大体积混凝土裂缝控制技术讲座

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1、大体积混凝土裂缝控制技术n大体积混凝土的定义n大体积混凝土抗裂性能的影响因素n大体积混凝土的温控计算n大体积混凝土裂缝控制的综合措施1大体积混凝土的定义n本讲中所称大体积混凝土是指，其规格 尺寸，要求必须采取措施，妥善处理温 差的变化，正确合理地减少或消除变形 变化引起的应力，且必须把裂缝开展控 制到最小程度的现浇混凝土。 2大体积混凝土抗裂性能的影响 因素n温度与收缩裂缝产生的机理n原材料和配合比对大体积混凝土抗裂性 能的影响n配筋对大体积混凝土抗裂性能的影响n龄期及养护对大体积混凝土抗裂性能的 影响3n大体积混凝土收缩的组成n大体积混凝土收缩是由自生收缩、碳化收缩、塑 性收缩、干缩、温度收

2、缩组成的。n干缩：混凝土内多余水分蒸发引起的体积收缩。n温度收缩：由于混凝土温度下降引起的收缩。n外约束与内约束n外约束：即一个结构的变形受到其他结构的阻碍 。n内约束：当结构截面较厚时，其内部温度分布不 均匀，引起各质点变形的相互约束。n表面裂缝与贯穿裂缝n表面裂缝：大体积混凝土在硬化过程释放大量水 化热，使基础中部产生较高温度，而混凝土表面和边界受气温影 响，温度较低，这样形成较大内外温差，在混凝土内部产生压应 力，在混凝土表面产生拉应力（称内约束应力），当此拉应力超 过混凝土抗拉强度时，便会产生表面裂缝。该裂缝多发生在混凝 土升温阶段。n贯穿裂缝：当大体积混凝土降温产生的收缩和混 凝土自

3、身收缩受到地基或基础约束时，在截面中产生拉应力（称 外约束应力），当此拉应力超过混凝土的抗拉强度时，便会产生 贯穿裂缝。该裂缝多发生在混凝土降温阶段。n由此可见，混凝土的开裂与原材料、配合比、结构尺寸、配筋、约束程度、养护条 件等多种因素有关。温度与收缩裂缝产生的机理4原材料和配合比对大体积混凝土抗裂性能的影响n水泥品种n在常用标号下，采用不同品种的水泥对混凝土极限拉 伸值的影响不大。n水泥品种对混凝土干缩影响较大，一般情况下，C3A含 量大，细度较小的水泥干缩较大。n水灰比n混凝土抗拉强度，极限拉伸值均随着水灰比的减小而 提高，混凝土收缩则随着水灰比的减小而减小，显然，在满足混凝土施工 要求

4、的前提下，减小水灰比对大体积混凝土抗裂是有利的。n骨料n尽可能采用粒径较大，级配良好的高强度花岗岩、玄 武岩等作为骨料对抗裂有利。n外加剂n在混凝土中掺加外加剂，能改善混凝土和易性，在水 泥用量不变的情况下，能减少用水量，提高混凝土强度。在水灰比不变 的 情况下，能减少水泥用量，降低温升，延缓水化热放热速率，对抗裂有利 。n粉煤灰n在大体积混凝土中掺加粉煤灰能起到改善混凝土和易 性，降低水灰比，即减少用水量，提高混凝土密实度，减少混凝土干缩的 作用。n掺加粉煤灰能降低水泥用量，降低混凝土绝热温升值 ，延缓水化热放热速率。n掺加粉煤灰，一方面可减少混凝土的 绝热温升和收缩 ，但另一方面，将降低混

5、凝土的早期抗拉强度或极限拉伸。5配筋对大体积混凝土抗裂性能的影响n关于配筋对大体积混凝土抗裂性能的影响，一方面配置构造筋对提高混 凝土极限拉伸和抗裂能力是有利的，同时它也能起到控制裂缝开展，减 少裂缝宽度的作用。另一方面，配筋也将会增加一定程度的收缩应力， 过大的配筋率将会导致较大的收缩应力，从而产生裂缝。因此，合理的 配筋尤为重要。总的来说，在合理配筋的前提下，它提高极限拉伸和约 束裂缝开展的优点大于增加收缩应力缺点。n合理配筋是指：n配筋率不能过大，较为合理的配筋率应为 0.3%0.5%；n应采用小直径（1016mm),小间距的形式 （约100150），且不宜采用光圆钢筋。n由于池壁、地下

