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1、大体积混凝土结构的裂缝控制1.先介绍一下什么是大体积混凝土（大体积混凝土的定义有很多，根据美国混凝土学会的定义：任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题，即最大限度减少开裂影响的，即称为大体积混凝土。日本建筑学会的标准的定义是：结构断面最小尺寸在80cm以上；水化热引起混凝土内的最高温度和外界气温之差，预计超过25的混凝土，称为大体积混凝土。如大坝及电站、桥梁、大型工厂、高层建筑及大型设备等的基础。）2.开裂的原因分析大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部的矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构物的外约束和混凝土各质点的约束阻止了
2、这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度是裂缝。众多工程实例证明，产生裂缝的主要原因如下：2.1水泥水化热的影响水泥在水化过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。由于大体积混凝土截面的厚度大，水化日聚集在结构内部不易散发，会引起混凝土内部急剧升温。升温试验研究表明，水泥水化热在13d放出的热量最多，大约占总热量的50%左右；浇筑后的35d内，混凝土内部温度最高。初期（一般指前三天）水泥水化热积累温升到一定程度后，由于降温加上内部水分蒸发引起体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束引起拉应力，当该拉应力超过该混凝土的抗拉强度时，整个截面就会出
3、现贯穿裂缝。混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的弹性模量和强度很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力比较小。随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束越来越强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不能抵抗温度应力时，即产生温度裂缝。2.2内外约束条件的影响大体积混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时受到地基的限制，因而产生外部的约束应力。混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束面的约束而产生压应力，此时混凝土的弹性模量很小，而徐变和应力松弛较大，与基层连接不太牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，则产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，
4、则会出现垂直裂缝。在全约束条件下，混凝土结构的变形是温差与其线膨胀系数的乘积，即=T*a，当超过混凝土的极限拉伸p时，结构便出现裂缝。工程实践证明，当混凝土的内外温差小于25时，也可能不产生裂缝。由此可见，降低混凝土的内外温差和改善约束条件，是防止大体积混凝土产生裂缝的重要措施。2.3外界气温变化的影响大体积混凝土结构在施工期间，外界气温变化对防止大体积混凝土开裂有着重要影响。混凝土浇筑温度与外界气温有着直接关系，浇筑温度又影响着混凝土的内部温度。大体积混凝土结构不易散热，其内部温度有的工程竟高达90以上，而且持续时间较长。温度应力是由温差引起的变形所造成的，如外界气温下降，特别是气温骤降，会
