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1、大体积混凝土裂缝预防措施分析摘要:我国基础设施建设飞速发展，在现代建筑工程中，混凝土的裂缝问题非常普遍，而大体积混凝土表现尤为明显。近年来，对于混凝土的耐久性研究越来越引起各方面的重视，混凝土裂缝的存在，可能导致工程结构渗水、溶蚀或诱发钢筋锈蚀，从而损害结构的使用功能或工程的耐久性。因此，在施工中如何避免混凝土结构裂缝的产生是非常值得研究的课题。本文结合贵州六广河公路桥工程中承台的施工，研究减少大体积混凝土有害裂缝产生的措施，主要从混凝土配合比设计、现场浇筑工艺、现场振捣工艺、温度控制几个方面探讨减少混凝土有害裂缝产生的预防措施，并将这些措施应用于实际工程。关键词:大体积混凝土；裂缝;裂缝原因
2、；预防措施目录1引言32大体积混凝土结构裂缝62.1大体积混凝土结构裂缝类型62.2大体积混凝土结构裂缝的危害72.2.1 混凝土裂缝宽度72.2.2 裂缝对混凝土结果的影响72.3大体积混凝土结构裂缝产生原因83大体积混凝土的材料和配合比93.1 材料93.2 配合比114 各类混凝土裂缝的控制措施124.1 干缩裂缝124.1.1 形成原因124.1.2 控制措施134.2 塑性收缩裂缝144.2.1 形成原因144.2.2 控制措施145 总结15参考文献161引言我国改革开放三十多年来，随着经济的迅猛发展，建筑业也取得了辉煌的成就。其中，混凝土结构、预应力混凝土结构技术、混凝土结构设计
3、理论与设计规范水平已经处于世界领先的水平。同时，也开发出了一批新型高强和高性能的建筑材料，如高强混凝土，高性能混凝土，轻质混凝土，钢纤维，约束混凝土等等。而随着发展的需要，我国也已经出现了一大批的高层、超高层建筑，大型的体育馆，商场等大规模的建筑群。在大体积混凝土施工过程中，经常发生由温度引起的混凝土表面裂缝。随着混凝土龄期的增长，有时裂缝还会贯通。这些裂缝与干缩裂缝一起，对建筑物的长期耐久性、适用性甚至安全可靠性可能产生严重危害。因此大体积混凝土的裂缝控制，是大体积混凝土设计与施工过程中的一个难点问题。与一般的混凝土相比较，大体积混凝土具有形体庞大、混凝土数量较多、工程条件复杂、施工技术和质
4、量要求高、混凝土内外温差大和收缩等特点。因此，大体积混凝土经常出现的问题不是力学上的结构强度，而是混凝土的裂缝问题。如何防止大体积混凝土的开裂，一直是工程技术人员长期关心和共同研究的主要课题。2大体积混凝土结构裂缝2.1大体积混凝土结构裂缝类型现代工民建领域的混凝土都具有不同程度的大体积混凝土性质，建筑中时常涉及到大体积混凝土施工，如高层楼房基础、大型设备基础、桥梁结构、大跨度混凝土主梁等。它主要的特点就是体积大，混凝土内部升温较快，易形成较大的内外温差。大体积混凝土的质量问题，主要集中在大体积混凝土的裂缝问题上。混凝土裂缝是一个广义的概念，既包含结构内部的微观裂缝，也包含结构表面出现的宏观裂
5、缝。微观裂缝的产生主要是混凝土由骨料、水泥石、气体、水组成的非均质性，在水泥与水发生水化反应过程中各组成部分之间发生不均，各材料温度线膨胀系数不同，使混凝土材料在微观下呈现不连续的现象。宏观裂缝是结构在荷载或变形约束作用下微观裂缝的扩展、连接与贯通。工业与民用建筑中认为裂缝宽度小于0.05mm的，对结构使用危害不大，又为人眼难以识别，故认为凡裂缝宽度小于0.05mm的结构为无缝结构。大体积混凝土结构的裂缝，按照其产生的原因分类，可分为：（1）荷载作用下的裂缝（结构性裂缝约占10%）；（2）变性作用下的裂缝（非结构性裂缝约占80%）；（3）混合作用（荷载与变形共同作用）下的裂缝（约占5%10%）
6、；（4）碱骨料反应引起的裂缝（AAR、ASR碱硅酸反应、碱碳酸盐反应，超量CaO，MgO膨胀应力引起的裂缝小于1%）；（5）惯性力引起的裂缝。从大量的工程裂缝处理和调查结果，混凝土结构，特别是超长大体积混凝土结构，80%90%的裂缝都是由于混凝土结硬时水泥水化热引起混凝土内部温度升高，在混凝土内外形成较大的温差，产生的拉应力超过了混凝土的抗拉强度引起的。2.2大体积混凝土结构裂缝的危害2.2.1 混凝土裂缝宽度混凝土裂缝宽度混凝土裂缝宽度一般指裂缝的表面宽度，同一条裂缝上的裂缝宽度沿着裂缝长度方向是不均匀的，裂缝控制的最大宽度是指某条裂缝开裂宽度对大的裂缝，在缝宽最大的10%15%区段范围内的
