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4 2 江苏建筑 2 0 1 4年第 5期( 总第 1 6 4期 ) 混凝土的裂缝分析与控制案例 徐明 ( 江 苏省 宏源 电 力建设监 理 有 限公 司 。 江苏 南京 2 1 0 0 2 4 ) 【 摘 要】 文章通过一地下构筑物大体积混凝土浇筑后出现表面裂缝的实例， 从设计、 混凝土配合比及原材料、 ／, ~ x - 、 养护 及温度控制等方面对混凝土裂缝产生原 因进 行 了全面的综合分析 。 并提 出 了相应 的预 防控制措施。 [ 关键词] 大体积混凝土； 混凝土裂缝； 水化热； 原因分析； 措施 [ 中图分类号] T U 3 7 5 [ 文献标识码】 B[ 文章．~] 1 0 0 5 — 6 2 7 0 ( 2 0 1 4 ) 0 5 — 0 0 4 2 — 0 3 Cr a c k Ana l y s i s a nd Co n t r o l o f M a s s Co nc r e t e Co n s t r uc t i o n XU Mi n g ( J i a n g s u Ho n g y u a n P o w e r C o n s t r u c t i o n S u p e r v i s i o n C o ． ， L t d ， N a n j i n g J i a n g s u 2 1 0 0 2 4 C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h i s p a p e r b a s e d o n a n e x a mp l e o f a p o s t — — c a s t i n g s u r f a c e c r a c k o f a n u n d e r g r o u n d s t r u c t u r e o f ma s s c o n c r e t e ，p u t s f o r w a r d a c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s o f r e a s o n s f o r c o n c r e t e c r a c k s i n t e r ms o f d e s i g n ， p r o p o ~i o n o f c o n c r e t e ，r a w ma t e r i a l s ，c o n s t ruc t i o n ， ma i n t e n a n c e a n d t e mp e r a t u r e c o n t r o 1 ． C o r r e s p o n d i n g p r e v e n t i o n a n d c o n t r o l me a s u r e s a r e a l s o i nt r o d u c e d ． Ke y wo r d s ： ma s s c o n c r e t e ； c r a c k ； h y d r a t i o n h e a t ； r e a s o n a n a l y s i s ； me a s u r e s 在 电力工程 以及化工 、 钢铁等 大中型建设项 目中 ． 许多 建筑物基础 、 大型设备基础 、 现浇的连续墙式结构 、 地 下构筑 物等都是大体积混凝土结构 ．而在大体积混凝土工程施工 中． 经常由于水泥水化热引起混凝土内部温度和温度应力剧 烈变化 ． 而导致混凝土产生裂缝 。 在混凝 土结构中 。 出现不 同 程度 、 不同形式 的裂缝 ． 是相当普遍的现象 ， 而且结构物的裂 缝也是不可避免 的． 但如何控 制工程结 构裂缝 ． 尽量避免 出 现贯 穿性及纵深裂缝 ． 防止有 害裂缝 ． 则是建筑工程 中的技 术难题 ． 