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砼开裂及防治论文

大体积砼裂缝的原因及施工防治

1、导言

       随着社会的发展，大体积混凝土的应用越来成为基础建设中最为普通的施工材料，而大体积混凝土普遍遇到裂缝控制问题，这是因为大体积混凝土，聚集的大量水化热会导致混凝土内外散热不均匀，在受到内外约束的情况下，混凝土内部会产生较大的温度应力并很可能导致裂缝产生，最终为工程结构质量埋下严重质量隐患。

因此，大体积混凝土施工中应严格控制裂缝产生和发展，以保证工程质量。

那么到底什么是大体积砼呢？

日本建筑学会标（JASS5）规定：

“结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部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”。

还有其他大体积砼的定义：

大体积砼指的是最小断面尺寸大于1m以上的砼结构，其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝开展的砼结构。

（该定义摘录自建筑施工手册缩印版第二版建筑施工手册第三版编写组1999年1月第二版中国建筑工业出版社）一般为一次浇筑量大于1000m3或混凝土结构实体最小尺寸等于或大于2m，且混凝土浇筑需研究温度控制措施的混凝土。

所属学科：

电力（一级学科）；水工建筑（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布

       2.大体积混凝土裂缝类型及裂缝产生原因分析

       大体积混凝土结构裂缝主要包括干燥收缩裂缝、塑性收缩裂缝、自身收缩裂缝、安定性裂缝、温差裂缝、碳化收缩裂缝等。

       2.1 收缩裂缝。

       混凝土在逐渐散热和硬化过程中会导致其体积的收缩，对于大体积混凝土，这种收缩更加明显。

如果混凝土的收缩受到外界的约束，就会在混凝土体内产生相应的收缩应力，当产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。

影响混凝土收缩的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品种。

混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土收缩就越大。

水泥品种对干缩量及收缩量也有很大的影响，一般中低热水泥和粉煤灰水泥的收缩量较小。

       自身收缩是混凝土收缩的一个主要来源。

自身收缩与干缩一样,是由于水的迁移而引起的。

但它不是由于水向外蒸发散失，而是因水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降形成弯月面，产生所谓的自干燥作用，导致混凝土体的相对湿度降低及体积减小最终自身收缩，水灰比对自身收缩影响较大，一般来说，当水灰比大于0.5时,其自干燥作用和自身收缩与干缩相比小得可以忽略不计；但是当水灰比小于0.35时，体内相对湿度会很快降低到80%以下，自身收缩与干缩则几乎各占一半。

       自身收缩主要发生在混凝土拌合后的初期。

因此在摸板拆除之前，混凝土的自身收缩大部分甚至全部已经完成。

在大体积混凝土里，即使水灰比并不低，自身收缩量值也不大，但是它与温度收缩叠加到一起,就要使应力增大,所以在水工大坝施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。

但是，许多断面尺寸虽不很大，且水灰比也不算小的混凝土，也必须考虑水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂影响,也需要考虑将温度收缩和自身收缩叠加的影响。

       塑性收缩也是大体积混凝土收缩一个主要来源。

在水泥活性大、混凝土温度较高或者水灰比较低的条件下,混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍微受到一点拉力，混凝土的表面就会出现分布不规则的裂缝。

出现裂缝以后，混凝土体内的水分蒸发进一步加快，于是裂缝迅速扩展。

所以在这种情况下混凝土浇筑后需要及早覆盖养生。

       2.2 温差裂缝。

       混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。

温差裂缝产生的主要原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。

特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。

温差的产生主要有三种情况:

第一种是在混凝土浇筑初期，这一阶段产生大量的水化热，形成内外温差并导致混凝土开裂，这种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天（升温阶段）。

