大体积混凝土裂缝控制.docx

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大体积混凝土裂缝控制

如何控制大体积混凝土裂缝

关键词：

桥梁工程大体积混凝土裂缝原因控制

 桥梁建设中大体积混凝土应用越来越多，混凝土在现代桥梁工程建设中已经占据了非常重要的地位，不论什么样的桥梁，大都是采用钢筋混凝土结构，因为该建筑材料价廉物美，施工方便，承载力大，可装饰强的特点，日益受到人们的欢迎。

在我国不论是铁路工程、公路工程还是其它工程建设，钢筋混凝土的应用面可以说是无处不在。

但是，在使用混凝土的同时，由于对混凝土的性能了解不深，在工程完毕后的几天，一个月或者更长一点的时间后，混凝土结构物出现了裂缝或其他不良反应。

尽管我们在施工中采取各种措施，小心谨慎，但裂缝仍然时有出现，有些还造成了无法估量的损失。

为了降低经济损失，减少和控制裂缝的的出现，一些搞混凝土技术的研究人员对混凝土构筑物的裂缝形成，进行了大量的研究和技术探讨，提出解决混凝土裂缝的办法和意见，也取得了较大的科研成果。

而混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌，也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的。

故在某些施工验收规范和工程都是不允许混凝土结构出现有明显的裂缝。

从目前的情况看，设计上对混凝土裂缝有一定范围。

从我国的“混凝土结构设计规范《GBJ10——89》”表3·3·4规定看，其裂缝宽度在不同的环境下，不同的混凝土结构物其裂缝的宽度也有所不同的控制标准，允许裂缝宽度为0.2～0.3mm。

　美国AGl　规范规定裂缝为0.108mm；法国　规范规定裂缝为0.27mm；从不同的国家来看，各国的规范对混凝土构筑物的裂缝都有不同的控制范围和要求，要保证混凝土构筑物不出现裂缝可以说是不可能的。

在我国，对在不同环境下混凝土构筑物，在不同的介质情况下，所规定的混凝土裂缝宽度也不同。

但是，从近代科学关于混凝土工作的研究及大量的混凝土工程实践证明，混凝土结构裂缝是不可避免的，因为使用的混凝土是多种材料组成的一种混合体，且又是一种脆性材料，在受到温度、压力和外力的作用下，都有出现裂缝的可能性。

一、大体积混凝土裂缝产生的原因

实际上，混凝土结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种主要原因。

混凝土桥梁裂缝的种类，就其产生的原因，大致可划分如下几种：

（一）荷载引起的裂缝

　　混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝、次应力裂缝两种。

（二）收缩引起的裂缝，在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。

在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。

混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。

（三）温度变化引起的裂缝混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。

在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。

温度裂缝区别其它裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。

引起温度变化主要因素有：

1.日照。

桥面板、主梁或桥墩侧面受太阳曝晒后，温度明显高于其它部位，温度梯度呈非线形分布。

由于受到自身约束作用，导致局部拉应力较大，出现裂缝。

日照和下述骤然降温是导致结构温度裂缝的最常见原因。

2.骤然降温。

突降大雨、冷空气侵袭、日落等可导致结构外表面温度突然下降，但因内部温度变化相对较慢而产生温度梯度。

日照和骤然降温内力计算时可采用设计规范或参考实桥资料进行，混凝土弹性模量不考虑折减。

3.水化热。

出现在施工过程中，大体积混凝土（厚度超过2.0米）浇筑之后由于水泥水化放热，致使内部温度很高，内外温差太大，致使表面出现裂缝。

施工中应根据实际情况，尽量选择水化热低的水泥品种，限制水泥单位用量，减少骨料入模温度，降低内外温差，并缓慢降温，必要时可采用循环冷却系统进行内部散热，或采用薄层连续浇筑以加快散热。