6、室侧墙等露天薄壁结构对环境湿度及养护条件极为敏感 ，其相应的收缩比大块式基础要大。在混凝土早龄期容易因干缩产生表 面裂缝，从而削弱了截面并在随后的温度应力作用下产生应力集中，导 致表面裂缝往深处发展，诱发贯穿性裂缝。因此，对薄壁结构的配筋要 求要严格，并注意保湿养护，尽可能避免表面裂缝的出现。6龄期及养护对大体积混凝土抗裂性能的影 响n龄期的影响n 根据资料，混凝土任意龄期t与 28天龄期的抗拉强度的关系为：nft 0.8f28( t)2/3n养护条件的影响n养护条件的影响包括湿度及温 度两方面，良好的保湿能显著增加混凝土 的抗拉强度及极限拉伸。养护温度的升高 能提高混凝土的早期强度，但对后期

7、强度 有不利影响。因此，在控制内外温差的前 提下，在升温阶段应尽可能适当放热，一 方面可以降低混凝土温升峰值，另一方面 又可防止影响后期强度。7大体积混凝土的温控计算n大体积混凝土的最高温度计算n大体积混凝土的温度收缩应力计算8大体积混凝土的最高温度计算n混凝土内部的最高温度是由混凝土浇筑温度、水泥水化热引起的 温升所组成。n大体积混凝土的最高温度计算，如下式：Tmax=T0+W/10+F/50（1）Tmax=T0+WQ/C （2）式中： Tmax砼的最高温度（）T0 砼的浇筑温度（）W 每立方米水泥用量（kg/m3 ）F 每立方米砼粉煤灰用量（kg/m3 ）Q 每公斤水泥水化热量（J/kg）

8、C 砼的比热 砼质量密度 散热系数取以上两式计算中心的较大值作为砼的最高温度值9大体积混凝土的温度收缩应力计算n大体积砼温度收增应力的计算：10大体积混凝土的温度收缩应力计算nmax=-ET 1-1/(COShL/2) H (t,)（1）nmax=- 1-1/(COShiL/2) TiEi(t) Hi (ti,i) （2） 从上述公式可看出：底板的最大温度收缩应力与温差收缩差及线膨胀系 数成正比，为线性比例关系。底板弹性模量增加，应力增加；底板受地基 的约束程度，即地基对底板的阻力系数Cx境加，应力增加。底板长度增加 ，应力增加，但呈非线性关系。大体积砼外约束力应力的计算可分为以下二个阶段：砼

9、浇筑前的计算，建议采用公式（1）进行计算，计算简便且偏于安全。砼浇筑后的计算则采用公式（2），可较精简计算，此时应有安全系数K= 1.15。1-ni=1Rf max11大体积混凝土裂缝控制的综合 措施n设计构造措施n从原材料方面采取措施n从施工方面采取措施12设计构造措施n利用混凝土后期强度n一般大体积混凝土的施工工期较长， 上部荷载逐步施加，因此可以考虑采用龄期为 4590天强度代替28天强度，以减少水泥用量。n设置滑动层，减少约束应力n混凝土的强度等级宜在C20C35的范 围内选用。 n在遇有约束作用较大的岩石类地基或 较厚的混凝土垫层时，可在地基或垫层与基础的接 触面上，或于两端L/4（

10、L基础全长）的区段内， 铺设滑动层，减少滑动应力n隔离层的作法为混凝土上涂刷一层 35mm厚的沥青胶或干铺两层沥青油毡。美国ACI 委员会提出可铺设厚50左右的黄砂或石屑作为隔离 层。 13设计构造措施n设置缓冲层n在底板的地梁、坑内水沟等键槽部 位，可用厚度为3050mm的聚苯乙 烯泡沫或沥青木丝板作垂直隔 离，以 缓和地基对基础收缩时的侧向压力。( 见右图)n避免应力集中n在大体积混凝土结构的孔洞或截面 突变处，由于温度和收缩作用，会 产生应力集中而导致开裂。应采取增配 钢筋或设置过渡段的措施。 (见右图)14设计构造措施n增设暗梁n在现浇钢筋混凝土地下室、水池 等结构施工时，为了防止底板

11、与边墙、边墙之间因约 束应力产生的裂缝及边墙上部因边缘效应引起的裂缝 ，可在施工缝上下等薄弱部位增配4164 22的钢 筋予以加强。(见下图)15设计构造措施n合理配筋n当混凝土的底板或墙体厚度较小时，增配构造 钢筋，能起到抵抗混凝土温度裂缝的作用。但对于大块式基础， 构造筋对控制贯穿性裂缝的作用略小。n构造钢筋应尽可能采用级钢、小直径和小间 距。直径约1016mm，间距100150mm，按全截面对称配置。 全截面含筋率宜控制在0.3%0.5%。实践证明，含筋率小于0。 3%时，对混凝土的裂缝控制作用不大。当配筋率太大时，则较 易引起混凝土的收缩裂缝，且不经济。大块式混凝土的钢筋宜分 散多层设

