大体积混凝土裂缝原因预防措施

通过近几年来的现场实践,及查阅相关的技术资料,对混凝土裂缝产生的原因、现场混凝土温度的控制和预防裂缝的措施进行简要的阐述。

一、裂缝产生的原因分析

混凝土中产生的裂缝有多种原因,主要是温度和湿度的变化,混凝土的脆性和不均匀性,原材料不合格(如碱骨料反映),模板变形,基础不均匀沉降等。混凝土硬化期间水泥放出大量水热化热,内部温度不段上升,在表面引起拉应力,后期在降温过程中,由于受到基础或老混凝上的约束,又会在混凝土内部出现拉应力,当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时,即会出现裂缝。许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢,但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、时干时湿,表面干缩形变受到内部混凝土的约束,也往往导致裂缝。混凝土是一中脆性材料,拉抗强度是抗压强度的1/10左右,短期加荷时的极限拉伸变形也只有(0.6~1.0)×104,长期加荷时的极限拉伸变形也只有(1.2~2.0)×104.由于原材料不均匀,水灰比不稳定,及运输和浇注过程中的离析现象,在同一块混凝土中其拉强度又是不均匀的,存在着许多抗拉能力很低,易于出现裂缝的薄弱部位。在钢筋混凝土中,拉应力只要是由钢筋来承担,混凝土只是承受压应力。在素混凝土内或钢筋混凝上的边缘部位如果结构出现了拉应力,则须依靠混凝土自身承担。一般设计中均要求不出现拉应力或者只出现很小的拉应力,但是在施工中混凝土由最高温度冷却到运转时期的稳定温度,往往在混凝土内部引起相当大的拉应力,因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

二、温度应力的分析

温度应力的形成过程可分为以下三个阶段:

(1)早期:自浇筑混凝土开始至水泥放热基本结束,一般约30天。这个阶段有两个特征,一是水泥放出大量的水化热,二是混凝土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,在此期间混凝土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叠加。

根据温度应力引起的原因可分为两类:

(1)自生能力: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,混凝土冷却时表面的温度低,内部温度高,在表面出现拉应力,在中间出现压应力。
(2)约束能力:结构的全部或部分边界受到外界的约束,不能自由变形而一起的应力,如箱梁顶板混凝土和护拦混凝土;这两种温度应力往往和混凝土上的干缩所引起的应力共同作用;想要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,混凝土的徐变使温度应力有相当大的松弛,计算温度应力时,必须考虑徐变的影响,具有计算这里就不在细述。

三、温度的控制和防止裂缝的措施

为了防止裂缝,可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手,现场常用的措施如下:

(1)采用改善骨料级配,用干硬性混凝土,掺混合料,加引气剂或塑化剂等措施以减少混凝土中的水泥用量。
(2)搅拌混凝土时加水或用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度。
(3)热天浇筑混凝土时减少浇筑厚度,最好控制在500mm以内,以便于表面散热;第二层浇筑必须在第一段砼初凝前浇筑完毕。
(4)根据混凝土浇注面积,在混凝土上中下部设置一定数量测温管,定时测定内外温度,前4天每2h测一次,5-7天每4h测一次,8-15天每天一次,并及时记录,确保混凝土内外温差控制在25.以内,做到及时观察,出现温度超偏,可通过调整养护方式来降低温差。
(5)规定合理的拆模时间,以免混凝土表面发生急剧的温度梯度,加强保温养护措施,现场通常采取措施为混凝土浇注后先覆盖一层塑料薄膜,用麻袋装锯末,厚度80~100㎜进行中层覆盖,最后覆盖1-2层100mm厚岩棉被。
(6)夏季施工中长期暴露的混凝土浇筑块表面及侧边,设置专人撒水养护时间不少于14d,有条件的应对基础侧边进行覆土掩盖,避免内部水分蒸发过快,产生裂缝。

改善约束条件的措施是:

(1)合理地分区分块。
(2)避免基础过大起伏。
(3)合理的安排施工工序,避免过大的高差和侧面长期暴露。

此外,改善混凝土的性能,提高抗裂能力,加强养护,防

止表面干缩,特别是保证混凝土的质量对防止裂缝是十分重要,应特别主注意避免产生贯穿裂缝,出现后要恢复其结构的整体性是十分困难的,因此施工中应以预防贯穿性裂缝的发生为主。

