大体积混凝土裂缝成因温度控制防裂措施

PAGEPAGE大体积混凝土裂缝成因、温度控制防裂措施混凝土在现代工程建设中占有重要地位。而在今天，混凝土的裂缝较为普遍，在工程中裂缝几乎无所不在。尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现。究其原因，我们对混凝土温度应力的变化注意不够是其中之一。在大体积混凝土中，温度应力及温度控制具有重要意义。这主要是由于两方面的原因。首先，在施工中混凝土常常出现温度裂缝，影响到结构的整体性和耐久性。其次，在运转过程中，温度变化对结构的应力状态具有显著的不容忽视的影响。我们遇到的主要是施工中的温度裂缝，因此本文仅对施工中混凝土裂缝的成因和处理措施做一探讨。1、裂缝的原因混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，原材料不合格（如碱骨料反应），模板变形，基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或老混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿，表面干缩形变受到内部混凝土的约束，也往往导致裂缝。混凝土是一种脆性材料，抗拉强度是抗压强度的1／10左右，短期加荷时的极限拉伸变形只有（0.6～1.0）×104，长期加荷时的极限位伸变形也只有（1.2～2.0）×104.由于原材料不均匀，水灰比不稳定，及运输和浇筑过程中的离析现象，在同一块混凝土中其抗拉强度又是不均匀的，存在着许多抗拉能力很低，易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中，拉应力主要是由钢筋承担，混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构内出现了拉应力，则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力。但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度，往往在混凝土内部引起相当大的拉应力。有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。2、温度应力的分析根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：2．1早期：自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束，一般约30d。这个阶段的两个特征，一是水泥放出大量的水化热，二是混凝上弹性模量的急剧变化。由于弹性模量的变化，这一时期在混凝土内形成残余应力。2．2中期：自水泥放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期形成的残余应力相叠加，在此期间混凝上的弹性模量变化不大。2．3晚期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起，这些应力与前两种的残余应力相迭加。根据温度应力引起的原因可分为两类：2．3．1自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。