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1、超长结构高性能混凝土早期裂缝控制实践早期开裂是混凝土项目施工中必须解决的问题。所谓早期裂缝，是指混凝土和钢筋混凝土结构在使用荷载作用前，甚至在拆模后就出现的裂缝【在项目中要完全避免裂纹几乎是不可能的。 混凝土结构的裂缝按裂缝宽度可 分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝是指那些肉眼看不见的裂缝， 主要有骨料与 水泥石结合界面上的裂缝、水泥石自身的裂缝和骨料本身的裂缝。 微观裂缝在混 凝土结构中的分布是不规则的、 不贯通的。反之，肉眼看得见的裂缝称之为宏观 裂缝，裂缝宽度一般不小于 0.05m m。宏观裂缝是微观裂缝扩展而来的。混凝土 结构裂缝按裂缝的深度可分为表面裂缝、浅裂缝、深裂缝和贯穿裂缝四个等
2、级。 用h代表裂缝的深度，H代表结构的厚度，表面裂缝，h 0.5H;贯穿裂缝h=H不同类型的裂缝对结构影响不同。受拉区的粗裂纹、深裂缝和贯穿裂缝会显 著降低承载力。对承载能力影响不大，微细（宽度v 0.2m m）的表面裂缝虽然对 承载力影响不大，但却是影响结构使用功能、外观质量和耐久性的重要因素。 高 性能混凝土已广泛用于项目实践中。 理论上，高性能混凝土具有高强度、高工作 性和高耐久性，但在项目实际中，因为高性能混凝土中水泥用量大， 工期限制要 求的高早强，混凝土的早期裂缝问题越发严重。裂纹不仅影响混凝土的外观质量， 而且成为水进入混凝土的最便捷的通道，降低混凝土的耐久性【2】。一些超长结构
3、， 虽然其最小尺寸不足1m,但也具有大体积混凝土结构性能，若控制不当极易发 生早期开裂，对项目结构使用寿命的影响。以下结合某项目实例，探讨超长结构 高性能混凝土早期裂缝成因及控制措施。1项目概况某项目为框架混凝土结构，基础采用承台 +筏板+抗拔桩形式。承台深度从 2m到5.5m不等。混凝土底板厚800mm； 800抗拔桩在底板下，承台下无桩。 整个底板面积为27552.294川，属超长混凝土结构；底板设计采用底层钢筋为 HRB400 25200,保护层厚度100mm,面层钢筋 HRB400 20200,保护层 厚度40mm；底板所处环境为U -a，混凝土强度等级C40，抗渗等级P8。2施工过程
4、2.1项目采用的原材料本项目选用42.5普通水泥，并进行了水泥性能复试。复试项目包括密度、比 表面积、标准稠度用水量、凝结时间、安定性和胶砂强度。复试报告结果满足 GB175硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥要求，合格；细骨料为中砂，细度模数 2.9,级配区为U区；粗骨料为二级配碎石，粒径范围516、1625,满足JGJ52普通混凝土用砂、石质量的检验方法标准；粉煤灰为F类I级，各项检测结 果满足GB1596,合格；矿粉S-95级，各项检测结果满足GB/T18046，合格；减 水剂为PC缓凝型，减水率、含气量、常压泌水率比、压力泌水率比和抗压强度 比等指标满足GB8076混凝土外加剂、GB50119混
5、凝土外加剂应用技术规范 要求，合格。2.2本项目的配合比根据混凝土结构设计规范中有关耐久性设计要求，本项目配合比设计应满足表1:配合比设计要求表1强度等级环境类别等级抗渗等级电通量要求拌合及捣实方法C401-CP81000 C机械振捣塌落度mm胶结材料用量限值最大水胶比限值标准差MPa最大用量最小用量180 20450 (Kg/m3)320 (Kg/m3)0.455.0按普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2000确定的配合比见表2每立方米混凝土用料量（kg/m3）表2水泥粉煤灰矿粉砂碎石外加剂拌合水胶材总量293906771410794.5162450按普通混凝土拌合物性能试验方法 GB/T
6、50080、普通混凝土力学性能试 验方法标准GB/T5081-2002对混凝土性能测试，其拌合物性能、硬化后性能见 表3和表4，满足设计要求。混凝土拌合物性能测试结果表3表观密度初始塌落度初始扩展度初始含气量停放30min塌落度24202005253.0/停放30min扩展度停放30min含气量停放60min塌落度停放60min扩展度停放60min含气量/1805003.0泌水率压力泌水率初凝时间终凝时间/2810h30min14h30min硬化混凝土性能测试结果表4电通量(C)抗压强度(MPa)抗裂性抗渗等级总碱含量Kg/m3氯离子含量%28d56d3d7d28d56d/35326.639.
