大体积混凝土常见裂缝分析及预防控制措施.pdf

2 0 1 5年 第 3期 ( 总 2 0 3期 ) 安徽建筑 D OI ： 1 0 1 S 3 3 o 4 c n k i 1 0 0 7 7 3 5 9 2 0 1 5 0 3 0 2 8 虽 施 工 技 术 研 究 与 应 用 安 徽 建 筑 墨 湿趟堂 缝 析及预防控制措施 An a l y s i s o f Co mmo n Cr a c k s f or Ma s s Co n c r e t e a n d i t s Pr e v e n t i v e Me a s u r e s 刘 印 ( 上 海 建 科 工 程 咨 询 有 限 公 司， 上 海 2 0 0 0 3 2 ) 摘要 ： 在混凝土结构中经常会出现不同形式、 不同程度的裂缝。裂 缝的 出现不仅会影 响混凝土的外观质量 ， 严重者还将影响 结构的使 用 功能、 使用寿命。混凝土结构裂缝是工程建设中普遍存在的质量问题， 更是长期困扰的一个技术难题 ； 在大体积混凝土中， 裂缝现象尤为严 重。文章通过对混凝土裂缝成因进行分析， 确定裂缝虽不可避免但可 以尽量减轻 ，重点 对控 制大体 积混凝 土裂缝的防范措施进行 了探 讨。 分析表明， 做好混凝土3 - 程裂缝原因分析并采取相应的预防控制措施 十分必要。 关键词 ： 混凝土； 裂缝； 成因； 预控 中闰分类号 ： T U7 5 5 7 文献标识 码： B 文章编号 ： 1 0 0 7 - 7 3 5 9 ( 2 0 1 5 1 0 3 - 0 0 6 4 0 3 0 前言 按照 大体积混凝土规范 ( G B 5 0 4 9 6 2 0 0 9 ) ， 大体积混凝 土是指最小几何尺寸大于 1 m以上的混凝土结构。 与普通钢筋 混凝土相比， 具有体积大、 结构厚、 混凝土量大 、 程条件复杂 和施工技术要求高等特点。 随着我国建筑业的快速发展， 大体积混凝土在工程中的应 用也 日益增多， 比如水利水电工程中的混凝土大坝、 高层建筑 的地下室混凝土底板以及许多大型设备的基础承台等均采用 大体积混凝土浇筑而成。由于大体积混凝土结构断面尺寸大， 混凝土浇筑后， 水泥水化产生大量的水化热 ， 内部温度急剧上 升 ， 与混凝土表面及周围环境形成较大温差 ， 在一定约束条件 下产生相当大的拉应力，当拉应力大于混凝土的抗拉强度时， 混凝土就可能产生裂缝。裂缝一旦形成， 特别是重要的结构部 位出现贯穿裂缝， 危害极大， 不仅会降低结构的耐久性， 削弱构 件的承载力 ， 同时还可能危害到构造物的安全使用。 因此， 有必 要对大体积混凝土裂缝产生的原因及预防措施进行分析研究。 1 裂缝的类型及原 因 形成混凝土裂缝的因素有很多 ， 由于受到不同因素的影响 会形成不同的裂缝 ，混凝土裂缝按其成因大体可分为两类： 收 缩裂缝； 温度裂缝。 收缩是混凝土的固有特性， 收缩裂缝又可细 分为塑性收缩裂缝 、 塑性沉降裂缝 、 自生收缩裂缝以及干燥收 缩裂缝等。 1 1塑性 收缩 裂缝 塑性收缩是新拌混凝土由于表面水分蒸发引起的收缩。 新 拌混凝土颗粒之间的空间完全充满水， 当遇上高风速、 低相对 湿度 、 高气温和高温度的混凝土时， 浆体表面水分不断蒸发， 这 时产生毛细管负压力， 即基质吸力。