12、置，或在中截面处增配空间网片状钢筋作构造钢筋，不 宜集中在底层或上下两层。n合理设置施工缝n“抗”的方法n即不设任何施工缝，通过采取措施减 少被约束体与约束体之间的相对温差，减少约束，改善配筋 ，减少混凝土收缩，提高混凝土抗拉强度等，以抵抗温度收 缩变形和约束应力。n“放”的方法n即以设置永久性伸缩缝的办法，将超 长的现浇钢筋混凝土结构分成若干段，以释放大部分变形， 减少约束应力。16设计构造措施n“放”“抗”结合的方法n采用“后浇带”的施工方法n在施工期间设置作为临时施工缝的“后 浇带”，将结构分成若干段，可有效削减温度收缩应力。n采用“跳仓打”的施工方法n将整个结构按垂直施工缝分段，间隔

13、一段，浇筑一段，经过不少于5d的间歇期后再浇筑成整体。n采用“混凝土薄层浇筑”的施工方法n将底板水平分成几个施工层，施工层 之间的结合按施工缝处理。分层厚度一般控制在0.62.0m范 围内，层间间歇时间约取57d为宜。n合理制定温控指标n大体积混凝土施工前，应对施工阶段大体 积混凝土浇筑块体的最高温度、温度收缩应力进行验算， 以此确定施工阶段混凝土的浇筑温度、内表温差、降温速 度及温度陡降等控制指标，制定相应的技术措施（包括混 凝土原材料的选择、混凝土拌制运输过程中的降温措施、 保温养护措施等），以达到控制裂缝的目的。n几个温控指标17设计构造措施n温控指标一般可分为两类：一是为了防止表面裂缝

14、而控制内外温差和表面温度陡降 ；二是为防止贯穿性裂缝而控制内部温差。n混凝土浇筑温度n混凝土结构工程施工及验收规范 (GB50204-92)规定：大体积混凝土浇筑温度不宜超过28。n内外温差n混凝土结构工程施工及验收规范规 定：混凝土表面和内部温差应控制在设计要求的范围内，当 设计无具体要求时，温差不宜超过25。n注意：此处表面温度是指保温层下混凝 土面上的温度，而非混凝土表面下50100MM处的温度。n内部温差n内部温差是指混凝土内同一点在不同时 间的温度差值。块体基础大体积混凝土施工技术规程（ YBJ224-91）规定：混凝土块体的降温速度宜不大于1.5/天 。n温度陡降n寒潮来临、冷空气

15、影响、暴雨袭击、撤 除保温层时间不当等均可导致混凝土表面温度突然下降，引 起表面裂缝。n钢筋混凝土高层建筑结构设计与施工 规程（JGJ-91）规定：温度陡降不应超过10。18从原材料方面采取技术措施n合理选择水泥品种n选用C3S及C3A含量低的中、低热水泥。n合理选用骨料n在满足施工要求的情况下，尽量选用粒径较大、 级配良好的石子，以减少用水量和水泥用量、混凝土的收缩和泌水 性。粗骨料中的针、片状颗粒按重量计应不大于15%。n掺加块石。在无筋或少筋的大块混凝土中，可掺 入不超过混凝土体积的25%的大块石，以减少水泥用量，降低水化 热。n细骨料以中、粗砂为宜。n严格控制砂、石的含泥量。石子控制在小于1%， 黄砂控制在小于2%。n合理选用外掺料n在混凝土中加入适量的外加剂，可以改善混凝土 的特性，减少水泥用量，减少混凝土的温升。同时可降低水化热释 放的速度，延缓温度峰值出现的时间。n混凝土中掺入一定量的粉煤灰不仅能改善混凝土 特性，而且能代替部分水泥，减少水化热。但应注意掺加粉煤灰后 混凝土早期强度有所降低。n采用UEA补偿收缩混凝土：在混凝土内掺水泥用量 10%12%的U型混凝土膨胀剂，以实现超长结构的无缝施工。19从施工方面采取措施n控制混凝土出机温度和浇筑温度n为了降低混凝土的总温升，减少内外温差，控制 混凝土出机温度和浇筑温度是一个很重要的措施。对混凝土出机