7、551.363.8无裂纹P82.4560.036122.3浇筑过程 保护层 为控制保护层厚度，施工中底板上部钢筋支架采用HRB400 25钢筋竖杆，水平焊接HRB400 25钢筋，竖杆间距2m,混凝土浇筑前检查保护层 厚度 4060mm； 混凝土浇筑 混凝土采用泵送施工，3台泵同时开始浇筑，由一侧向另一侧平 行推进，斜面分层浇筑。 养护 混凝土浇筑完成，表面收面后即铺设一层塑料薄膜、一层土工布，浇 水养护时间为14d。 后浇带设置 用800mm宽后浇带将整个底板划分为 24个区，最大区块为60.62mX 65.2m，最小区块为 29.98mX 65.186m 施工期间环境混凝土浇筑期间，气温在
8、20C 27C,风力3级。 浇筑强度50m3/h2.4浇筑过程中发现的问题 商品混凝土塌落度不稳定，部分混凝土塌落度偏大，达到230m m，部分偏小，仅 140mm； 浇筑过程中布料机和地泵管放置部位有部分钢筋被压低，造成混凝土保护层偏大； 施工过程中有堵管现象，中断浇筑时间 12h。 二次收面的时间掌握不到位；混凝土浇筑完成后收面不及时，收面较晚； 在养护过程中塑料薄膜覆盖不严，浇水不及时；3裂缝分析3.1裂缝分布及类型底板混凝土在浇筑后即发现微细裂缝，可判定属于非荷载作用下的早期裂 缝。35天后发生扩展，经过一个多月的观察，裂缝未进一步发展和扩散，也未 产生新的裂缝，裂缝趋于稳定。监理组织
9、施工单位相关人员对底板裂缝情况进行 了统一检查，按缝宽、缝深、缝长、混凝土保护层厚度等做了统计分析。统计结 果表明：混凝土裂缝达18处，在各个分区内均有裂缝分布，开裂情况较严重。 普遍呈现东西走向，垂直于结构底板长度方向，即底板温度收缩主拉应力方向。裂缝长度在1.65.6m之间；宽度普遍在0.10.4mm之间，少部分达0.7mm，超 过设计限制的最大裂缝宽度0.2mm；深度普遍在4080mm之间，属于表面裂缝； 个别裂缝深度达到140m m,属于浅裂缝；混凝土保护层厚度实测值在 5080mm 之间，超过设计值1040mm不等。3.2混凝土收缩变形机理【4】混凝土的收缩变形包括干缩、塑性收缩、化
10、学收缩、自收缩以及温度变形。其收缩机理及影响因素如下：3.2.1塑性收缩塑性收缩是指混凝土硬化前因为表面的水分蒸发速度大于混凝土内部向外 的泌水速度而发生的收缩。塑性收缩发生在硬化前，在终凝前比较明显。3.2.2化学收缩又称水化收缩。指的是水泥水化过程中，水化产物的体积小于反应前水泥 与水的体积之和而引起的收缩，即固相体积增加，但水泥-水体系的绝对体积减 小。影响化学收缩的因素主要有水泥的组成成分、水泥分解与水化的时间、矿物掺合料以及骨料的含量等。3.2.3温度收缩又称冷缩。主要是指混凝土内部温度因为水泥水化反应而升高，最后又冷 却到环境温度时产生的收缩。其大小与混凝土的热膨胀系数、混凝土内部
11、最高的 温度和降温速率等因素有关。混凝土硬化初期，水泥水化释放出热量，致使混凝 土中心温度高，表面温度低，内外形成温度梯度，造成温度变形和温度应力，内 部膨胀和外部收缩相互制约，在外表混凝土中将产生很大拉应力导致混凝土出现 裂缝。3.2.4干燥收缩干燥收缩指的是混凝土停止养护后，在不饱和的空气中失去内部毛细孔水、凝胶孔水及吸附水而发生的长度或体积的减少，是一种不可逆收缩，它不同于干湿交替引起的可逆收缩。干燥收缩主要是因为半径小于 100 nm的毛细孔失去水 分而产生毛细孔压力产生的收缩。影响干燥收缩的主要因素有：水灰比、骨料、 构件的尺寸以及外部的温湿度环境等。325自收缩自收缩是指混凝土在不