在混凝土浇筑初期,由于水化热的散发,表面引起相当大的拉应力,此时表面温度亦较气温为高,此时拆除模板,表面温度骤降,必然引起温度梯度,从而在表面附加一拉应力,与水化热应力叠加,再加上混凝土干缩,表面拉应力达到很大的数值,就有导致裂缝的危险。但如果在拆除模板后及时在表面覆盖一些轻型保温材料,如泡沫海绵等,对于防止混凝土表面产生过大的拉应力,具有显著的效果。加筋对大体积混凝土的温度应力影响很小,因为大体积混凝土的含筋率极低,只是对一般钢筋混凝土有影响。在温度不太高及应力低于屈服极限的条件下,钢的各项性能是稳定,而与应力状态、时间及温度无关。钢的线胀系数与混凝土的线胀系数相差很小,在温度变化时两者间只发生很小的内应力。由于钢的弹性模量为混凝土弹性模量的7~15倍,当内混凝土应力达到抗拉强度而开裂时,钢筋的应力将不超过 100~200kg/cm2,因此,在混凝土中想要利用钢筋来防止细小裂缝的出现很困难,但加筋后结构内的裂缝一般就变的数目多、间距小、宽度与深度较小了。为了保证混凝土工程质量,防止开裂,提高混凝土的耐久性,正确使用外加剂也是减少开裂的措施之一,例如使用减水防裂剂,笔者在实践中总结出其主要作用为:

(1)混凝土中存在大量的毛细孔道,水蒸发后毛细管中产生毛细管张力,使混凝土干缩变形。增大毛细孔径可降低毛细管表面张力,但会使混凝土强度降低。
(2)水灰比是影响混凝土收缩的重要因素,使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25%.
(3)水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素,掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15%的水泥用量,其体积用增加骨料用量来补充。
(4)掺加减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度,减少混凝土泌水,减少沉缩变形。
(5)外加剂混凝土和易性好,表面易摸平,形成微膜,减少水分蒸发,减少干燥收缩。

许多外加剂都有缓凝、增加和易性、改善塑性功能,我们在工程实践中应多进性这方面的研究,比单纯改善外部条件,可能会更加简洁、经济。

四、混凝土的早期养护

实践证明,混凝土常见的裂缝,大多数是不同深度的表面裂缝,其主要原因是温度梯度造成的,寒冷地区的温度骤降也是容易形成裂缝的。因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要;从温度应力观点出发,现场保温应达到下述要求:

(1)防止混凝土内外温度差及混凝土表面梯度,防止表面裂缝。
(2)防止混凝土超冷,应该尽量设法使混凝土的施工期最低温度不低于混凝土的使用期的稳定温度。
(3)防止老混凝土过冷,以减少新老混凝土间的约束。

新浇混凝土中所含水分完全可以满足水泥水化的要求而有余。但由于蒸发等原因常常引起水分损失,从而推迟或防碍水泥的水化,表面混凝土最容易而且直接受到这种不利影响。因此混凝土浇筑后的最初几天是养护的关键时期,在施工中应该切实重视起来。

五、结束语

以上对混凝土的施工温度与裂缝之间的关系进行了理论和实践的初步探讨 ,虽然现在对于混凝土裂缝的成因和计算方法有不同的理论,但对于具体的预防和改善措施意见还是比较统一,同时在实践中的应用效果也是比较好的,具体施工中要靠我们多观察、多比较,出现问题后多分析、多总结,结合多种预防处理措施,混凝土的裂缝是完全可以避免的。

采编：www.pmceo.cOm

篇2：预防大体积混凝土施工裂缝技术攻关方案

　　预防大体积混凝土施工裂缝的技术攻关方案

　　达成铁路扩能改造工程ZQGS-6标的16座双线大桥，设计为C30现浇混凝土承台和桥墩台、盖梁，承台宽度6米、长度为10.1米、厚度为2米，矩形墩宽2.2米，长8.6m左右；以及15座隧道，主要是IV、V级围岩，仰拱回填浇筑最大厚度达2.2m，最小厚度1.4m左右，一次浇筑长度最长为12米；其结构符合有关 “结构单面最小厚度在0.8m后以上、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” 的施工要求。根据工程特点，为预防大体积混凝土施工产生裂缝，特此成立“预防大体积混凝土施工裂缝技术攻关领导小组”，运用裂缝控制理论，研究裂缝原因，提出施工防治措施，确定具体工点，经过实践总结经验推广全线，使我单位工程质量进一步提高。