特别是对 比较重要的建构筑物将显得尤为重要_ lJ 。 在 某电站工程建设 中， 承包商精心组织 ， 精心施工 ， 质量控制严 格 ． 但在冷却水泵房挡流墙区域施 工后 还是 出现裂缝 ． 经 过 观测 ． 虽然都为表面裂缝 ， 但我们还是组织承包商 、 业主 、 试 验室等部 门对裂缝产生原因进行了探讨分析 ． 并采取了相应 的控制措施 ． 以期有效控制混凝 土裂缝的产生 。 1 施 工概 况 该项 目为国外设计 ． 冷却水泵房大部分属于地下结构 ． 挡流墙位于基础底板上 ．是泵房两进 水 口之间的钢筋混凝 土墙 ．平面 尺寸 为 2 0 ． 8 0 mx l 1 ． 5 3 m．高 6 ． 7 4 m，标 高为 一 1 4 ． 7 m～8 ． 0 0 m．混 凝土 强度 等级 为 B 3 0 ( 相 当于 中 国 C 3 0 ) ． 抗渗等级为 WI O ． 要求采用抗硫 酸盐水 泥。 承包商根据工程特点以及施工能力 ． 将此区域分为 3层 施工． 高度分别为 2 ．4 4m， 2 ．4 4i n 及 1 ． 8 6in。 施工采用大模板 ． 高度为 2 ． 4 4 m。第 1 层混凝土标 高为一 1 4 ．7 4 m ～ 1 2 ． 3 0 m． 体 积为 4 8 9 m 3 。 在区域的中部及边缘部位埋设 2 组 测温点 ． 每 组分 别在上部 、 中部 、 下部 3个 不 同高度 处设 3个 测点 ， 另 外 ， 在 混凝 土表 面、 侧面保温层 内、 保 温层外 各设 1 个测点 。 整个测温采用 I C S 一 0 l 循 回测温仪 本区域混凝土 5月份施 工 ， 混凝 土 由搅拌站 统一生产供应 ， 并采 用 2台泵 车泵送 ， 混凝 土人模 温度最高为 2 4 ． 6 ~ C．混凝土浇 筑采 用斜面分层 法浇筑 混凝土终凝后 ， 表 面覆 盖 2层草帘 、 1 层 塑料 薄膜 ， 侧面挂 1 层草帘进行保温保湿养护 混 凝土浇筑后 ， 即进 行测温 ， 从测温 记录观 察 ， 混凝 土 核心最高温度 7 5 ℃． 混凝土 内外温度未超过 2 5 ℃( 理论计算 核心温度 6 7 ．5 ．降温递度前 1 4 d控制在 3 ~ C ／ d以内 ． 1 4 d 后控 制在 1 ． 5 ℃／ d以内 ) 。实测降温速度见表 1 。 2 裂缝情况 在掀 开混 凝土表面养护层及侧面模板拆除后 ．发 现表 面与侧面产生裂缝 ．表面有 3条分布 比较均匀 的通 长横向 裂缝 ． 端部 1 条 6 in长的纵向裂缝 ． 侧面 出现相应 于横 向裂 缝位置的竖 向裂缝。裂缝的宽度 、 深度如表 2所示 ． 其中 1 # 及 2 #为表面纵 向裂缝 ， 3 ．f } 、 4 # 、 5 撑、 6 # 、 7 # 、 8 #为 表面横 向裂 缝 ， 9 # 、 1 0 # 、 1 1 #为侧面 裂缝 。通过分析 ， 考虑该结构所处环 境 ． 保 护层 厚度 满足设计要求 ． 钢筋混凝土裂缝 宽度未超过 0 ． 4 m m．确定 该区域裂缝为表面裂缝 ．侧面裂缝做封 闭处 【 收稿日~1 2 0 1 4 ． 0 4 ． 2 8 【 作者简介】 徐 明 ， ! g ( 1 9 6 7 一 ) ， 江 苏 省 宏 源 电 力 建 设 监 理 有 限 公 司 高 级 工 程 师 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 4年第 5期 ( 总第 1 6 4期 )4 3 理 ． 表面裂缝凿 V形槽后 与上层混凝土一起浇筑处理。 3 裂缝原 因分析及控 制措 施 混凝 土裂缝在 施工中是一种常见的质量通病 ．而大体 积混凝 土更容易产生裂缝 ． 混凝土结构所 出现 的裂缝 ， 有 的 破坏结构的整体性 ． 影 响结构 的承载能力 ： 有 的虽对结构无 多大影 响 ， 但会 引起钢筋锈 蚀 ． 降低结构物 的耐久性 ． 或发 生渗漏 。 