7、平均裂缝宽度。混凝土表面荷载裂缝计算宽度的允许见下表2.1：表2.1 混凝土表面荷载裂缝计算宽度的允许值使用环境钢筋混凝土/mm预应力混凝土/mm氯离子腐蚀环境0.1一级裂缝控制干湿交替和冻融环境0.2二级裂缝控制水中或土中环境0.3二级裂缝控制干燥环境0.40.22.2.2 裂缝对混凝土结果的影响裂缝对混凝土结构的影响是多方面的。首先，混凝土表面裂缝的存在会影响构件美观；其次，表面裂缝对混凝土的耐久性也产生一定的影响，由于裂缝直接嵌入结构体，所以将减小混凝土保护层厚度，给钢筋锈蚀留下隐患；再次，施工时要对裂缝进行二次处理，费工费料。正是上述原因，工程上一直对大体积混凝土出现裂缝的问题比较重视
8、，而混凝土出现裂缝又是很难避免的，这使防治裂缝耗费了大量的人力财力。在实际工程中，有大量的建筑物裂缝宽度远远超过规范规定的限值，也未造成任何安全隐患，由此可见，混凝土结构裂缝是否对安全可靠性造成影响，往往需要根据裂缝的实际情况进行承载力计算加以确定。大部分非荷载裂缝对混凝土结构的承载力和安全可靠性不会产生大的影响，且裂缝属于稳定状态。但化学反应导致的膨胀裂缝除外，这些膨胀裂缝通常属于不稳定运动的裂缝，其发生、发展都难以预料和加以控制，直接威胁到了结构的安全可靠性，在实际工程中应加以杜绝。正常使用情况下，设计、施工正常的建筑物，通常荷载裂缝和变形裂缝都不会对建筑物的可靠性产生影响，裂缝的最大危害
9、在于显著降低了混凝土的抗渗性，从而对建筑物长期耐久性和使用功能产生不良影响。大体积混凝土往往使用在是建筑物的关键部位，如片筏基础、大跨度主梁、桥面桥梁等，产生超过其允许值裂缝的危害是较大的，甚至会影响到结构的安全。2.3大体积混凝土结构裂缝产生原因大体积混凝土与普通混凝土裂缝产生的原因类似，但在温度裂缝等方面要比普通混凝土严重的多。归纳起来，大体积混凝土裂缝产生的原因概括分类如表2.2所示。表2.2 混凝结构裂缝产生主要原因分类原因与结构设计及受力荷载有关1、地震、台风作用2、结构物的沉降差异3、对温度应力及混凝土收缩应力估计不足4、此应力作用5、设计超过承载范围与使用环境条件有关1、内部钢筋
10、腐蚀2、冲击震动3、酸碱盐类化学作用4、温差变化5、火灾或高温与材料性质和配比有关1、水泥非正常凝结2、水泥非正常膨胀3、水泥的水化热与施工有关1、拌合不均匀2、泵送时增加了用水量、水泥用量3、浇筑顺序有误4、连续浇筑间隔较长5、钢筋保护层厚度不够6、滑模工艺不当（拉裂或塌陷）7、模板变形、模板漏浆或渗水8、模板支撑下沉、过早拆除模板、模板拆除不当9、硬化前遭受扰动或承受荷载3大体积混凝土的材料和配合比为了控制混凝土结构的有害裂缝，工程中应妥善选定混凝土的组成材料和配合比，使所制备的混凝土除符合设计和施工所要求的性能外，还应具有抵抗开裂所需要的功能。3.1 材料大体积混凝土材料的选取，除了应注
11、意混凝土的抗压强度要求外，还应了解混凝土的具体应用特点，如“大体积”混凝土性质要求，控制由于变形作用引起的裂缝。优选有利于混凝土抗拉性能的骨料级配，如精选砂石骨料确保中、粗砂的粒径，严格控制含泥量及粉料的含量。应特别注意选择对收缩变形及水化热影响较小的外加剂及掺合料，对于常规混凝土尽可能采用普通减水剂或中效减水剂，对于高强及高性能混凝土宜采用高效减水剂。合理选用混凝土的材料与配比，控制混凝土的温度升降变化，是大体积混凝土裂缝控制的重要手段。如大坝等厚大体积混凝土工程，不能仅靠配筋。近年来，各种重大或特殊的工程结构逐渐增多，技术要求愈加严格和复杂，尽管配有钢筋甚至预应力钢筋，但也必须妥善配合，采
