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大体积混凝土裂缝的防治 【摘要】本文结合工程实例分析了大体积混凝土裂缝产生的原因、机理，并针对产生裂缝的原因提出了一套减少裂缝的有效措施，具有一定的实际意义。 【关键词】 混凝土 裂缝 原因 措施 大体积混凝土的最主要特点，是以大区段为单位进行施工，施工体积厚大，由此带来的问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，由此产生的热量又不易导出，造成较大的内外温差，加之混凝土早期的抗拉强度底，弹性模量小，致使混凝土开裂，影响工程质量。首先混凝土表面裂缝的存在会影响构件美观；其次表面裂缝对混凝土的耐久性也产生一定的影响，由于裂缝直接嵌入结构体，所以将减小混凝土保护层厚度，给钢筋锈蚀留下隐患；另外施工时要对裂缝进行二次处理，费工费料。正是上述原因，工程上一直对大体积混凝土出现裂缝的问题比较重视，而混凝土出现裂缝又是很难避免的，这使防治裂缝耗费了大量的人力财力。本人参与的北京制版厂住宅楼及业务用房工程就发生了此类问题，在项目实施过程中通过不断地监测、分析、研究、试验，最终对裂缝的产生原因有了一定的了解，对避免裂缝产生的方法措施作了一些的研究总结，在此提出以与同行们探讨。 1 工程概况 北京制版厂住宅楼及业务用房工程功能为住宅及商业写字楼，结构形式为高层钢筋混凝土框架剪力墙结构，本工程的基础为筏板基础，中间的沉降缝将住宅楼和业务用房分成两个独立的部分。住宅楼筏板，基础底标高-8.5m，筏板厚度为1m，筏板长44.7m，宽28.45m。1m厚底板混凝土量1318.91m3。业务用房部分筏板底标高为-5.3m，筏板厚度为2m，筏板长26.05m，宽25.85m，混凝土量约1200m3。混凝土均为C30。住宅楼和业务用房部分筏板底标高相差3.2m，施工按先深后浅的顺序，先进行住宅楼±0.00以下基础混凝土的施工，后进行业务用房筏板混凝土的施工。本工程混凝土配合比选用见表1 表1 混凝土配合比 强度等级 水灰比 砂率（％） 每方原材料用量（kg/m3） 水化热（KJ） 水泥 砂 石 粉煤灰 水 UEA BD-1 115238 C30P8 0.45 40 330 673 1030 132 205 36 9.8 本工程于2002年4月开工，在住宅楼和业务用房筏板基础地板大体积混凝土的施工过程中，出现了3次较严重的混凝土裂缝现象。分别是住宅楼③－④轴线间施工阶段、业务用房②轴线施工阶段和④轴线施工阶段。 2 原因分析 根据几次裂缝产生的部位、施工操作方法、施工环境、材料用料情况及相应采取改进措施后的实施效果等因素，现场组织了多次专题会议对裂缝产生原因进行分析、研究。成因分析包括： 2.1表面裂缝成因分析 混凝土随着温度的升高（或降低）而体积发生膨胀（或收缩）的现象成为温度变形。大体积混凝土工程，结构截面大，水泥用量多，浇筑以后，水泥放出大量的水化热，混凝土温度升。由于混凝土导热不良，体积过大，相对散热较小，因此，混凝土内部水化热积聚不散发，外部则散热较快，内部升温产生压应力，表面产生拉应力[1]。当温度梯度大到一定程度，表面拉应力σ（t）超过混凝土的极限抗拉强度，混凝土表面就会产生裂缝。 2.2 贯穿裂缝成因分析 随着水泥水化反应的结束以及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段。随温度降低，体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发的，降温阶段混凝土温度场的分布仍就是中心温度高，表面温度低的状态，因此混凝土中心部分与表面部分的冷却程度不同，在混凝土内部产生较大的内约束，同时地基和边界条件也对收缩的混凝土产生较大的外约束。内外约束的作用使收缩的混凝土产生拉应力，大体积混凝土随龄期增长，强度增大，弹性模量提高，徐变影响减小。因此，降温收缩产生的拉应力较大，除了抵消升温时产生的压应力以外，在混凝土中形成了较高的拉应力，从而引起大体积混凝土的贯穿裂缝[2]。 结合以往的经验，通过对各种情况的对比与试验分析，最终认为产生裂缝的原因很多,除了荷载、温度、收缩、不均匀沉降等原因外，还有以下几项原因： 1、 原材料质量低劣：砂石含泥量过大、砂的细度模数太小。 2、 配合比不当：坍落度和单方水泥控制不当。 3、 施工方法不当：负弯矩钢筋被踩。养护时间短、二次收光时间不当、支模刚度不够。 4、 人员因素：操作人员质量意识差、技术素质低、技术交底不祥。 5、 环境因素：混凝土开浇时间控制不当：如太阳曝晒，出现了不均匀沉降的现象等。 3 机理分析 3.1 大体积混凝土对原材料的要求 3.1.1水泥 大体积混凝土施工宜采用低热水泥，水泥的水化热是其矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物成分和调整水泥粉末细度措施。为此该工程选用琉璃河水泥厂生产的P042.5水泥，4天水化热314KJ/Kg。 3.1.2骨料 应选用级配良好的骨料，粗骨料粒径在5～40mm，细骨料以中粗砂为宜，并应严格控制砂、石的含泥量，使其不超过3%和1%。 3.1.3 活性混合材料 本工程掺入一定量粉煤灰活性材料，“分解”水化热，同时改善混凝土和易性。