影 响建 筑物正常使 用 ： 另外 ， 裂缝 的存 在影响建筑 物的外观 ． 给使用者不安全 的感觉嘲 。 混凝 土产生裂缝的原因很多 ． 有材料 自身的因素 ． 也有 外部环境作用的因素 而裂缝产生大部分直接原 因主要是 温度收缩 ． 这是 内因 ． 而内因是 由施工多环节 的外 因而 引起 的 ． 针对本工程 大体积混凝土 出现 的裂缝 ． 结合项 目具体情 况 ． 将从设计 、 配合比及原材料 、 施工 、 养护及温控等方 面进 行综合分析 3 ． 1 设计方面 3 ． 1 ． 1原因分析 人们一般将裂缝归结为施工阶段混凝土 的裂缝 ．这是 按裂缝出现的时段来定义 的．并不意味着裂缝的责任全 由 施工方来承担 ． 恰恰相反 ． 设计一方关于混凝土强度等 级的 确定 、 构造 配筋 的多寡 、 温度收缩和温度应力分析 以及 连接 缝f 包括 申缩缝 、 控制缝等1 的位置等等都应根据大体积 混凝 土的特性在设计 中给出翻 该 工程 由国外设计 的 ． 设计 的方 式 内容特别是构造要求都与 国内有所差别 地下结构 大体 积混凝土 的最佳 构造配筋率为 O ． 5 ％． 因为合理 的配筋 可提 高结构的抗裂性 ． 但设计 中该 区域 构造配筋较少 ． 只有外侧 及表面为 击1 6 @2 0 0 m mx 2 0 0 m m的双向配筋 。施工 图中设 计保护 层为 8 0 m m．实 际施工 中部 分位 置达到 9 0 m m左 右 ．导致表面及侧面形成较厚素混凝土层 ，受到温度 应力 后 ． 容 易产 生裂缝 。而挡 流墙 位于基础底板 上 ， 受 到约 束较 大 ． 温度应力也很难 消散 。 3 ． 1 ． 2 控制措施 由于部分设计 已无法修改 ．中方 已与外方设计 代表就 中外规范差别进行 了商讨 ．由设计后援 院对外方设 计图纸 进行审查 ． 并制定了施工构造要求 ． 尽量使设计 图纸在施工 中满足 中国规范要求 由于在无法更改设计 的情况下 ．在施工 分区表面较薄 弱 钢筋 较少 的 部位 加设 1 2 @ 2 O 0 mm~ 2 0 0 mm双 向 温度 筋 。并且严格控制保护层厚度 ， 在裂缝 敏感部位 ， 根据需要 可在外侧加设钢筋 网片 一 般 结构设计规 范主要解 决的是结 构 的安 全问题 ． 规 范 的规定是结构安全 的下 限． 而不是给出优化的设 计值。因 此 ． 设计工作要解决 的问题是 ． 在满足规 范安 全要求的前提 下解决适用性 问题 3 ． 2 配合 比及原材料方 面 3 ． 2 ． 1 原 因分析 该项 目 B 3 O WI O配合 比设计 见表 3 ．其 中小碎石 粒径 为 5 m m～ 2 0 m m．大碎石粒 径为 1 6 m m～ 3 1 ． 5 m m，水泥为 5 2 5 #抗硫 酸盐水 泥。 经统计 。 5组混凝土试块抗压强度平均 值 为 4 9 ． 0 8 MP a ．而 国外标准 的 B 3 0混凝 土平均 强度应达 到 3 8 ． 5 6 MP a ( 中 国标 准 C 3 0统计强度值 达到 3 8 ． 9 6 M P a ) ， 实 际强度大大超 过标 准统计强 度值 。我国的规范 中规定 大 体 积混凝土 在保证混凝 土强度及坍落 度要求 的前提 下 ． 应 提 高掺 合料及 骨料的含量 ， 以降低单方混凝 土的水泥用量。 所 以可以认 为 ． 该大体积混凝土配合 比中骨料 含量偏 少 ． 水 泥强度等级偏 高 ． 用量偏大 ． 导致水化 热必然增 加 ， 这是裂 缝产生 的重要原 因之一 原材料 主要从水 泥和粗细骨料上分析 。 本工程中通过质保评审选定 了两种优质厂家的抗硫酸盐 水泥和普通硅酸盐水泥 ．冷却水泵房施工中选用 5 2 I 5 抗硫酸 盐水泥。 为了满足该项 目土建工程混凝土性能要求 ， 业主在供 货技术条件中要求抗硫酸盐水泥 2 8 d强度达到 6 0 MP a ( 标准 为 5 2 ． 5 MP a ) 。 这也就可能 相应提高 了水泥细度 ， 细度大必 然 带来 较大的收缩 ． 