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1、混凝土裂缝的预防与处理一、前 言混凝土是一种由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而形成的非均质脆性材料。由于混凝土施工和本身变形、约束等一系列问题，硬化成型的混凝土中存在着众多的微孔隙、气穴和微裂缝，正是由于这些初混凝土建筑和构件通常都是带缝工作的，由于裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响建筑物的外观、使用寿命，严重者将会威胁到人混凝土裂缝产生的原因很多，有变形引起的裂缝：如温度变化、收缩、膨胀、不均匀沉陷等原因引起的裂缝；有外载作用引起的裂缝；有养护环境不当和化学作用引起的裂缝等等。在实际工程中要区别对待，根据实际情况解决问题。
2、二、混凝土裂缝问题2.1温度裂缝及预防1.温度裂缝的成因温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。混凝土浇筑后,在硬化过程中,水泥水化产生大量的水化热，（当水泥用量在350550 kg/m3，每立方米混凝土将释放出1750027500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升达70左右甚至更高）。由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差，较大的温差造成内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力（实践证明当混凝土本身温差达到2526时，混凝土内便会产生大致在10MPa左右的拉
3、应力）。当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。在混凝土的施工中当温差变化较大，或者是混凝土受到寒潮的袭击等，会导致混凝土表面温度急剧下降，而产生收缩，表面收缩的混凝土受内部混凝土的约束，将产生很大的拉应力而产生裂缝，这种裂缝通常只在混凝土表面较浅的范围内产生。温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间
4、粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。在今天，混凝土的裂缝较为普遍，在各种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。1温度应力分析 根据温度应力的形成过程可分为以下三个阶段：（1）早期：自浇筑混凝土开始
5、至水泥放热基本结束，一般约30天。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）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。（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：（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
6、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）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。下面从大体积混凝土施工的特点出发，结合实例进行分析：贵阳鑫海大厦转换层采用2.0 m厚混凝土整板结构，根据工程特点，运用裂缝控制理论，研究裂缝原因，提出了施工防治措施，效果较好。1.工程概况鑫海
7、大厦位于贵阳延安中路，占地面积：1466 m2，总建筑面积：24111 m2，地下一层，地上二十七层，建筑总高：89.9 m，是集商业、办公、住宅为一体的综合性建筑。工程结构设计选用了转换层形式。2.转换层结构设计特征转换层结构形式：即第四层顶板为一块实心混凝土整板，将上部二十四层结构荷载过渡转换到板下框架体系。转换层标高17.1-19.1 m,板厚2.0 m,柱顶局部板厚2.4 m，转换层面积740 m2,板内上下各两层设纵横双向32、200200钢筋网片；中间又有两层22、200200钢筋网片；网片间600600设22立筋，混凝土总量1640 m3,混凝土采用C50的商品混凝土。板下框架柱
8、网尺寸：8.7 m8.9 m-8.4 m12 m不等。3.大体积混凝土施工转换板按施工组织设计分两层浇筑，2 m厚C50混凝土转换板分二次浇筑，第一层先浇0.8 m厚，等它达到90%设计强度后，再浇第二层1.2 m厚混凝土。该结构符合有关规定：“结构断面最小尺寸在0.8 m厚以上、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，称为大体积混凝土”。该工程转换层混凝土的施工在九月中旬，日平均温度在21 左右，混凝土最高温度的峰值一般出现在混凝土浇筑后的第三天，对混凝土浇筑后的内部最高温度与气温温差要控制在25 内，以免因温差和混凝土的收缩产生裂缝。我们对混凝土质量控制指标提出如