12、取多样措施，才能保证大体积混凝土应有的质量。即使在普通工程结构中的许多现实裂缝问题，如果能合理选用材料与配合比，相应的裂缝也是可以控制在一定范围内的。3.1.1 水泥为配置低发热、低升温的混凝土，在设计强度不高的大体积混凝土（如重力坝混凝土）工程中，通常要选用较低发热量的水泥（掺混合材料水泥）和采用较低水泥量的配合比。但在设计强度较高的大体积混凝土工程中，则既要求水泥具有高活性，也要求水泥是低发热（缓发热）的；其掺有高磨细度矿渣粉的高强矿渣硅酸盐水泥多具有这种特性。混合材料掺用于水泥中大多可以降低水泥发热量和延缓发热时间，有利于减缓混凝土的升温过程。表3.1列出了各型硅酸盐水泥的水化热。表3.
13、1 各型硅酸盐水泥的水化热水泥含量不等于223kg/m3时，温升按水泥量比率变化；水泥细度、混凝土浇筑温度不同时，温升也有所不同。混凝土的发热量正比例于水泥含量，但掺于水泥中的混合材也有重要影响，并随混合材的品种、特性、掺量而异。对大体积混凝土，宜采用中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥。对防裂抗渗要求较高的混凝土，所用水泥的铝酸三钙含量不宜大于8%。使用时水泥的温度不宜超过60。所用水泥应分别符合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥GB175、矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥GB1344、复合硅酸盐水泥GB12958和中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥
14、GB200的规定。4 各类混凝土裂缝的控制措施4.1 干缩裂缝4.1.1 形成原因干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右，水泥浆中水分的蒸发会使混凝土结构产生干缩。干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，而混凝土内部水分迁移散发速度较慢，其湿度变化较小变形较小， 较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。对于混凝土结构而言外界相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在一之间，在大体积混凝土中平面部位
15、较为常见，较薄的梁板中多沿其短轴方向分布。干缩裂缝会使混凝土的耐久性能下降，外界侵蚀物质较为容易从裂缝中进入混凝土内部，在通过混凝土保护层后引起钢筋的锈蚀从而影响钢筋混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等等。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。4.1.2 控制措施（1）选用收缩量较小的水泥，一般采用中低热水泥和粉煤灰水泥，降低混凝土中的水泥用量。（2）混凝土的干缩受水灰比的影响较大，水灰比越大，干缩越大，因此在混凝土配合比设计时，在保证混凝土强度以及工程成本允许的前提下，应尽量控制好水灰比的数值，必要时可掺加
16、合适的减水剂以改善混凝土的工作性能。（3）经过试验室配合比设计后，应根据工地实际原材料情况严格控制混凝土搅拌和施工中的配合比，尤其应该注意砂、石粗细骨料的含水率，以及其他原材料上的一些变化，控制好混凝土的用水量使之不能大于配合比设计所给定的用水量。（4）加强混凝土的早期养护，并适当延长混凝土的养护时间。大体积混凝上的养护是一项关键的工作，必须切实做好。对于大体积混凝土而言，由于水化放热会使温度持续升高，在升温的一段时间内应加强散热。当混凝土处于降温阶段则要保温覆盖以减小内表温差。对混凝土进行养护的主要目是保持适宜的温度和湿度条件，混凝土的保温措施常常也起到保湿的效果，因此兼收两方面的效果。从温