12、与外界发生水分交换条件下， 因水泥水化消耗浆体内 部的水分，使自身相对湿度减少而引起的收缩。自收缩存在于任何混凝土中，水 灰比较高时，自收缩不是混凝土收缩的主要方面， 然而随着混凝土水灰比的不断 降低，自收缩在混凝土收缩中的权重越来越大。 自收缩的根源在于水泥硬化后未 水化水泥继续水化引起绝对体积的减缩，其形成的直接原因在于无外界水源或水 泥水化引起的耗水速率大于外界水的迁移速率。高性能混凝土的水胶比低，混凝 土自收缩大。在上述各种变形中，所有的胶凝材料水化以后都存在化学减缩作用。导致混凝土早期开裂的主要是温度变形，其次是自收缩，干缩较小【2】。3.3混凝土裂缝成因一般认为，当拉应力（s ）大
13、于抗拉强度（fp ）时，混凝土开裂。S E - fp（ 1）或者说，当混凝土抗拉强度高到足以承受收缩应力时，混凝土就不易开裂;（1）式的另外一种变形：(2)在混凝土水化和硬化过程中，fp和E （混凝土弹性模量）各以自己的速率增长，各种混凝土在硬化期的抗裂性不仅取决于 fp，而是取决于卡。当然，还取决于收缩变形（；）的大小。因此，引起混凝土早期开裂的原因不仅是收缩值大小和由混凝土水化引起的 温度增高值，更确切地说，混凝土开裂是混凝土内部的湿度梯度和温度梯度高性能混凝土选用的水泥性能上表现为早期水化快，水化热发展快；同时， 施工单位和建设单位为加快项目进度， 要求较高的早期强度，为了满足早期强度
14、的需要，配合比设计中28天强度超标相当普遍；泵送混凝土施工需要较高的流 动性。因此，泵送施工的高性能混凝土的单方混凝土的水泥用量大、水灰比小， 在早期不仅收缩较大，且内部结构形成的速率大于抗拉强度的增长率，E的增长 比fp增长快，所以高性能混凝土的早期抗裂性差。表面系数大的超长结构构件，虽然其中心温度不是很高，但混凝土表面水的 蒸发速率大于泌水的速率，水分得不到及时补充，表面产生很大的湿度梯度和温 度梯度，更加速了混凝土的早期开裂。4早期裂缝的控制措施本项目所处环境为U -a，设计限定的最大裂缝宽度为0.2mm。根据专家论证 意见，确定了裂缝处理措施。对于不超过 0.2mm裂缝，采用环氧树脂封
15、闭，对 于大于0.2mm的表面裂缝及浅层裂缝，采取化学压力灌浆处理。后续混凝土板 施工中采取如下措施来控制早期裂缝。4.1按大体积混凝土组织混凝土施工大体积混凝土指混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产 生的混凝土【3】。本项目属于超长混凝土结构，厚度 800mm,虽未达到1m,但其体量足够 大，必须采用相应的技术措施妥善处理混凝土表面与中心的温度差值， 是大体积 性的混凝土。应按大体积混凝土进行专项施工组织设计，确定混凝土施工方案。4.2温度监测进行浇筑体温度应力和收缩应力计算，确定施工阶段主要抗裂构造措施。4.3明确混凝土原材料的控制指标考虑各种原材料对混凝土开裂的影响， 监理项目师加强对拌合站的原材料入 仓检