较高 的强度 同时也会增加水化热 。 施 工 中采用 的粗 细骨料 主要来 源于 现场 就地机 制加 工 ． 砂石 中石粉含量较多 。因在其它类似工 程中也有使用 ， 所 以要 求砂 石含泥量 ( 包括石粉量 ) 不超 过 6 ％。 尽 管这些石 屑粒径较小 ．但这部分石屑的 内比表面积远大于粉煤 灰的 内 比表面积 ． 虽对混凝土强度无影 响 ， 但掺合料 内比表 面积 越大 ． 混凝 土的干缩也就越大 。 3 ． 2 ． 2控制 措施 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 江苏建筑 2 0 1 4年第 5期 ( 总第 1 6 4期 ) 由于工程的特点 ， 在配合 比设计上 ． 采用 了较 大的安全 系数 。但也意识到 ． 在保证强度的前提下 ， 应考 虑大体积混 凝土抗裂问题 目前试 验室及承包商等部 门正在进 行国外 与 中国规范在配合 比设计 、混凝 土强度试 验方 法及 强度检 验评定标准等方面的 比较 ． 以分 区段调整配合 比． 减少大体 积混凝土 中水泥用量 ． 满 足现场大体积混凝 土施工 的需要 通过对现场 2种水泥进行 比较 ．普通硅酸盐水泥 的各 项物理力学性能指标和矿物质组成均能达到抗硫酸盐水泥 的技术指标． 而且水泥水化热源值较低f 普通硅酸盐水泥 7 d 水化 热原值平均为 2 2 9 ~／ k g ． 抗硫酸盐水泥 的 7 d水化热源 值平均为 2 64~ ／ k g ) ．而大体积混凝土中应尽量选用低水化 热水 泥 ． 7 d水化热源值不宜大于 2 5 0 ~／ k g 。 所以后续 施工 大 体积混凝 土 中已用 较低 的 5 2 ．5普通硅 酸盐水 泥代 替抗 硫 酸盐水泥 ． 以减少混凝土的水化热 。 严格控 制大体积混凝 土 施工 用的粗细骨料 含泥量 ． 必要时用水冲洗 ， 保证砂石 中含 泥量 满足规范要求 。 对于大体 积混凝 土， 建议施工时要 严格控制水泥用量 、 单位体积用水量 ．在满足施 工条件下，减小拌 合物的坍落 度 ． 以减小或 防止干缩裂缝和塑性裂缝 的产生 ； 对于大体积 混凝土应选用低热水泥 。 采用分层浇筑 ． 尽 量减 少温度裂缝 的发生 ： 使用混凝土 引气减水剂 ， 这样 可以改善混凝 土的和 易性 ．减少用水量 ．并通过引入气 泡来 提高混凝 土的抗裂 性 ， 从 而减少裂缝 的发生 ； 在混凝 土中掺入超细矿粉能有效 地 降低 水化热 ． 减少混凝 土收缩 。 提高混凝 土耐久性 ， 增强 混凝土 的后期强度 ． 防止 裂缝 的出现 ． 超细矿粉的种类有风 选粉煤灰 、 磨细粉煤 灰 、 磨细水淬高炉炉渣 、 硅铁 厂的硅灰 、 磨细沸石粉 、 磨 细石英粉 等 ， 都是 由工业废粉和天然砂石加 工而成 ． 从 而做 到了变废 为宝 。 3 ． 3 施 工 方 面 3 ． 3 ． 1原 因分析 施工方根据经验 ．将此 区域按大模板的高度分 为 3 层 施 工。但从实 际情况分析 ，平 面尺寸应该不算大 ，但高度 2 ． 4 4 m偏大。 混凝土核心温度较高 ． 而表 面散 热系数相对较 小 ． 水化热消散也就较慢 。 而混凝土水化 变形 的差 异出现的 自约束和温度影响非常相 似， 当内部收缩大 夕 部收缩小时， 则内部出现压应力， 外部出现拉应力， 反之亦然 。 为满足泵送 要求 。 混凝土水灰 比 、 坍落 度较大 ， 且 骨料 比较细 ． 又不是 连续级配 。 施工 中又采用大模板 ， 因此 在振 捣过程 中 ， 混凝 土流动性较 大 。 粗 骨料 容易下沉 ， 而水及 细 骨料留置于侧面及上表面 ．使 侧面及上 表面混凝 土强度 比 较薄弱 ， 而且混凝 土保护层 又较大 ， 钢筋少 ， 这部分混 凝土 受到温度应力 ． 更易产生表面裂缝 由于受设备选型的影响 ， 施工方施工未用布料机 ． 而是 采用管道泵送混凝土 ． 出料 口用 软管连接 ． 