例如，桥梁墩身，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。2．3．2约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如箱梁顶板混凝土和护栏混凝土。这两种温度应力往往和混凝土的干缩所引起的应力共同作用。要想根据已知的温度准确分析出温度应力的分布、大小是一项比较复杂的工作。在大多数情况下，需要依靠模型试验或数值计算。混凝土的徐变使温度应力有相当大的松驰，计算温度应力时，必须考虑徐变的影响，具体计算这里就不再细述。3、温控防裂主要措施3．1优化混凝土配合比在进行混凝土配合比设计和混凝土施工时，除满足混凝土标号及抗冻、抗渗、极限拉伸值等主要设计指标外，还应达到混凝土均质性指标。同时，应加强施工管理，提高施工工艺，改善混凝土性能，提高混凝土抗裂能力。累3.博2胀控制混凝土最货高温度椒应采取必要的我温控措施，使曲大体积混凝土局实际出现的最开高温度不超过痰设计允许最高骄温度。控制皇体积混凝土牌实际最高温度毙的有效措施是休降低混凝土浇咽筑温度、减少矿胶凝材料水化份热温升。主要耳采用的控制混葛凝土最高温度耗的措施有以下守几点：怪疾控制移体积混凝土对实际出现的最疼高温度不超过察设计允许最高毕温度的有效措腾施是降低混凝疤土浇筑温度、螺减少胶凝材料狗用量、合理的省层厚及间歇期样、初期通水等恢。棚寺高温季节或较叹高温季节浇筑亦混凝土时，应锦采用预冷混凝化土浇筑。主体裤建筑物基础约炊束区混凝土的开浇筑温度不得豆超每过壶12~14跌℃还（相应混凝土问出机口温度应编达殊到超7夕℃馅）；脱离基础捎约束区混凝土命浇筑温度不得秤超魂过堆16~18坝℃截（相应出机口朗温度不大怜于委14牺℃蕉）。飞应注意夏季浇尼筑能力要适应议入仓强度要求垮。素介为减少预冷混撞凝土温度回升头，应严格控制静混凝土运输时秆间和仓面浇筑婶坯覆盖前的暴疗露时间。混凝谊土运输机具应阻加保温设施，壮使高温季节预结冷混凝土自出蜘机口至浇筑坯扩被覆盖前的温治度回升率不大拳于阳0.2闲5截。政3纽龄合理的层厚及私间歇期挥3.1家大体积混凝土虑浇筑层厚；基选础约束区采替用很1.5~2.林m输，脱离基础约番束区一般凡为软2侧m萄。止3.2位层间间歇期应蝶不小逗于删3射d捧，伸也不宜大欲于决10老d筋。帝4百、旗合理安排施工滴程序和施工进端度喝合理安排裕体积混凝土萝施工程序和施立工进加度刊,龟是防止基础贯逃穿裂缝、减少裤表面裂缝的主党要措施之一，暮为此应满足以概下要求：杀4.1菜基础约束区混军凝土、导流底嚼孔、深孔、排窗漂孔等重要结赖构部位，在设猴计规定的间歇忧期内连续均匀咸上升，不得出患现薄层长间歇份。基础约束区确混凝土宜在低障温季节施工。雕4.2另其余部位基本衬做到短间歇连汇续均匀上升。堆4.3显相邻块、相邻葵段高差符合设燥计允许高差要伍求。相邻块高秤差不大母于摸6~纱8贿m劝，推相邻段高差不翁大助于佳10~闸12膏m傻。5、通水冷却肝通水冷却是混永凝土温度控制烦的有效措施之冒一，设计对各抱阶段的通水冷主却提出了不同企的要求：碰5.1域初期通水爪高温季节采用枕预冷混凝土浇杠筑骡体积混凝土趴，其混凝土最毕高温度仍超过魔设计允许最高叠温度时，还应膏采取初期通水舌冷却削减混凝黎土最以高温度绳。均需进行初绞期通水冷却。主对于基础约束快区和导流底孔判部位混凝土，性高温季节采用涂预冷混凝土浇霜筑坝体混凝土串，最高温度未录超过设计允许检最高温度者，摧也宜进行初期戏通水冷却。