4.蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当，混凝土骤冷骤热，内外温度不均，易出现裂缝。

（四）施工材料质量引起的裂缝，混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。

配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。

1.水泥安定性不合格，水泥中游离的氧化钙含量超标。

氧化钙在凝结过程中水化很慢，在水泥混凝土凝结后仍然继续起水化作用，可破坏已硬化的水泥石，使混凝土抗拉强度下降。

水泥出厂时强度不足，水泥受潮或过期，可能使混凝土强度不足，从而导致混凝土开裂。

当水泥含碱量较高（例如超过0.6%），同时又使用含有碱活性的骨料，可能导致碱骨料反应。

2.砂、石骨料，砂石的粒径、级配、杂质含量。

砂石粒径太小、级配不良、空隙率大，将导致水泥和拌和水用量加大，影响混凝土的强度，使混凝土收缩加大，如果使用超出规定的特细砂，后果更严重。

砂石中云母的含量较高，将削弱水泥与骨料的粘结力，降低混凝土强度。

砂石中含泥量高，不仅将造成水泥和拌和水用量加大，而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。

砂石中有机质和轻物质过多，将延缓水泥的硬化过程，降低混凝土强度，特别是早期强度。

砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应，体积膨胀2.5倍。

3.拌和水及外加剂，拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。

采用海水或含碱泉水拌制混凝土，或采用含碱的外加剂，可能对碱骨料反应有影响。

（五）施工工艺质量引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向的、斜向的、竖向的、水平的、表面的、深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。

裂缝出现的部位和走向、裂缝宽度因产生的原因而异，比较典型常见的有：

1.混凝土保护层过厚，或乱踩已绑扎的上层钢筋，使承受负弯矩的受力筋保护层加厚，导致构件的有效高度减小，形成与受力钢筋垂直方向的裂缝。

2.混凝土振捣不密实、不均匀，出现蜂窝、麻面、空洞，导致钢筋锈蚀或其它荷载裂缝的起源点。

3.混凝土浇筑过快，混凝土流动性较低，在硬化前因混凝土沉实不足，硬化后沉实过大，容易在浇筑数小时后发生裂缝，既塑性收缩裂缝。

4.混凝土搅拌、运输时间过长，使水分蒸发过多，引起混凝土塌落度过低，使得在混凝土体积上出现不规则的收缩裂缝。

5.混凝土初期养护时急剧干燥，使得混凝土与大气接触的表面上出现不规则的收缩裂缝。

6.用泵送混凝土施工时，为保证混凝土的流动性，增加水和水泥用量，或因其它原因加大了水灰比，导致混凝土凝结硬化时收缩量增加，使得混凝土体积上出现不规则裂缝。

7.混凝土分层或分段浇筑时，接头部位处理不好，易在新旧混凝土和施工缝之间出现裂缝。

如混凝土分层浇筑时，后浇混凝土因停电、下雨等原因未能在前浇混凝土初凝前浇筑，引起层面之间的水平裂缝；采用分段现浇时，先浇混凝土接触面凿毛、清洗不好，新旧混凝土之间粘结力小，或后浇混凝土养护不到位，导致混凝土收缩而引起裂缝。

8.混凝土早期受冻，使构件表面出现裂纹，或局部剥落，或脱模后出现空鼓现象。

9.施工时模板刚度不足，在浇筑混凝土时，由于侧向压力的作用使得模板变形，产生与模板变形一致的裂缝。

10.施工时拆模过早，混凝土强度不足，使得构件在自重或施工荷载作用下产生裂缝。

11.施工前对支架压实不足或支架刚度不足，浇筑混凝土后支架不均匀下沉，导致混凝土出现裂缝。

12.装配式结构，在构件运输、堆放时，支承垫木不在一条垂直线上，或悬臂过长，或运输过程中剧烈颠撞；吊装时吊点位置不当，T梁等侧向刚度较小的构件，侧向无可靠的加固措施等，均可能产生裂缝。