另一种是在拆模前后，这时混凝土表面温度下降很快，从而导致裂缝产生。

第三种情况是当混凝土内部温度高达峰值后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值即内部温差。

这三种温差都会产生裂缝，但最严重的是水化热引起的内外温差。

       2.3 安定性裂缝。

       安定性裂缝表现为龟裂,主要是由于水泥安定性不合格而引起的。

       3.裂缝的防治措施

       3.1 没计措施

（1）精心设计混凝土配合比。

在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）、二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）、一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。

（2）增配构造筋，提高抗裂性能。

应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.3~0.5%之间。

       （3）避免结构突变产生应力集中。

在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。

       （4）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。

       （5）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。

如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。

       3.2 原材料控制措施

（1）尽量选用低热或中热水泥（如矿渣水泥、粉煤灰水泥），或利用混凝土的后期强度（90d~180d）以降低水泥用量，减少水化热（因为每加减10Kg水泥，温度会相应增减1℃，水化热与水泥用量成正比）。

在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。

因为这种水泥在水化膨胀期（1~5d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力可部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。

（2）适当掺加粉煤灰。

混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水等。

       （3）选择级配良好的骨料。

骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的8o%~83%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。

一股来说，可以选用粒径4mm~4omm的粗骨料，尽量采用中砂，严格控制砂、石子的含泥量（石子在1%以内，砂在2%以内）。

控制水灰比在0.6以下，还可以在混凝土中掺缓凝剂，碱缓浇筑速度，以利于散热。

另外还可以考虑在大体积混凝土中掺加坚实无裂缝、冲洗干诤、规路为l50mm~300mm的大块石。

掺加大块石不仅减少了混凝土总用量，降低了水化热，而且石块本身也吸收了热量，使水化热能进一步降低，对控制裂缝有一定好处。

       （4）适当选用高效减水剂和引气剂，这对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。

       3.3 施工方法控制措施。

       大体积混凝±施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，降温速度不应超过0.5℃~1.0℃/h。

对大型设备基础可采用分块分层浇筑（每层间隔时间5d~7d），分块厚度为1.0m~1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。

当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时,在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层（浇二度沥青胶撒铺5mm厚砂子或铺二毡三油），底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少约束作用。

此外，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。

尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。

尽量采用两次振捣技术,改善混凝土强度，提高抗裂性。

还可根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。

       3.4 温度控制措施。

       混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极其敏感的。

当混凝土从零应力温度降低到混凝土开裂温度时，混凝土拉应力超过了此时的混凝土极限拉应力。

因此，通过降低混凝土内水化热温度和混凝土初始温度，减少和避免裂缝风险。

       人工控制混凝土温度的措施对早期因热原因引起的裂缝作用不明显。

比如表面保温材料保护可以减少内外温差，但不可避免地招致混凝土体内温度很高，从受约束而导致贯穿裂缝的角度看，是一个潜在恶化裂缝的条件。

因为体内热量迟早是要散发掉的。

另外人工控制混凝土温度还需注意的问题是防止过速冷却和超冷,过速冷却不仅会使混凝土温度梯度过大，而且早期的过速超冷会影响水泥-胶体体系的水化程度和早期强度，更易产生早期热裂缝。

超冷会使混凝土温差过大，引起温差裂缝浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。

白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。

混凝土泵送时，可在水平及垂直泵管上加盖草袋并喷冷水。

4、施工控制及防治

       虽然大体积混凝土裂缝产生的原因很多,但只要严格按规范规定施工，根据不同情况认真积极的探索裂缝产生的原因，及早采取相应的预防措施，严格控制施工过程质量关，就能有效地控制大体积混凝土结构的裂缝，保证工程质量。

在施工过程中注意以下几点，方可尽量减少裂缝在砼结构中造成的危害。

一、大体积砼工程的浇筑方案

大体积砼浇筑时，浇筑方案可以选择整体分层连续浇筑施工或者推式连续浇筑施工方式，保证结构的整体性。

砼浇筑宜从低处开始，沿长边方向自一段向另一段进行。

当砼供应量有保证是，宜可多点同时浇筑。

二、大体积砼的振捣

砼应采取振动棒振捣

在震动界限以前对砼经行二次振捣。

排除砼因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高砼与钢筋的握裹力，防止因砼沉落而出现的裂缝，减少内部裂缝，增加砼的密实度，使砼抗压强度提高，从而提高抗裂性。