初寒期通水应采芦用深6~嘴8澡℃摇的制冷水，通烘水时间蚂为件10~15请d参，在混凝土收赵仓婚后抄12夺h雕内于绐通水，鼓单根水管通水单流量不小于娱18缝L盒/min.亿5.2叉中期通水赚大体积混凝土秋块体进行中期疫通水，削减坝放体混凝土内外饥温差。中期通择水采用江水，则通水时间映为幅1.5~2.咬5翻个月，以混凝圆土块体温度燃达辩20~躁22闻℃太为准，单根水茧管通水流量应差达列18~课25倡绢L射/min.吃变僚震通水类加别根休据季节及进度挂要求采用制冷康水或江水，其民余季节通江水挨。通水时间以朱混凝土块体达倚到或接近基岩最温度衡（帜18~连20单℃酒）为准，通水埋流量不小薯于塑18谋钱~默25L龙/min.随5.贞3鹰．后期通水戚需进行酷大体积混凝土仰接缝烈灌梯浆及岸坡接触羊灌浆部位，在兰灌浆前必须进造行后期通水冷愿却，后期通水符冷却要求如下汤：食脏后期通水，通图水时间以恭混凝土择达孟到除灌浆（稳定）西温度为准。处晴应根据伯混凝土胳接缝灌浆进度咳和歉混凝土贫温度计算确定扯各部位通水类谜别（制冷水或续江水）；为保柿证必要的灌浆真时段，对于各因灌浆年度开始薄进行接缝灌浆柜的部位应通制电冷水，制冷水扇水温臂为惯8~灌10鹊℃千。异劝混凝土热应保证连续通们水，每月通水千时间不少渴于墙600甜h秆，竟坝体混凝土与甩冷却水之间温饱差不宜超什过杰20~的25漫℃柿,恶控制垫混凝土彩降温速度不大缎于王1撑℃疑/d熟。水管通水量宇通制冷水时应滥不小于存18钟庭L区/min.斩，通江水时应舱达痒到鼠20~唤25怕宵L骤/min.云。趴戏通水冷却后的泻温度应达到设莲计规定的侦混凝土趟接缝灌浆温度连，控制实际接授缝灌浆温度与姨设计接缝灌浆薪温度的差值异在武+1健~条—谱2姥℃蜓范围内，应避轰免较大的超温恩和超冷。6、表面保护然混凝土表面保筹护是防止表面尚裂缝的主要措暗施之一。决大体积混凝土巧暴露面大，气声温骤降频繁，斯更突出了表面吗保护的得要性究，应十分重视帐基础约束区、杜重要结构部位菠的表面保护。垦具体表面保护花要求如下：敢6.1读大体积混凝土庭温控防裂除满犬足以上温控要拳求外，还应满往足表面保护要围求。俗6.2赏应根据设计的佣表面保护标准说确定不同部位孕、不同条件的嘉表面保温要求烦。应重视基础游约束区、重要饥结构部位的表腰面保护，尤其晒应重视防止寒告潮的冲击。所洲有混凝土工程提在最终验收之过前，还必须加文以维护及保护宪，以防损坏，居浇筑的棱角和屡突出部分应加专强保护。7、养护握混凝土养护是夫保护混凝土性愤能正常发挥和妨防止干缩裂缝双的重要措施，扩混凝土养护一败般应在混凝土沈浇筑完毕巡后折12~18拖h室及时采取洒水功或喷雾等措施笼，使混凝土表财面经常保持湿枣润状态。对于拌新浇筑混凝土粪表面，在混凝联土能抵御水的固破坏之后，应血立即覆盖保水脚材料或采取其趋他有效方法使外表面保持湿润伴状态。混凝土杯所有侧面也应冰采取类似方法氏进行养护。混财凝土连续养护霜时间不短档于筐28基d小。习抗冲耐磨混凝来土的养护尤为崇重要，应在混剩凝土浇筑抹面缎后立即养护，美宜采用喷雾，尝以防止由于早等期失水过快而授产生斧塑竭性裂缝，待龄瓣期２雪d宝后用草袋等覆蛛盖并洒水养护好，养护期不少匆于弓28串d郊。增7.1奶防止混凝土内终外温度差及混毒凝土表面梯度唱，防止表面裂种缝。烘7.2墨防止混凝土超笔冷，应该尽量溉设法使混凝土毫的施工期最低购温度不低于混否凝土使用期的惨稳定温度。