浇筑时采用斜面 分层逐 步推进法．也就不容易控制混凝土上下层 之间 的水 化热散发． 3 I 3 ． 2 控制措施 对 于大体积混凝土分块 ， 理论 上没 有明确的界限( 规范 上 只要 求分隔缝不超过 3 0 m) ． 因为分块越多 。 形成的施工 缝也就越多 ， 对混凝 土抗 渗 、 抗震不利 ， 给施工也带来 困难。 承包商对此重新进行了分区 ． 平面尺寸不变 。 只沿高度方 向 分为 1 ． 7 m、 1 ． 7 m 、 1 ． 7 m及 1 ． 64 m。在其它项 目中 。 原则上 规定大体积混凝 土分块尺寸长宽不宜大 于 2 0 m． 高度不宜 大于 1 ． 8 m。 施工 方在进 行混凝 土振 捣过 程 中要严 格按 照规 范进 行 ， 不能欠 振 ， 也不能过振 ， 出现泌水现象 时 ， 要及时 清除表 面积水 混凝 土浇筑后 4 h ～ 6 h内可能在表 面上 出现 塑性 裂缝 ， 可采用二次压光或二次浇灌 层处 理 ， 表面混凝 土终 凝 前用铁滚压实并打毛 ． 使 表面混凝 土密实 ． 就不易 出现收缩 裂缝 。在设备方面 ， 其他 区域 已考 虑采 用布料机 ， 在继续 采 用管道泵送混凝土 的区域 ．要求加强混凝土振捣顺序 和振 捣工 艺 在混凝 土拌制 时建议 加 入适 量钢纤 维或 聚丙 烯纤 维 等 。 形成纤维混凝土 ， 可以明显提 高混凝 土的抗 裂性 在配 制混凝土时加入适 量减缩剂 ．可 以显 著减小混 凝士的早期 自收缩和干燥 收缩 变形 ， 从而大大减少混凝土裂缝的 出现 。 3 ． 4 养护及 温度控 制方 面 3 -4 ． 1 原因分析 施工方在混凝土 浇筑 完后 ． 及时进行 了养护 ． 能够满足 保温要求 ， 但表 面定期洒水润湿措施不力 ． 侧面模板也一直 未拆 ． 养护水无法进入侧 面混凝土 ． 使混凝土表面容易产生 干缩裂缝 在温度 控制 方面 ．一般 认 为混凝 土 内外 温差不 超过 2 5 ℃。 保温就达 到要求 ， 但忽 略 了散热 ， 在 实际情 况 中必须 根据测 温记 录 ． 在保 证温差不超 过 2 5 和 降温速度的条件 下 ． 定 期加减混 凝土表面的覆 盖物 ． 才能使混凝土 内部 的水 化热及早散发 3 ．4 ． 2 控制措施 混凝 土浇筑完后 ， 立 即进行 覆盖养护 ， 在保 温 的同时 ， 应做好混凝 土表 面的湿润 ． 混凝土终凝后 ． 将外模脱 开一缝 隙 ， 以便养护水进入 ， 浇水量 以表 面完全湿润 为宜 。 施工技术人员应经常检查测温记 录 ．保 温养 护措施应 能满足混凝 土浇筑块体 的里外 温差 和降温速度 的温控指标 要 求 ．同时也要根据混凝 土表 面温度与环境温度 的差值及 降温速度来 控制覆盖 物的厚度 4 结语 以上只是就混凝土施工过程中出现裂缝 最直观 的原 因 进行了分析 ．可见混凝土裂缝的产生是多种综合 因素 的结 果 。在实际施工中应该根据工程的不同特点 、 不 同条件 ． 在 施工前 、 施工 中和施工后 ， 采取相 应的预控措施 。 妥善处理 温差的变化 。 正确合理地减少 或消除温度变化 引起 的应力 ． 把混凝土裂缝开展控制到最小程度 ． 或者不出现裂缝 参考文献 ⋯ 1王铁梦． 建筑物 的裂缝控 制『 M1 ． 上 海： 上海科 学技 术 出版 社 ． 1 9 9 3 ． 『 2 】 陈肇元 ， 崔京浩 ， 朱金铨 ， 安明 吉 占 ， 俞哲夫． 钢筋混凝土裂 缝机理与控制措施U 】 ． 工程力学， 2 0 0 6 ， 2 3 ( $ 1 ) ． f 3 1张心斌 ， S i mo n Ch e n ， 程 大业 ， 张 忠． 大体积 混凝 土 裂缝 控 制Ⅱ ] ． 工业建筑， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 1 ) ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m