随着蒸发的继续发展， 毛细 管负压逐渐增大， 产生收缩力， 使浆体收缩， 当收缩力大于基体 的抗拉强度时， 混凝土表面发生开裂。塑性收缩裂缝常见于新 作者简 介： 刘印( 1 9 8 2 -) ， 男， 上 海人 ， 毕业 于同济大学 ， 博士 ； 工程师 ， 主要从事隧道及地下建筑工程的研究与咨询工作。 浇筑的暴露于空气中的混凝土构件表面，尤其是大块板面 ， 如 道路 、 地坪和楼板等， 以夏季施工最为普遍。 气温、 相对湿度与风速等环境条件影响水分蒸发量， 因而 对混凝土塑性收缩有重大影响， 其中尤以相对湿度的影响最为 主要。在具体工程实践中， 建议新拌混凝土的蒸发速度如接近 l k g m h r 时，就应采取预防措施以对付塑性收缩开裂的可能 性 ，如果是水灰 比低于 0 4的混凝 土，蒸发速度应控制在 0 5 k g m h r 以下。 此外， 影响混凝土塑性收缩还包括水灰比、 细 掺料 、 浆骨比、 混凝土的温度和凝结时间等内部因素。 1 _ 2塑性沉降裂缝 在新拌混凝土中，由于骨料的重量密度大于水泥浆体 ， 所 以骨料在浆体中有下沉趋势。 当垂直下沉的固体颗粒遇到水平 设置的钢筋或紧固螺栓等埋设件 ， 或受到侧面模板的摩擦阻力 时， 就会受到阻拦并与周围的混凝土形成沉降差， 结果在混凝 土顶部表面处产生塑性沉降裂缝。 此外， 如果同时浇筑梁、 板或 柱( 墙) 的混凝土， 由于这些构件的深度不同， 有着不同的沉降， 从而在这些构件交接面处形成沉降差并产生塑性沉降裂缝。 塑 性沉降裂缝与混凝土的坍落度有关 ， 坍落度愈大沉降开裂的可 能性愈大。在接近表面的水平钢筋上方最容易形成沉降裂缝， 并随钢筋直径加粗和保护层减薄而趋于严重。 1 3自生收缩裂缝 在已硬化的水泥浆体中， 未水化的水泥继续水化是产生自 生收缩的主要原因。水化使孔隙尺寸减小并消耗水分， 如无外 界水分补给， 就会引起毛细水负压使硬化水化产物受压产生体 积变化即自生收缩。自生收缩主要发生在混凝土硬化的早期 ， 一 般认为混凝土在开始凝结后的几天或十几天内即可完成 自 生收缩 。 影响混凝土 自生收缩裂缝 的因素 主要有 ： 水灰 比、 水泥 类型、 水泥矿物组分、 矿物掺合料 、 高效减水剂和水泥细度等。 水灰比越低， 自生收缩越大 ； 掺加粒化高炉矿渣及硅粉更能加 大自生收缩 ； 水泥细度增加， 早期自收缩值明显增加。 为了控制 自生收缩。 需要在混凝土硬化一开始就加水养护。防止塑性干 缩的一些措施大都有利于改善和控制自生收缩。 1 4干燥收缩裂缝 干燥收缩裂缝是指混凝土硬化过程中， 由水分不断蒸发干 燥而引起的裂缝 。 混凝土干燥收缩主要 由水泥石的干燥 收缩造 成。混凝土的干燥收缩由外向内、 由表及里逐渐发展， 过程非常 缓慢， 即使达到 2 8 d龄期也不能说已经终止， 有的工程可以持 续若干年甚至几十年。干缩裂缝一般产生在表层， 裂缝细微， 宽 度通常在 0 0 5 ra m 0 2 m m之间 ， 纵横交错呈龟裂状， 常常不为 人们所重视， 但是干缩裂缝会加快混凝土碳化， 导致钢筋锈蚀， 不仅会严重损害薄壁结构的抗渗性和耐久性， 对大体积混凝土 而言， 表面裂缝会发展成为更严重的裂缝， 影响结构的耐久性和 承载能力 。 影响混凝土干燥收缩的因素主要有水泥品种和用量、 骨料 品种和用量、 用水量 、 外加剂 、 粉煤灰等火山灰质掺和料 、 混凝 土的施工、 环境条件、 构件尺寸等。 