和7.3炭防止老混凝土习过冷，以减少悼新老混凝土间奴的约束。吊8慢、施工监测仪阻器的埋设与观蹈测屑8.1震混凝土施工监渔测仪器包括温低度计、测缝计蝴、裂缝计、应条变计和无应力六计等。仪器按掠设计要求采购膛，并须满足设葱计图纸及有关图技术、质量、牲数量要求。鸦8.2禽各种仪器的埋仅设、观测及资侨料整理，应满吼足施工详科图站及有关文件的吵有关要求，以哭及罚SDJ33鹅6匙—界198俊9京《混凝土大坝扯安全监测技术剂规范》（试行述）中的有关规递定或要求。万8.3鉴仪器、设备、逝电缆及其他配期件在运到现场白后灯14巧d缴内，应按制造茎厂家提供的说扒明书进行率定撑，率定应在监绝理单位在场时姻进行并将率定览报告提交给监水理单位审阅。究8.4毒仪器的埋设位泼置及电缆走向锡按施工详图及苦有关文件要求饰严格执行。仪失器安装于规定母位置后，经检咳验合格方可埋累入混凝土中，喷在浇筑混凝土夸时，对仪器和克电缆应妥加保继护。埋设时，绍应将仪器周围势的混凝土中粒洪径大于斑6小cm述的骨料剔两除痛,咳并用人工或小赞功率振捣器仔肠细将周围的混射凝土捣实。仪沸器安装埋设偏砌差篮按下表控制。日施工仪器安装敌埋设允许偏差悼序号有仪器名称寄测量位置养允许误差醋（奔m盼m语）录水平向趴垂直向坑1就应变计租几何图形中心菜±每50镇±捧50暑2挂无应力计伶圆锥筒中心赛±味50赌±愈50大3睛测缝计（裂缝嘴计）杠仪器中心点姨±菠50忧±佣50吵4筹测试计各仪器中心点口±泰50姓±郊508.5观侧：链寄仪器设备安装旧完毕后，承包支者应按监理单荡位批准的方法酬对设备进行观蛛测、校正、并窗记录仪器设备乔在工作状态下阿的初始读数。株温度计、测缝毯计、裂缝计、犁应变计及无应粉力计等仪器埋悔设沈后比24乐h陈以内航，济4凶h泰观兔测穷1飞次，之后每天佩观幕测阀3份次，直至混凝辜土达到最高水离化热温升为止想。以后每盆天皱1宽次，持续一旬赌。再往后两阿天赛1扭次，持拣续部1娃月。埋选设除1.5~肃2膛个月后，每周殖观袖测吴1毫次，直至中期嘉通水。晴繁中、后期通干水冷却期饼间狂3谦d需观营侧礼1盆次，通水接近魄或达到设计要份求的温度期间机每天观播测性3锈次。停在无特殊观测起要求的其余时再段每周观店测惧1惑次。村摸承包者必须为栽施工监测仪器研数据的搜集提摩供必要的设施墙和非工程性辅路助手段，并负惕责搜集整理和呈保存有关的记筑录，每周用书驴面形式将监测返资料和其他数素据报送监理单狱位。承者者应队对施工监测仪排器观测资料的小真实性负责，胃并及时报送监户理单位和设计六单位。廊烛工程完工后，的所有施工监测隶仪器应按监理堵单位的批示移超交或处理。桶9镰、傍推广应用混凝惯土温控防裂新耕技术祸(氧工程实撒例写)耗9.1流采用微膨胀性述质的中热水泥你三峡工程第一捆阶段施工采用集的中热水泥自胀身体积变形为苹收缩型，长科头院曾开展低热烂水泥和中热水源泥混凝土的自纸身体积变形对捎比试验研究，次试验成果表明隆中热水泥、承掺劝30惧%贸粉煤灰、人工踪骨料混凝土在顽龄霉期聪5易d务约发衰生侄5五*谜10帆6播的膨胀变形，稍以后逐渐收缩嗓，久到集90易d近龄期逐渐稳定发至骗—榆22金*粱10渗-4毛的收缩变形。却为改善中热水留泥的变形性能朗，使混凝土具埋有微膨胀性质蹄，提高混凝土愉抗裂能力，三双峡总公司根据盈试验资料和国离内大量工程实屈践经验父在房199境8匪年决定，供应垮三峡工程中热症水泥的厂家均晃在满足国标前窝提下把水泥熟六料包中齿M孟go杯含量控制量为们3.5%~5巡%娇，从而三峡工眯程第二阶段实抵施的大坝混凝糊土在推广应用玉水泥原材料的哨改性新技术方倚面，取得了显撕著成效。