掺入粉煤灰可保证设计强度不变的情况下，延长混凝土凝结时间，避免施工缝出现。掺入粉煤灰可降低混凝土徐变、干缩性和热膨胀系数，提高抗泌水性和离析，混凝土抗渗性显著增加。 3.1.4外加剂 大体积混凝土施工所用外加剂与普通混凝土有所不同，应具备下列特点：1）缓凝作用：外加剂的缓凝作用可使水泥水化放热速率减慢，有利于热量消散，使混凝土内部温升降低。2）高效减水作用：高效减水作用能大幅度减少混凝土拌和用水量，在W/C保持基本不变的情况下，可大幅度减少混凝土的水泥用量，亦即降低产生水化热的内因。本工程使用减水剂BD-1具有减水和缓凝双重作用，延长混凝土凝结时间，保证混凝土整体性浇筑，同时加长混凝土内部散热过程，避免温度裂缝。 3.2 大体积混凝土的施工工艺 大体积混凝土的施工工艺为：施工准备－浇筑工艺－振捣－泌水处理－表面处理等。主要步骤为浇筑和振捣，所以应尽可能地降低混凝土的入模温度。如采用地下凉水或冰水拌制混凝土，砂、石子料场搭设防晒棚。其次大体积混凝土基础的整体性要求高，要求混凝土连续浇筑，一气呵成。施工工艺上应做到分层浇筑、分层捣实，并控制浇筑层厚度和进度。根据整体性要求、结构大小、钢筋疏密、混凝土供应等具体情况，混凝土的浇筑采用平面和斜面相结合的分层方法，将住宅楼分3层，业务用房分5层，斜面分层每层厚度300－450mm。使用插入式振捣棒，垂直振捣和斜向振捣操作时，快插慢拔，避免分层离析或形成空洞，且应上下抽动，振捣均匀。分层灌注时振捣上层应插入下层5cm左右。每点振捣20－30秒，视混凝土表面不再显著下沉，不再出现气泡、泛出灰浆为止。20－30分钟后进行复振。每振捣完一段，要随即摊平。浇筑完10小时内抹平一次。初凝前2小时进行二次抹压。最后要认真进行热工计算，加强测温工作，采取保温养护，减少大体积混凝土内外温差。测温点的布置如图1： 图1测温点布置图 每组测温点设三个测温孔布置成三角形，分别测底板底部、中部和表面的温度，测温孔间距600。 测温点布置在底板边缘和中间，避开墙和反梁，共10个。 测温孔用埋设Ф20～25薄壁钢管形成。埋设前，钢管按要求长度下料，下端焊钢筋头堵死，上端用塑料布包严，埋设时上端预留10cm。 加强混凝土的养护也是很重要的。大体积混凝土施工时，应边浇注边覆盖，保温养护5～7d后进行浇水养护。因为新浇注的大体积混凝土，由于正处于升温阶段，如果浇水或浸没在水中，混凝土外部突然冷却，造成内外温差过大，则容易产生严重裂缝，因此应避免早期浇水。 4 大体积混凝土控制裂缝开展的具体措施 大体积混凝土和普通混凝土相比，除了必须满足普通混凝土的强度、整体性和耐久性要求外，主要就是如何控制温度变形裂缝的发生和开展。大体积混凝土应设法降低混凝土内部的最高温度，减少其内外温差，这涉及到结构物平面尺寸、结构厚度、约束条件、钢筋布置、混凝土材料、施工工艺和养护条件等方面。 控制大体积混凝土裂缝的技术措施具体包括以下几方面： 4.1 降低水泥水化热 选用低水化热或中水化热的水泥配制混凝土；充分利用混凝土后期强度，较少每立方米混凝土中水泥用量；采用粉煤灰混凝土，强度等级的龄期定为60天，掺加相应的减水剂，改善和易性。降低水灰比，以达到较少水泥用量、降低水化热的目的。 4.2 降低混凝土入模温度 尽量避开炎热天气浇筑混凝土；用低温水搅拌；对骨料进行予冷或对骨料进行遮盖，以防日晒升温；掺加缓凝型减水剂；对混凝土入模温度实际测量并记录。 4.3 加强施工中的温度控制 住宅楼底板厚1.0m，采用1层塑料布、两层阻燃草袋并蓄水以保温、保湿。根据当时气候条件、混凝土所用水泥、混凝土配合比、掺和料和外加剂、混凝土厚度、保温材料，进度大体积混凝土热工计算，保证混凝土表面和内部温差布超过25ºC；业务用房底板厚2.0m，因气温较高，板加厚，通过热工计算，采用塑料布加草帘子蓄水保温、保湿；按要求布置测温孔。根据实测温度调整养护材料和养护覆盖时间。如大气降温或保温不到位，内外温差接近甚至超过25ºC时，应加强覆盖保温；蓄水、保温养护时间不小于10天，以提高混凝土早期强度的增长。 4.4 为了防止温度裂缝的开展，在住宅楼底板混凝土边缘加防裂钢筋，Φ10@360，双向。 5 结语 通过对裂缝产生的原因、机理的分析，采取一定的针对性的措施，大体积混凝土的裂缝是可以减少到合理范围的。但由于裂缝产生的原因很复杂，要做到完全避免裂缝的产生还有一定的难度，还需要大量的研究和实践。控制和预防大体积混凝土裂缝，是一项系统工程，牵涉到设计、原材料的选择、施工工艺、养护等以及其他一些不确定的因素。任何一个环节出现了问题，都会导致混凝土的开裂。影响大体积混凝土裂缝的因素虽很多，但主要原因是温度应力。作为工程技术人员，应了解混凝土内部的温度变化规律，合理选择水泥品种，严格控制水泥用量，掺加适量的混合材料和外加剂，优化混凝土配合比，合理施工，实时监测，加强养护，其次，要对混凝土裂缝进行认真研究，区别对待，采取合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来防止裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件的安全。本回答被提问者采纳

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