5、加大混凝土的温度梯度，温差愈大，温度应力也愈大，易使大体积混凝土出现裂缝。混凝土内外温差过大形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力。当这个拉应力超过混凝土的抗拉强度时，就会产生表面裂缝。2.4混凝土的收缩变形影响混凝土收缩变形分为塑性收缩变形和干燥收缩变形两种。在混凝土硬化之前，处于塑性状态，如果上部混凝土的均匀沉降受到限制，如遇到钢筋或大的骨料，或者平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，就容易形成一些不规律的塑性收缩性裂缝。掺入混凝土的拌合水，约有20%的水分是水化反应所必需的，其余80%都要被蒸发，失去的自由水不引起混凝土的手术变形，而吸附水的逸出就会引起混
6、凝土的干燥收缩。除干燥收缩外，还会产生碳化收缩。2.5其他因素的影响建筑物基础的不均匀沉降也会产生裂缝，这种裂缝会随着基础沉降而不断的增大，待地基下沉稳定后，将不会变化。超荷载使用或未达到设计过早加荷载导致结构出现裂缝，这种裂缝称之为荷载裂缝。混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续，数量不够，砂率及水灰比过大所造成的裂缝。水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。3防裂技术措施大体积混凝土的裂缝破坏了结构的整体性、耐久性、防水性、危害严重，必须加以控制，大体积开裂主要是水化热使混凝土温度升高引起的，所以采用适当措施控制混凝土温度升高和温
7、度变化速度，在一定范围内，就可避免出现裂缝。这些措施包含了混凝土施工的全过程，包括选择混凝土组成材料、施工安排、浇筑前后降低混凝土的措施和养护保温等。减小大体积混凝土与约束体之间的相互制约，以永久性伸缩缝的方式，将超长的现浇混凝土结构分成若干段，以释放大部分变形，从而减小了约束应力。采取措施控制混凝土与约束体之间的相对温差，控制混凝土的收缩应力，改善配筋，提高混凝土的抗拉强度等。都能控制混凝土的裂缝大体积混凝土最容易出现的质量缺陷是各种混凝土裂缝，轻者会影响建筑物的抗渗性能和外观质量，重者还会严重影响建筑物的强度性能，甚至造成坍落事故。对于大体积混凝土结构的施工，仅通过设置后浇带或掺加微膨胀剂
8、的方法是不足以完全消除混凝土的温度裂缝，而应根据混凝土结构的不同特点、受力状况、约束条件等因素进行综合考虑，从工程结构的方案设计、材料性能、施工工艺、养护方法等方面采取综合治理措施，才能确保混凝土的施工质量，预防各种混凝土裂缝的出现。以下对如何预防和控制大体积混凝土的裂缝问题作一介绍。3.1设计方面（1）机构体系的选型，结构平面形状尽量考虑刚度均匀对称，平面长度及凹凸部位尽量控制，对外挑、内收等不规则结构设计，要求在设计上作特殊处理。（2）大体积、大面积混凝土结构的高低错落处及结构交接处是最容易出现裂缝的部位，应通过增加构造钢筋对这些部位进行加强。（3）从设计配筋上考虑各种因素影响造成裂缝的补
9、偿配筋，（一般采用细直径密配筋原则）；超长结构设计应考虑到后浇带、膨胀带、及膨胀混凝土、纤维混凝土等防裂措施。在大面积混凝土中，外墙板是抗渗抗裂的薄弱环节，应在这些部位适当减小水平构造筋的直径、增大钢筋的配筋率和配筋密度，从而提高混凝土的极限拉伸强度；在底板结构收缩应力较大或分段的部位，可设置混凝土“膨胀带”，以增加混凝土的预应力。（4）为预防温度裂缝产生，大体积混凝土宜选用水化速度稍缓、凝结时间稍长、后期强度较高的水泥品种。其强度设计以控制后期强度满足要求为好，故可将标准强度由28d延长到60d。（5）注重混凝土的配合比设计，严格控制水灰比和砂率，可通过掺加一定比例的减水剂、泵送剂来提高混凝
10、土的和易性，以达到降低混凝土水灰比的目的。3.2材料方面根据前述大体积混凝土裂缝产生原因可知：大体积混凝土由于前期水泥水化使内部温升过高，内外温差过大，造成后期收缩约束而产生拉应力。因此控制水泥水化热引起的温升，即可减少降温温差，这对降低温度应力，防止产生温度裂缝能产生釜底抽薪的作用。（1）混凝土宜现场拌制、及时入模，以减少混凝土运输过程中的停滞时间（2）在炎热夏季进行施工时，须严格控制混凝土的入模温度。可以采取以下一些措施对材料进行降温：提前1周以上的时间将水泥入库降温，并保证水泥库有良好的通风；对砂石堆进行覆盖，避免阳光直射，必要时向骨料喷冷水。；防止搅拌机在阳光照射下温升过高，可采用搭凉