17、度应力的观点出发，保温的目的有两个其一是减少混凝土表面的热扩散，减小混凝土表面的温度梯度，防止产生表面裂缝，其二是延长散热时间，充分发挥混凝土强度的潜力和材料松弛特性，使由温差导致混凝土产生的拉应力小于混凝土的抗拉强度，防止产生贯穿裂缝。保湿养护的作用是一是浇筑不久尚处于凝固硬化阶段的混凝土，水化的速度较快，适宜的潮湿条件可防止混凝土表面的脱水而产生干缩裂缝其次混凝上在保温及潮湿条件下可使水泥的水化作用顺利进行，提高混凝土的抗拉强度。在大体积混凝土浇筑后，为了保证混凝土的降温速率不致太快，减缓应力发展，减小混凝土的开裂趋势，必须采取严格的保温养护措施。在冬季施工时要适当延长混凝土保温覆盖时间，
18、并涂刷养护剂养护。4.2 塑性收缩裂缝4.2.1 形成原因塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。较短的裂缝一般长一，较长的裂缝可达一，宽一。其产生的主要原因为混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等4.2.2 控制措施（1）选用
19、干缩值较小早期强度较高的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。（2）严格控制混凝土水灰比，再掺加高效减水剂来增加混凝土工作性能上的问题，在施工过程中进行严格的控制，不允许随便向混凝土中加水，尽量减少混凝土中水泥及水的用量。（3）浇筑混凝土之前，将基层和模板浇水均匀湿透，防止在浇筑混凝土后，由于基层或模板较为干燥，从混凝土内吸收水分而使混凝土产生塑性收缩。（4）在混凝土浇筑完成后，应及时在混凝土结构表面覆盖塑料薄膜或者潮湿的草垫、麻片等，使混凝土在终凝前保持表面湿润，或者在混凝土表面喷洒养护剂等进行养护，具体养护方式应该根据混凝土结构具体情况、施工条件以及工程周围的环境进行合适的选择。（5）在高温和大风天气要
20、设置遮阳和挡风设施，及时养护。5 总结（1）大体积混凝土的原材料应尽量选择低热水泥、级配良好的砂石、优质的粉煤灰等掺和料、具有减水、缓凝、引气作用的复合型外加剂在混凝土配合比设计中，应注意降低单方混凝土中水泥的用量、选择合适的砂率、控制混凝土的水灰比、使用优质的粉煤灰等掺和料取代部分水泥，合理的原材料选择及配合比设计不仅能够保证混凝土的工作、力学及耐久性能，而且能在很大程度上降低混凝土的水化温升；（2）设计了合理的施工工艺，根据混凝土结构物的尺寸选择合适的浇筑工艺，并选取合适的浇筑时间，保证大体积混凝土结构能够一次浇筑完成，不出现断层等现象，选择合理的振捣机械，适当的振捣时间，保证工程中不出现
21、过振、漏振等现象，不会因为振捣不良出现离析、泌水等问题，在混凝土初凝前，对混凝土进行二次抹面、压实，最大程度上降低混凝土裂缝出现的可能，根据具体工程结构的实际温度监测情况，以混凝土的内表温差、混凝土与外界温度的差距为考察对象，选择合适的拆模时间，对大体积混凝土结构进行及时合适的养护，保证其表面的温度以及湿度，合理的施工工艺可减少裂缝的产生，合理的、精心的施工工艺是减少大体积混凝土裂缝产生的有效途径；（3）精确地控制施工全过程的温度，混凝土的原材料在贮藏以及搅拌前应该严格控制其温度，并通过对混凝土原材料温度的控制调整混凝土的出机温度，浇筑时应注意外界温度，防止因为外界温度过高而造成混凝土浇筑温度
22、过高形成温度应力，产生裂缝，在混凝土结构中埋设冷却水管通入冷却水可有效的降低混凝土内部温度，监测大体积混凝土内部的温度变化并及时的作出相应的应对措施，可以有效地降低由混凝土内表温差引起的温度应力，从而减少大体积混凝土的温度裂缝。参考文献1 朱耀台,詹树林. 混凝土裂缝成因与防治措施研究J. 材料科学与工程学报, 2003(05)2 傅智，刘云，夏玲玲，牛开民. 水泥混凝土养护剂标准的编制介绍J. 施工技术, 2003(02)3王铁梦. 工程结构裂缝控制的综合方法J. 施工技术, 2000(5): 5-9.4赵志缙. 高层建筑结构工程施工M. 中国建筑工业出版社，2005：2730.5 钱晓倩,
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