向钢筋、钢筋网片；在变断面处避免断面在

26、孔洞四周增配斜向钢筋、钢筋网片；在变断面处避免断面突变，可作局部处理使断面逐渐过渡。同时增配一定量的抗突变，可作局部处理使断面逐渐过渡。同时增配一定量的抗裂钢筋，达对防止裂缝产生是有很大作用的。裂钢筋，达对防止裂缝产生是有很大作用的。配置的构造筋应尽可能采用小直径、小间距。配置的构造筋应尽可能采用小直径、小间距。例如配置直径例如配置直径614mm、间距控制在、间距控制在100150mm。按全截面对称配筋。按全截面对称配筋比较合理，这样可大大提高抵抗贯穿性开裂的能力。进行全比较合理，这样可大大提高抵抗贯穿性开裂的能力。进行全截面配筋，含筋率应控制在截面配筋，含筋率应控制在0.30.5之间为好。之

27、间为好。 Part 5工程实例41阳逻长江大桥北标段承台大体积混凝土阳逻长江大桥北标段承台大体积混凝土工程描述 阳逻长江大桥主塔墩承台平面尺寸为21.6m21.6m,高6m,混凝土设计标号为C30。 承台属重要的大体积混凝土结构，混凝土方量相当大，必须采取专门措施防止因为混凝土水化热温升而出现温度裂缝，以满足设计要求，保证大桥的长期安全使用。受大桥局阳逻大桥项目经理部的委托，武汉理工大学对阳逻大桥承台大体积混凝土进行了温控计算，得出了大体积混凝土内部仿真温度场和应力场，根据计算结果制定了承台不出现有害温度裂缝的温控标准，并以此制定了相应的温控措施。温控计算采用有限元程序大体积砼施工期温度场及温

28、度应力场计算程序包进行。混凝土配合比设计水 泥：葛洲坝水泥厂矿渣P.S32.5水泥，其中矿渣粉含量占60；粉煤灰：阳逻电厂I级灰,需水量比92%，烧失量2.9%; 砂 ：巴河中砂2.33.1; 石 ：5 31.5mm碎石;减水剂：武钢浩源FDN-9001高效减水剂（水剂）。混凝土浇筑温度的控制 混凝土出搅拌机后，经泵送、平仓、振捣等过程后距离表面510cm处的温度为浇筑温度，应控制混凝土浇筑温度不超过40。若浇筑温度超出控制要求，则应采取如下措施：（1）混凝土泵管外用草袋覆盖，并经常洒江水降温；（2）砂、石料避免太阳曝晒；提高混凝土浇筑强度，尽量缩短已浇混凝土的暴露时间。 46 根据计算成果，

29、为保证承台在施工期内不出现有害温度裂缝，应采取如下温控标准：（1）混凝土浇筑温度不超过浇筑温度不超过4040；（2）混凝土在浇筑温度基础上的最大水化热温升不超过31；（3）混凝土内外温差不超过28；（4）混凝土降温速率不超过2.0/d。冷却水管的布设(1)冷却水管及其布设冷却水管及其布设 根据承台内部温度分布特征，总共埋设六层冷却水管，冷却水管采用外径为32mm，内径28mm的薄壁钢管，其水平间距为1.2m，每根冷却水管长度不宜超过200m，冷却水管进、出水口应集中布置，以利于统一管理。 (2)冷却水管使用及其控制冷却水管使用及其控制 a.冷却水管使用前应压水试验，防止管道漏水、阻水； b.砼浇筑到各层冷却水管标高后即开始通水，可直接采用江水冷却，通水流量应大于25L/min； c.待冷却水管通水全部结束并养生完成后，应采用30水泥砂浆封堵冷却水管。 48冷却水管平面布置示意图(单位：cm)49冷却水管立面布置示意图承台大体积混凝土应力值计算结果承台内部不同龄期的最大温度主拉应力见