　　一、 成立技术攻关领导小组

　　预防大体积混凝土施工裂缝技术攻关领导小组

　　组长：*

　　副组长：*

　　组员：**

　　二、 试验工点

　　1、承台：李家湾双线大桥10#桥墩承台

　　2、墩柱盖梁：李家湾双线大桥9#桥墩

　　3、隧道仰拱回填：石鼓咀隧道

　　三、 预期目标

　　1、通过优化混凝土设计配合比，以降低混凝土水化热所产生的温度、收缩变形，而到达予以控制现浇混凝土裂缝产生；

　　2、通过施工控制措施，防止混凝土裂缝产生；

　　3、实现大体积混凝土一次整体浇筑，取消各种处理工作，从而简化施工程序，加快施工进度，提高结构整体性。

　　根据大体积混凝土裂缝产生的原因制定相应措施，经过现场实践，最终实现全标段大体积混凝土结构物无裂缝现象产生。

　　四、大体积混凝土裂缝产生的原因

　　大体积混凝土施工阶段产生的裂缝，一方面是混凝土的内部因素：由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点之间的约束，阻止混凝土收缩变形，而混凝土抗压强度较大，但手拉里却很笑，所以温度应力一但超过混凝土承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值范围内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，对结构的美观性有较大的影响，因此必须予以重视和加以控制。产生裂缝的主要原因有以下几方面：

　　1、水泥水化热

　　水泥在水化热过程中要释放一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，表面系数相对较小，所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水花热无法及时散发出去，以至于月季约稿，使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化热，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际内部的最高温度，多数发生在较诸侯的最初3~5天。

　　2、外界气温变化

　　大体积混凝土再施工阶段，它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。温度应力是由于温差变化造成的，温差愈大，温度应力也愈大。因此，因采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。

　　对于大体积混凝土，因其自身具有保温性能，内部散热比其表面散热要缓慢得多，因此内部温度（混凝土内部温度一般可达到60~65℃）在浇筑后的一段时间里，将比其表面温度高得多。混凝土内部与其表面的温差如果能控制在一定范围内，则混凝土将不会产生表面裂缝（规范规定温度差值为25℃）。

　　3、混凝土的收缩

　　混凝土中约20%的水分是水泥应化所必需的，而约80%的水分要蒸发。多于水分的蒸发引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起的混凝土收缩。如果混凝土收缩后，在处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺和料的品种，以及施工工艺（特别是养护条件）等。

　　五、预防混凝土裂缝的措施

　　根据上述混凝土裂缝产生的原因，采取相应预防措施。

　　1、优化选用原材料

　　（1）水泥：选用水化热低、凝结时间长的水泥，有选中低热矿渣硅酸盐水泥，并控制水泥用量，一般控制在300kg/m3以下；

　　我单位使用的水泥为“富皇牌早强普通硅酸盐水泥”，为了减少单位混凝土中水泥用量，保证混凝土的和易性和可泵性，在混凝土中掺入I级粉煤灰，建议C30混凝土使用标号为42.5#的水泥，同时降低水泥水化热。

　　（2）掺复合型外加剂，控制水灰比，延长缓凝时间

　　依据大体积混凝土裂缝产生的原因，复合型外加剂应具有：减水性能——降低混凝土的用水量，控制混凝土失水收缩；并通过较少用水，降低单位混凝土水泥用量。缓凝性能——延长缓凝时间，减慢水泥水化热释放数度，推迟和降低体内温度峰值。微膨胀性能——微膨胀性能达到补偿混凝土收缩，控制或减少混凝土收缩开裂。

　　（3）严格控制骨料级配和含泥量

　　选用5~31.5mm的级配卵石，细度模数2.8~3.00的中砂。砂、石含泥量控制在1%以内，并不得含有有机制等杂物。

　　2、优化混凝土设计配合比

　　混凝土中砂率控制在40~45%之间，在满足施工条件和强度的条件下，尽可能降低砂率，减小坍落度，降低单位体积水泥用量。经过理论计算，并经过试验优选确定混凝土设计配合比。