1 5温度收缩裂缝 安徽建筑 2 0 1 5年第 3期 ( 总 2 0 3期 ) 混凝土在硬化过程中，水泥水化会产生大量的水化热， 导 致大体积混凝土内部温度迅速升高。由于混凝土的导热性能 差， 内部的热量不易传至表面挥散出来， 所以， 在混凝土的结构 表面和内部以及混凝土与外部环境之间存在较大温差， 当温度 拉应力超过混凝土 的极 限拉应力时 ， 混凝 土即出现开裂 。 由以上分析可知，由于材料质量及材料化学反应的影响， 混凝土难免会产生裂缝，而从钢筋混凝土结构变形的角度考 虑 ， 在可控范围内的裂缝也是允许的。世界各国对混凝土都有 一 个允许裂缝宽度的限制 ， 如新西兰规范对干燥环境下的允许 裂 缝 宽度 为 0 4 m m， 我 国为 0 2 m m一 0 3 m m， 美 国 A C I 2 2 4委 员 会规定的裂缝允许宽度为 ： 干燥空气中 0 4 m m； 潮湿空气或土 中0 3 m m； 有除冰盐作业时 0 1 7 5 m m等。 裂缝也 可以 自行 愈合 ， 其机理是硬化水 泥浆液中的氢氧化 钙与周围空气或水份中的二氧化碳结合生成碳酸钙， 碳酸钙与 氢氧化钙结晶沉淀并积聚于裂缝内， 这些结晶相互交织， 产生 力学粘结效应， 同时在相邻结晶、 结晶与水泥浆体、 结晶骨料表 面之间还有 化学粘结作 用 ， 结果使裂缝得 到密封 ， 但是 过宽 的 或还在发展的裂缝特别是裂缝还有水的流动就很难 自愈合了， 一 般认为宽度小于 0 1 5 m m 0 2 0 mm的裂缝是可以愈合的。 但裂缝若发展过大 ， 超过相应的容许值时， 既影响外观形 象， 更影响地下空间的正常使用， 所以减少和防止地下结构混 凝 土的开裂特别是防止大裂缝具有 特别重要 的意 义。 2 减少裂缝的措施 2 1塑性收缩裂缝的防治措 施 塑性收缩裂缝防治的关键是减少混凝 土表面水分的蒸发 ， 为此可采取以下措施： 降低混凝土的入模温度； 高温季节 施工时， 对混凝土表面采取降温 、 保湿措施 ， 如用喷雾湿润混凝 土上方的空气、 设置遮荫棚等； 将搅拌时间限制在最低所需 程度 ； 尽量缩短从搅拌到浇筑的时间， 以及从浇筑到抹面、 养护的时间； 浇筑前润湿模板和底板 ； 浇注后立即用塑料 膜覆盖或喷水雾必要时喷洒密封剂。 2 2塑性沉降裂缝的防治措施 在满足工作度前提下， 混凝土坍落度应尽可能的低， 混 凝土的配比应保证混凝土有良好的稠度和保水性； 在浇筑柱、 梁、 板等相互联接的不同深度的构件时， 如果 不能在高度差处设置施工缝 ， 则宜分层浇筑 ， lz L n 先浇筑到梁 底 面 ， 待沉 降稍稳定后再 往上浇筑 ， 其 间的时间间 隔一般不 小 于 2 h ( 热天则应适当缩短) ， 防止在构件的联接部位出现裂缝； 增加表面钢筋的保护层厚度； 合理振捣； 外掺引气剂 ； 保证模板刚度及地基的稳定性； 表面抹平、 压光也可去除较浅的沉降裂缝， 但如裂缝较 深， 则在抹平后的干燥收缩过程中又会裂开。 2 3自生收缩裂缝的防治措施 减少拌和水的用量，加大粗骨料的最大粒径和骨料含 量， 挑选刚度大的骨料品种 ， 尽量减少水泥用量； 降低混凝土的干燥速率， 延缓表层水份损失； 采用补偿收缩混凝土和后浇带施工； 采用后浇带申缩缝等施工措施。 