三、大体积砼的养护

大体积砼应进行保温保湿养护，在每次砼浇筑完毕后，除应按照普通砼养护外尚应及时按温控技术措施的要求进行养护，从而提高抗裂性能。

保湿养护的持续时间不得少于14天，应该经常检查塑料薄膜或养护剂涂层的完整性情况，保持砼表面湿润。

四、大体积砼防裂技术措施

宜采用以保湿保温为主体，抗放兼施为主导的大体积砼温度控制措施。

由于水泥水化热引起砼浇筑体没温度剧烈变化，施砼浇筑内部的温度—收缩应力剧烈变化，而导致砼浇注体或者构件发生裂缝。

因此，应在大体积砼工程设计、设计构造要求、砼强度等级选择、砼后期强度利用、砼材料选择、配比设计、制备、运输、施工，砼的保温保湿养护以及砼硬化过程中浇筑体内温度及温度应力的监测和应急预案的制定等技术环节，采取一系列的技术措施。

1）大体积砼工程施工前，宜对施工阶段大体积砼浇筑的温度应力及收缩应力进行试算，并确定施工阶段大体积砼浇筑的温度峰值，里表温度差及降温速率的控制指标，制定相应的温度控制目标措施。

温度控制指标应符合下列规定：

（1）砼浇注体入模温度基础上的温度升值不宜大于50度

（2）砼浇筑体的里表温差不宜大于25度

（3）砼浇注体的降温速率不宜大于2.0度/天

（4）砼浇筑体表面与大气温度差不宜大于20度

2）大体积砼配合比的设计应符合工程设计所规定的强度等级、耐久性、抗渗性、体积稳定性等要求外，尚应符合大体积砼施工工艺特性的要求，并应符合合理使用材料、减少水泥用量、降低砼绝热升温升值的要求。

3）在确定砼配合比时，应根据砼的绝热升温、温控施工方案的要求等，提出砼制备时粗细骨料和拌合用水及入魔温度控制的技术措施。

如降低拌合水温度（拌合水内加冰块或者地下水）；骨料用水冲降温，避免暴晒等。

4）在砼制备前，应进行常规配合比实验，并应进行水花热、泌水率、可泵性等对大体积砼控制裂缝所需的技术参数的实验；必要时其配合比设计当通过试泵送。

5）大体积砼应选用中低热硅酸盐水泥或者矿渣硅酸盐水泥。

大体积砼施工用水泥3D的水化热不宜大于240KJ/KG,7天的水化热不宜大于270KJ/KG.

6）大体积砼配制可掺入缓凝\减水\微膨胀的外加剂,外加剂符合现行国家标准<砼外加剂>（GB8076）\<砼外加剂应用技术规范>（）GB50119和有关环境保护的规定.

7）及时覆盖温度保湿材料进行养护\并加强温度管理

8）超长大体积砼应选用留置变形缝\后浇带或者采取跳仓法施工控制结构不出现有害裂缝

9、结构配筋,配置控制温度和收缩的构造钢筋

10）大体积砼宜采用二次浇捣工艺,浇注面应及时进行二次抹压处理,减少表面收缩裂缝.

5、结束语

大体积砼裂缝会给施工工程质量造成很大的质量隐患，应该引起我们有足够的重视。

虽然裂缝原因很多，但是我们严格按照施工规范要求以及我们积累的经验进行严格控制施工过程中的各个细节问题，相信我们会有很大的改观。

为大体积砼的结构质量问题作出应有的努力。

严格控制大体积砼裂缝的产生，为大体积砼的结构质量作出最大质量保证!