9、下要求：（1）采用水化热低的矿渣水泥；（2）掺入适量的1级粉煤灰；（3）混凝土在满足泵送要求的坍落度的前提下，最大限度控制水灰比；（4）掺AEA微膨胀剂。由于使用的是商品混凝土，厂家采用散装硅酸盐水泥，而且贵州没有1级粉煤灰，因此，只能满足以上（3）、（4）条要求。这样对解决混凝土早期温度应力和后期收缩应力问题并控制混凝土裂缝的产生提出了更高的技术要求。对此采取了以下混凝土裂缝控制措施。1.混凝土温度的计算水泥水化热引起的混凝土内部实际最高温度与混凝土的绝热温升有关。混凝土的绝热温升：T=WQ0（1-e-mt）/（Cr）式中：T混凝土的绝热温升（）W每m3混凝土的水泥用量（kg/m3），取53
10、0 kg/m3Q0每公斤水泥28天的累计水化热，查大体积混凝土施工P14表2-1，Q0=460240 J/kgC混凝土比热993.7 J/(kgK0)R混凝土容重2400 kg/m3t混凝土龄期（天）m常数，与水泥品种、浇筑时温度有关混凝土最高绝热温升：Tmax=530460240/(993.72400)=102.28（）混凝土中心温度：Th=Tj+Tmax式中：Th混凝土中心温度 Tj混凝土浇筑温度（）不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，对1 m厚混凝土3天时=0.36混凝土浇筑温度:Tj=TC+(TP+TC)(A1+A2+A3+.+An)式中：TC混凝土拌合温度（它与各种材料比热及初温度有关）
11、，按多次测量资料，有日照时混凝土拌合温度比当时温度高5-7 ，无日照时混凝土拌合温度比当时温度高2-3 ，我们按3 计。TP混凝土浇筑时的室外温度（九月中旬，室外平均温度以21 计）A1+A2+A3+.+An温度损失系数，查大体积混凝土施工P33表3-4得：A1混凝土装卸，每次A=0.032(装车、出料二次数)A2混凝土运输时，A=Qt式中：Q为6 m3滚动式搅拌车其温升0.0042，混凝土泵送不计。t为运输时间（以分钟计算），从商品混凝土公司到工地约30分钟。A3浇筑过程中A=0.00360=0.18Tj=TC+(TP+TC)(A1+A2+A3+.+An)=24+(21+24)(0.064-
12、0.126+0.18)=24+450.116=29.31 则混凝土内部中心温度:Th=Tj+Tmax=29.31+102.280.36 =66.13 从混凝土温度计算得知,在混凝土浇筑后第三天混凝土内部实际温升为66 ,比当时室外温度21 高出45 ,必须采用相应的措施,防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝。2.温度应力计算计算温度应力的假定：混凝土等级为C50，水泥用量较大530 kg/m3；混凝土配筋率较高，对控制裂缝有利；底模对混凝土的约束可不考虑；几何尺寸不算太大，水化热温升快，散热也快。因此，降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素。先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力
13、max是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc.采用公式；max=EaT1-1/(coshL/2)S式中：E混凝土各龄期时对应的弹性模量Et=Ec（1-e-0.9t）式中:e=2.718自然对数的底;t-混凝土龄期（天数）Ec混凝土28天时C50的弹性模量Et=3.5105 MPa（大体积混凝土施工P26表2-13查得）a混凝土的线膨胀系数1.010-5L结构长度，本工程厚板长度L=44 m（取长度）。T结构计算温度：前面已述该厚板最大绝热温升Tmax=102.26 实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T3=Tmax=102.26 0.36=36.82 cosh是双曲余弦函数。H结构厚度，本工程厚板厚度
14、 H=0.8,H/L=0.8/44=0.0180.2,符合计算假设。Cx混凝土板与支承面间滑动阻力系数，对竹胶模板，比较砂质土的阻力系数考虑，取Cx=30 N/mm2.S混凝土应力松弛系数，由“高层建筑基础工程施工”7-2表查得各龄期的S值。参照“大体积混凝土施工”，根据以上公式、代入本工程相应数据，算得max=1.18 MPa1.89 MPa(该混凝土30天龄期时的抗拉强度,由“混凝土结构设计规范”表4.1.4查得),由此可知,不会因降温时混凝土收缩而引起收缩裂缝。2.配制混凝土时，采取双掺技术掺高效减水剂，使混凝土缓凝，要求混凝土初凝时间大于9小时，以推迟水泥水化热峰值的出现，使混凝土表面
15、温度梯度减少。加AEA微膨胀剂（掺量为水泥用量的10%），以补偿混凝土的收缩。保证混凝土浇筑速度，不产生人为冷缩。设加强带，在加强带处微膨胀剂掺量增加为14%.4.保温、保湿及补偿措施根据气象预报，拟浇筑三天后的平均气温为21 .为防止因混凝土内外温差超过25 而开裂，经研究、比较，在不可能降低水泥用量、掺粉煤灰及选用矿渣水泥的条件下，我们采取下列保温、保湿等保养措施。底模：除因模板支撑结构需要，满铺100502000 mm3木枋外，在木模板上满铺一层塑料薄膜，再铺一层竹胶板。在浇筑前三天，浇水湿透。在三层与转换板之间，凡无剪力墙部位，四周用塑料编织布作围护，使板下形成一温棚，以减少空气流动，达到保温作用。在浇筑混凝土表面12小时后，加塑料薄膜一层、麻袋二层覆盖。设温度测试点，在有代表性的位置设测温点，随时了解混凝土浇筑后（特别是第二天）开始升、降温情况，随时准备增、减覆盖物。加强对混凝土的保养，不断观察混凝土保湿状况，定时浇水保湿。在浇筑第二层1.2 m厚混凝土时,已为12月中旬，气温在5 左右,浇筑3天后混凝土内部温度可达56 ,更要加