采用馆微膨胀性质的旗中热水泥成为忧具有特色的温依控防裂重要措念施之一。悲9.2岸使要用厌I捞级粉煤灰邪三峡工程第一羡阶段使用长江购天然砂石料，亡在高效减水剂叼和沿I暮I匠级粉煤灰条件怠下，三、四级引配混凝土用水颈量约援为顷80~90萝kg/cm欧3隆。但三峡工程黄第二阶段使用内花岗岩人工骨员料，在高效减死水剂素和扛I盒I赔级粉煤灰条件生下，三、四级勾配混凝土用水桑量高涛达坏110~12舒0壳筒kg/cm贤3蜘，比天然骨料鄙混凝土遵高末30债%须左右，将直接堆导致三、四级绿配混凝土胶凝灾材料用量增齐加弊50~60要长kg/cm报3仙，从而带来温砍控防裂的困难衔和混凝土单价谨攀升。因此降遮低人工骨料混染凝土用水量，双缓解温控防裂死矛盾，成为工及程急需解决的喇关键问题之一艰。三峡总公司胳组织水科院、辱长科院和试验仙中心积仍开展绣三峡工程第二姓阶段混凝土配章合比试验研究磨，通过试验研抛究寻求稀到捆I葵级别粉煤灰具鹅有显著的减水蚂作用，在用高殊效减水剂潮和棍I奸级粉煤灰条件晨下，三、四级协配人工骨料混疯凝土用水量可杏成功地降低做至竞80~95趋披kg/cm离3盈，相当于胶凝好材料降低切约伪50竿浩kg/cm惹3冠，从而可以显远著降低水化热哄温升，有利于殃抗裂能力的提僵高。此壤外驳I项级粉煤灰颗粒菠细、微珠含量弹高，可明显改碌善混凝土的工勤作性能。得9.3唱使用优质高效走减水剂含竟经水科院、长北科院和三峡总皂公司试验中心向三个单位对多为种减水剂、引框气剂的试验研换究，优选出数闭种臭萘劲系高效减水剂僚和引气剂，在点实施中减水剂绍率途达脱18巴%阵以上，在三峡涌工程第二阶段醉广泛泛使用大旨坝内部、基础怜和外部混凝土筒部位，有效地独降低了混凝土由用水量和胶凝患材料用量。寒腹抗冲磨高标号携混凝土部位，摄经过试验研究脑和比选，选塔用方X40坚4笼缓凝高效减水购剂，具有减水还率高，可降低乌水泥的早期水幼化热、含碱量魔低等优点，与趋参比的映萘去系高效减水剂仪相比，性能更比好，综合减水详率高结达稠30翠%慰。协对南R筒28硬40椅0献、局R铜28云45掘0径高标号混凝土繁，标些号启X40按4冤与掺塔萘陈系同标号混凝醉土相比，可以绸减少混凝土胶券凝材料用障量付40~办47拐师kg嫌/cm收3依，浇筑层实测旧最高温度降低张5均℃蜂左驰右虫,旧有利于大坝温绍控防惩裂扁,课为抗冲耐磨部亚位混凝土夏季离施工提供了有蝴力的技术支持麦。同时由丑于四X40借4默缓凝高效减水沉剂综合减水率沿高，还改善了促混凝土的干缩禁、强度等一系兰列性能，提高惩了混凝土的抗名裂能力和耐久冻性。三峡工程洞第二阶段在抗男冲磨高标号混钳凝土部位推广坡应用丙烯酸类总缓凝高效减水始剂，在水工混些凝土中应用丙激烯酸类缓凝高粮效减水剂首次挂获得成功，具平有明显的社会潜效益。读9.4火二次风次骨料透新工艺柏三峡工程低温剥混凝土生产设膨计，利用多年拿研究成果，在迎充分证基础上机采用二次风冷蛇骨料，于三峡便工程第一阶段兼系统应用成功语后，继续在第锄二阶段全面推状广应用。三峡咳工程第二阶段寄低温混凝土生杨产系纺创夏季发混凝土生产世元界记录。系统尽实施效果说明物，二次风冷骨知料新工艺与传趣统的先水冷后爪风冷工艺相比乌，生产工艺单发一、运行操作应简便，易于控鲁制；以一次风仓冷代替水冷，康冷却调幅大，突系统运行灵活虫，冷耗低，冷熔量利用