　　C30粉煤灰混凝土理论配合比计算：

　　（1） 已知条件：

　　混凝土设计强度等级为C30，其标准偏差σ0=5Mpa；

　　混凝土拌合物坍落度为70~90mm；

　　水泥采用32.5R普通硅酸盐水泥，ρc=3.1g/cm3；

　　粗骨料为卵石，其最大粒径为31.5mm，ρg=2.7g/cm3；

　　细骨料为中砂（混合砂），ρ*=2.6g/cm3；

　　I级粉煤灰，ρf=2.85g/cm3；

　　复合外加剂，减水率18%，掺量1%；

　　（2）优选混凝土配合比方法

　　以既有C30混凝土设计配合比为依据，按已知条件调整单位混凝土水泥用量，通过试验确定。

　　基准配合比：水泥：砂：石：水：粉煤灰：高效减水剂=340：502：1321：165：92：4.32，通过计算单位混凝土水泥用量为：320、300、280的试验强度，确定满足设计混凝土强度的最小水泥用量的配合比。

　　3、控制混凝土入模温度

　　（1）混凝土中的各种原材料，尤其是石子和水，对出机温度影响最大、气温高在砂石堆场设置简易遮阳棚，气温较高时可采取向骨料喷水等措施；

　　（2）夏季施工时，在输送泵送时采取降温措施，以防止混凝土温度升高在搅拌站搭设遮阳棚，搅拌用水用机井现抽的冷水；

　　（3）水泥严禁使用新进场的带有大量热量的水泥，进场的水泥要码在荫凉通风的地方散热一段时间后再用；一般进场水泥需要存放15天后使用。

　　4、混凝土施工

　　（1）混凝土浇筑顺序的安排，以薄层连续浇筑以利散热，不出现冷缝为原则；

　　①采取分层浇筑，每层的厚度为：在基础、无配筋混凝土或配筋稀疏构件中，分层厚度控制在250mm；在梁、柱结构中，分层厚度控制在240mm；

　　②分层浇筑时，应保证在下层混凝土凝结前将上层混凝土浇筑并捣固完毕；

　　③根据一层浇筑混凝土量和混凝土运输能力、两层浇筑完毕间隔时间（一般为2h）确定浇筑方案：

　　全面分层——在整个抹板内全面分层，灌注区面积下为基础平面面积；第一层全部浇筑完毕后浇筑第二层，爹仍在第一层混凝土凝结之前，全部浇筑振捣完毕，如此逐层进行；桥梁承台、墩柱盖梁面积较小宜采用该方法。

　　分段分层——混凝土从底层开始浇筑，进行一定距离以后就回头浇筑第二层，如此向前呈梯形推进；隧道仰拱回填面积较大宜采用该方法。

　　（2）混凝土浇筑振捣过程中的泌水应予以排除；

　　（3）混凝土振捣采用二次振捣的方法加快混凝土的热量散发，使温度分部均匀；振捣采取直上直下，快插慢拔，不过振、漏振，确保混凝土的密实度；

　　（4）灌注完混凝土后将混凝土面抹平整、去除浮浆，在混凝土凝固前二次收浆人工压抹两边，以消除表面收缩裂缝。

　　5、保温、保湿措施

　　（1）混凝土内部中心温度与表面温差应控制在25℃以内；混凝土浇筑实际进行测温；混凝土升温阶段，每隔3h测温一次；混凝土降温阶段，每隔6h测温一次。根据理论和经验，一般混凝土浇筑3天后内部温度达到最高，最高达70℃；之后混凝土内部开始降温，6天后一般在55℃左右。

　　（2）根据本工程特点，混凝土不进行内部温度测量；但根据理论需进行气温、混凝土表面温度的测量；测量记录标如下：

　　混凝土入模温度测量记录表

　　混凝土浇筑日期

　　气温（℃）

　　砼入模温度（℃）

　　但测量混凝土表面温度与混凝土内部理论温度差值差过25℃时，需采取草袋等临时保温覆盖措施

　　（3）混凝土保湿措施：混凝土拆模后，及时采用一层塑料薄膜对结构物进行覆盖封闭，承台、盖梁顶面在塑料薄膜外覆盖草帘作保温。

　　混凝土养护温度控制测量记录表

　　测量时间

　　气温（℃）

　　混凝土表面温度（℃）

　　理论混凝土内部温度 （℃）

　　浇筑后天数

　　测试时间

　　3

　　70

　　4

　　65

　　5

　　60

　　6

　　55

　　（4）本工程混凝土为粉煤灰混凝土，且掺入复合型外加剂具有缓凝作用；因此，要求混凝土养护不得少于14天；在养护过程中，随时注意保湿（洒水）。

　　养护是大体积混凝土施工中的一项关键工作。养护主要是保持事宜的温度和湿度条件，以控制混凝土内表温差，促进混凝土强的正常发展及防治裂缝的产生。

篇3：大体积混凝土施工过程中裂缝控制技术措施

　　大体积混凝土施工过程中裂缝控制技术措施

　　本工程基础底板、基础梁和承台砼属于大体积混凝土范围，承台加底板最厚达2.4m，最多一次浇筑混凝土量约600m3。该混凝土强度等级为C35，抗渗等级为0.8MPa，掺UEA微膨胀剂10%，采用商品砼混凝土。