13.安装顺序不正确，对产生的后果认识不足，导致产生裂缝。

如钢筋混凝土连续梁满堂支架现浇施工时，钢筋混凝土墙式护栏若与主梁同时浇筑，拆架后墙式护栏往往产生裂缝；拆架后再浇筑护栏，则裂缝不易出现。

14.施工质量控制差。

任意套用混凝土配合比，水、砂石、水泥材料计量不准，结果造成混凝土强度不足和其他性能（和易性、密实度）下降，导致结构开裂。

　　二、保证大体积混凝土质量及控制裂缝的措施

综上所述，桥梁产生裂缝的原因主要可以归纳为以下三个大的方面：

温度裂缝、缩裂缝及抗拉裂缝。

在施工中可以通过以下措施控制混凝土结构物裂缝的产生。

（一）保证混凝土的质量。

　　保证混凝土的质量主要有以下几个措施：

1.选择合适水泥和严格控制水泥用量

优先采用525R普通水泥，425R普通水泥等高标号水泥，以减少水泥用量。

选用低热水泥，减少水化热，降低混凝土的温升值。

并尽量选用后期强度（90或120天），降低水泥量，并延缓峰值。

在满足设计和混凝土可泵性的前提下，将425R水泥用量控制在450kg／m3，525R水泥用量控制在360kg／m3。

以降低砼最高温升，降低砼所受的拉应力。

　　2.严格控制骨料级配和含泥量

　　选用10.40mm连续级配碎石（其中10.30mm级配含量65％左右），细度模数2.80-3.00的中砂（通过0．315n凹筛孔的砂不少于15％，砂率控制在40％-45％）。

砂、石含泥量控制在1％以内，并不得混有有机质等杂物，杜绝使用海砂。

　　3.选择适当外加剂

可根据设计要求，混凝土中掺加一定用量外加剂，如防水剂、膨胀剂、减水剂、缓凝剂等外加剂。

外加剂中糖钙能提高混凝土的和易性，使用水量减少20％左右，水灰比可控制在0.55以下，初凝延长到5h左右。

为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。

其主要作用为：

（1）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％。

（2）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。

（3）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。

提高水泥浆与骨料的粘结力，提高的混凝土抗裂性能。

混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生。

减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。

（4）掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。

（5）掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。

（6）掺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、改善塑性的功能，我们在工程实践中应多进行这方面的实验对比和研究，比单纯的靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济。

4.选择优化配合比

　　选用良好级配的骨料，严格控制砂石质量，降低水灰比，并在砼中掺加粉煤灰和外加剂等，以降低水泥用量，减少水化热，以降低砼温升，从而可以降低砼所受的拉应力。

　　5.采用切实可行的施工工艺

　　根据泵送大体积混凝土的特点，采用“分段定点，一个坡度，薄层浇筑，循序推进，一次到顶”的方法。

这种自然流淌形成斜坡混凝土的方法，能较好地适应泵送工艺，避免混凝土输送管道经常拆除、冲洗和接长，从而提高泵送效率，简化混凝土的泌水处理，保证上下层混凝土浇筑间隔不超过初凝时间。

根据混凝土泵送时自然形成一个坡度的实际情况，在每个浇筑带的前后布置两道振动器，第一道布置在混凝土出料口，主要解决上部混凝土的振实；由于底层钢筋间距较密，第二道布置在混凝土坡脚处，以确保下部混凝土密实。