11、棚的方法为搅拌机遮荫；必要时，还需要对配制混凝土的原材料进行预冷处理，通过用自来水冲洗砂石骨料、在拌和水中加入冰块降温等措施，降低混凝土的入模温度，减小混凝土的内外温差。现在很多地方混凝土的厂商来提供，那要联系厂商尽量做到，满足降温的要求。（3）超细矿渣粉具有微珠润滑效应及明显的减水作用，可提高混凝土的和易性、体积稳定性、密实性和抗化学腐蚀性，同时有具有提高混凝土强度、减少混凝土坍落度损失、降低水化热等方面的作用。可通过在混凝土中掺加适量的超细矿渣粉来改善混凝土的性能。另外，还要在混凝土中掺加适量的缓凝型减水剂，以延缓水化热的释放速度、推迟温峰出现并延长混凝土的凝结时间。减水剂中阴离子表面活性
12、剂，对水泥颗粒有明显的分散效应，并可使水的表面张力降低而引起加气作用。因此在混凝土中掺加一定比例的减水剂，不仅可以改善混凝土和易性，而且可以减少水和水泥用量，从而降低了水化热。（4）选用低水化热水泥，尽量降低混凝土中的水泥用量，以降低混凝土的温升，提高混凝土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失，可适度增加活性细掺料替代水泥。（5）通过试验选择合理的砂、石级配，并严格控制砂、石中的泥含量。在满足混凝土强度下，骨料尽量选用较大的粒径（24cm），同时具有较好的级配，石子的含泥量控制在1%以下，砂的含量在2%以下，这样既提高了混凝土抗压强度，也可以减少水泥用量。（6）
13、掺加适量粉煤灰，可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的。但掺量不能大于30%。（7）对于大体积混凝土，建议设计方尽可能采用小直径密间距配筋，同时，根据多年实践证明。在厚大体积混凝土中适当加配小直径密间距的温度对于混凝土的抗裂能起到较好的作用。改善钢筋配置对控制裂缝也是很有效的。3.3施工方面大体积混凝土在其硬化期间，水泥水化产生大量的水化热，使混凝土内部温度升高，造成较大的内外温差，由温差引起的内外不一致的变形将导致混凝土产生较大的温度应力，若不对温差加物的以控制将导致混凝土结构产生裂缝，给工程带来不同程度的危害，为了保证建筑安全和长期正常工作，必须在施工期有计划的控制混凝土的温度，防止其产
14、生的裂缝。（1）严格控制混凝土的浇筑速度，一次夹注的混凝土不可过高、过厚，以保证混凝土温度均匀上升。对于断面相差很大的结构和剪力墙的孔、洞、口处，应先浇灌较深的部位，待静止12h、混凝土沉降后，再与断面或孔洞上部的混凝土一起浇筑。墙板混凝土宜采用非泵送混凝土，利用塔吊和人力推车连续进行，以避免施工冷缝的出现。（2）可以适当考虑在混凝土中掺加合成纤维。混凝土中掺入合成纤维后，可使数以千万计的纤维三维均匀的分布在混凝土内部，混凝土塑性阶段干缩及冷缩所产生的表面一旦延伸到合成纤维即可停止发展。（3）分层浇捣，逐步推进，防止振捣过程中出现漏振，并要严格控制振捣的时间及插入深度。对较长结构的混凝土浇捣时
15、，可以后浇带为界分成几个区域，分块进行施工，每一块力求采用泵送商品混凝土一次浇筑成型。也可用全斜面分层方法进行连续浇筑，一方面便于振捣，另一方面可利用混凝土层面散热。当浇筑时外界气温过高，还可采用在输送管上加盖草袋并喷冷水；混凝土搅拌车到场等待时往搅拌罐上喷冷水的措施来控制混凝土的浇筑温度。（4）合理安排施工工序，遵循“同时浇捣、分层推进、一次到位、循序渐进”的成熟工艺，薄层浇捣，均匀上升，以利于散热。要重点把握好混凝土流淌的最近点和最远等边缘部位，不能漏振。（5）高频振动棒应尽量垂直插入，快插慢拔，插点交错，均匀布置。在振捣上一层混凝土时，应深入下一层约5cm，以消除层间的接缝。振捣时间以表
16、面基本水平并出现水泥浆，混凝土不再冒气泡、不再明显层落为度。（6）采用二次振捣技术，在浇注混凝土凝结前的适当时间内进行二次振捣，以增加混凝土的密实度，减少混凝土内部的微裂缝，提高混凝土的强度和抗渗性能。改进施工工艺，进行二次震捣，能排除混凝土因泌水在粗骨料、水平钢精下部生成的水分和空隙，增加混凝土密实度，减小内部微裂和提高混凝土强度，这要求掌握好两次振捣的间歇。控制方法为：将运转着的振动棒以其自身重力逐渐插入混凝土中进行振捣，拔出时仍能自行闭合，而不会在混凝土中留下空隙。否则不能进行二次振捣。（7）当混凝土长度超过规范的最大间距时，不采用分段设缝的处理方法，而且在混凝土中掺入一定量的微膨胀剂，通过混凝土的微膨胀使其在结构中建立预应力场，以