　　为减少和控制大体积混凝土在施工过程中产生的微观裂缝发展为宏观裂缝（宽度大于0.05mm），建议采用525#矿渣水泥掺入Ⅱ级磨丝粉煤灰（掺量控制在60kg/m3之内）用以降低水泥水化热，改善混凝土可柔性。

　　1、混凝土的绝热量最高湿升Tma*

　　假定在混凝土周围没有任何散热条件，没有任何热损耗的情况下，水泥和水化合后生产反应热，全部转化为温升后的最高温度，也即绝热最高温升，可按下式计算：

　　式中：Tma*--最高绝热浊升（℃）

　　W--每公斤水泥的水化热（J/kg）

　　3d时W=314kJ/kg，7d时，W=354KJ/kg

　　Q--每立方米混凝土中水泥的用量（kg/m3）

　　取Q=400kg/m3

　　C--混凝土的比热，一般可取0.96×103J/kg

　　r--混凝土的容重，取2400kg/m3

　　则3d时混凝土绝热最高温升T3d：

　　℃

　　7d时混凝土绝热最高温升T7d：

　　℃

　　在实际施工过程中，混凝土处于一级散热状态，Tma*应予调整，其调整系数取为0.85，则Tma*调整为：Tma*=61.5℃×0.8=52.3℃。

　　2、养护材料厚度计算

　　当混凝土平仓、抹平后，可在其表面覆盖保温、保温材料，其厚度可按下列计算：

　　式中：δ-养护材料所需的厚度（mm）

　　λ-养护材料的导热系数（W/m·k），

　　取草袋养护，则λ=0.14W/m·k；

　　λ1-混凝土的导热系数（W/m·k），取2.3W/m·k

　　Tma*-混凝土的最高温度（℃）

　　Ta=混凝土与养护材料接触面处的温度（℃），当内外温差控制在25～30℃，则Ta=Tma*-（25～30℃）=27.3～22.3℃。

　　Tb-混凝土达到最高温度时的大气平均温度（℃），取为Tb=10℃。

　　K-传热系数的修正值，取为1.3

　　H-结构物的厚度（m），取2.4m,则

　　由此计算可得，该底板顶面及裸露部分均须覆盖草袋四层，厚度约8cm，且草袋上、下两面间各铺一层塑料薄膜浇水覆盖，这样将会保证满足底板中心混凝土与表面温差、底板表面与室外温差Δ≤25℃的要求，并控制底板施工养护过程中温度裂缝的发生和发展。

　　3、在施工组织管理上采取下列组织技术措施

　　⑴配备足够的混凝土搅拌车和泵车，确保商品砼能一次连续浇捣完毕。

　　⑵现场设临时指挥小组，加强现场调度、平衡，尽量减少商品砼的运输时间和储车场的等待时间。

　　⑶加快浇灌速度，不使混凝土产生冷缝，按斜面分层、薄层浇灌、循序推进，一次到顶的浇筑方法，减少混凝土的暴露面积，从而减少在外界气温下的热量损失。

　　⑷砼振捣时震动棒需直上直下，快插慢拔，插点形式为行列式，插点距离600mm左右，上下层振捣搭接50-100mm，每点震捣时间20-30s。

　　⑸做好混凝土振捣过程中的泌水处理：由于大流动性的混凝土为一个大坡面，泌水沿坡面流到坑底，通过侧模底部开孔将泌水排出基坑，浇筑砼时形成中间集水坑时，及时用水泵将泌水排除，这样可以提高混凝土质量，减少表面裂缝。

　　⑹浇筑混凝土的收头处理是减少表面收缩裂缝，控制底板面标高和平整度的重要措施，因此在混凝土浇捣至标高时，专门安排泥工用长括尺括平多出浮浆，初凝前用铁筒来回滚压2-3遍后，再用抹子打平。