随着浇筑的推进，振动器也相应跟上，以确保整个高度上混凝土的质量。

由于大体积泵送混凝土表面水泥浆较厚，故浇筑结束后须在初凝前用铁滚筒碾压数遍，打磨压实，以闭合混凝土的收水裂缝。

6.改进施工技术，施工时加强插筋位置的振捣、抹压、养护。

由于钢筋是热的良导体，易产生大的温度梯度，这是裂缝产生的一个主要环节。

同时加强初凝前的抹压，以消除初期裂缝，并加强早期养护，提高砼抗拉强度。

7.加强砼浇筑后的养护，砼浇筑后，应尽快回填土--土是砼最好的养护材料之一。

目前这是砼保温保湿养护的最有效方法，对预防裂缝是非常有益的。

如采用蓄水法保温养护，在混凝土施工期间可通入冷却循环水，以便加快承台内部热量的散发。

如采用内散外蓄综合养护措施，可有效降低混凝土的温升值，且可大大缩短养护周期，对于超厚大体积混凝土施工尤其适用。

　　8.加强技术管理，加强原材料的检验、试验工作。

施工中严格按照方案及交底的要求指导施工，明确分工，责任到人。

加强计量监测工作，定时检查并做好详细记录，认真对待浇筑过程中可能出现的冷缝，并采取措施加以杜绝。

在变截面施工前，一定要加强预测，并保证预测的科学性。

同时在实施过程中，要切实落实施工方案。

（二）温度的控制和防止裂缝的措施

　　为了防止裂缝，减轻温度应力可以从控制温度和改善约束条件两个方面着手。

控制温度的措施如下：

1.严格控制混凝土入模温度,以降低入模温度，在夏季施工最好避开一天中温度最高的时段采取有效措施降低入模温度，我们一定要注意降低混凝土浇筑时的温度。

可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。

在搅拌过程中向混凝土中添加冰水。

以上这些措施都可以有效的降低混凝土的入模温度。

浇筑混凝土时减少浇筑厚度，利用浇筑层面散热;在混凝土的内部通入冷却循环水，采用循环法保温养护，以便加快混凝土内部的热量散发。

混凝土表面应该覆盖一些织物进行保温、保湿养护，这样不但可以降低混凝土内外温差，防止表面产生裂缝，还可以防止混凝土骤然降温产生贯穿裂缝，并且还可以使水泥顺利水化，防止产生湿度裂缝。

为了及时掌握混凝土内部温升与表面温度变化值，可以在混凝土内埋设一定量的测温点，从而可以更好的了解混凝土的温度变化情况，一旦内外温差超过允许值25℃，好及时采取措施。

　　如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被冻问题，所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。

但另一方面，正是由于天气寒冷，混凝土稳定温度一定较低，往往超过允许温差，不能防止混凝土裂缝要求。

所以，混凝土浇筑温度在冬季施工时一般以5℃～10℃为宜，在浇筑混凝土以前还应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热，对原材料应视气温高低进行加热。

加热石料时应避免过热和过分干燥，最高温度不应超过75℃。

另外还要注意运输中的保温、浇筑过程中减少热量的损失以及保温养护。

4.规定合理的拆模时间，气温骤降时进行表面保温，以免混凝土表面发生急剧的温度梯度；在混凝土的施工中，为了提高模板的周转率，往往要求新浇筑的混凝土尽早拆模。

当混凝土温度高于气温时应适当考虑拆模时间，以免引起混凝土表面的早期裂缝。

新浇筑早期拆模，在表面引起很大的拉应力，出现“温度冲击”现象。

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，与水化热应力迭加，再加上混凝土干缩，表面的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轻型保温材料，如泡沫海棉等，对于防止混凝土表面产生过大的拉应力，具有显著的效果。

5.加强混凝土的测温工作，为及时掌握混凝土内部温升与表面温度的变化值，在浇注高性能混凝土之前按M型埋设若干个并排测温传感器探头和温测管作为测温点，进行对比测温。

测温传感器探头按照平面位置三个断面（左、中、右）和立面位置三个断面（上、中、下）各埋设1根共9根。

循环水管采用镀锌钢管沿着桥墩中心线往两边布设，水管采用工厂加工成形，安装成三个M型连通器，管顶高出墩身表面10-15cm。

第l-5d每2h测温1次，第6d后每4h测温1次，测至温度稳定为止。

从已有施工经验的测温情况看，混凝土内部温升的高峰值一般在3.5d内产生，3d内温度可上升到或接近最大温升。

对于大体积混凝土，现场检测混凝土内芯部温度最高不超过65℃，芯部与表面温差不大于20℃，养护水温与混凝土表面温度之差不大于15℃，控制在规范规定范围内。

   　（三）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寒冷地区的温度骤降也容易形成裂缝。

因此说混凝土的保温对防止表面早期裂缝尤其重要。

　　混凝土的早期养护，主要目的在于保持适宜的温湿条件，以达到两个方面的效果，一方面使混凝土免受不利温、湿度变形的侵袭，防止有害的冷缩和干缩。

一方面使水泥水化作用顺利进行，以期达到设计的强度和抗裂能力。

适宜的温湿度条件是相互关联的。

混凝上的保温措施常常也有保湿的效果。

从理论上分析，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，在施工中应切实重视起来。

四、结语

   　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上的初步探讨，虽然学术界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控制在充许的范围内。