2 4温度收缩裂缝的防治措施 降低水化热及其释放速度。减少水泥用量、 掺加粉煤灰 等矿料、 采用低热水泥这些措施都能降低水化热。 降低混凝土的浇筑温度( 人模温度) 。采用冷水或冰水搅 拌混凝土， 降低骨料温度 ， 尽量减少混凝土在输送过程中由于 环境影 响造成 的温升 。 控制散热过程并防止混凝土表面温度的骤降， 为防止温 度骤然变化， 混凝土冷却时的降温速度不宜超 0 5 1 o C tl ， 否则 就很有可能开裂。在表面设置隔热层 ， 隔热层材料的热导率可 在 3 6 0 5 k g e a l m 2 h r 之间选用。在浇筑大体积混凝土时， 可 采用分层浇筑的施工方法， 待下一层混凝土的水化热基本释放 后( 如每隔 5 d 7 d ) 再浇筑上一层， 同时控制每层混凝土的厚度 不使热量过 于积 聚。 改善混凝土的强度和热学性能。 提高混凝土的抗拉性能 和降低混凝土的热膨胀系数均有利于防止温度收缩开裂 设置构造钢筋。 在构件中配置构造钢筋可以控制裂缝的 宽度并限制其发展， 其实质是通过减少裂缝间距 ， 使裂缝宽度 能够控制在可以接受的范围内。 3 综合控制措施 影响混凝土收缩开裂的因素众多而且复杂多变， 施工现场 很难将裂缝原因与针对措施相对应。为了防止混凝土开裂， 总 体原则是希望减少收缩量、 降低收缩应力 、 提高抗裂强度。 施工 过程需要在技术与管理方面进行预控。 3 1 - 综合技术措施 3 1 1 充分重视原材料选用及配合 比设计 3 1 1 1 胶凝材料 宜采用水化热较低的水泥， 不宜采用早强水泥， 以降低早 期温度的升高。每立方米混凝土中水泥用量不应过多， 为降低 混凝土水化温度和改善混凝土拌合物的工作性能， 应掺加适量 的粉煤灰等掺合物。 3 1 1 2细骨料 宜采用级配良好的中、 粗砂， 细度模数大于 2 6 ， 砂率过大 容易收缩， 砂率过小又容易离析泌水， 建议控制在 4 0 左右。 3 1 1 _ 3 粗骨料 宜用级配良好的碎石或卵石。 3 1 1 4减水剂 为了降低混凝土的早期温度升高， 应采用缓凝型高效减水 剂， 掺量应根据工作需要而定， 并应注意其与水泥的相容性。 3 1 1 5膨胀剂 为了降低混凝土收缩引起的裂缝，宜掺加具有补偿收缩、 增强抗裂性能的膨胀剂， 建议掺量为水泥用量的 1 0 左右。 3 1 1 6用水量 为了降低收缩和减少混凝土拌合物的离析和泌水， 保证拌 合物工作度满足施工的条件下用水量不宜过大。 3 1 2温度控制 要求浇注温度不高于 3 0 ， 热天可放宽至 3 5 ； 混凝土内 部的最高温度不高于 6 5 ，混凝土内部与外部的温差控制在 2 0 以内， 混凝土表面与养护水的温度差不高于 1 5 。施工过 程要进行测温监控。 3 1 3 设置控制缝等措施 充分并合理利用控制缝 、 后浇带 、 滑动层 、 构造 配筋等控制 开裂的手段和措施。 3 1 4严格控制施工技术 称重应严格按照配比要求 ，注意沙子、石子含水率测 定 ， 并在用水量中扣除砂 、 石中的含水， 严禁搅拌完成后再加 水 。 ( 下转第 2 2 0页 ) 施 工 技 术 研 究 与 应 用 重 _ 2 0 1 5年第 3期( 总 2 0 3期 ) 安徽建筑 虽 检 钡 试 验 与 坝 量 技 术 安 徽 建 筑 国 达到测量要求， 在测量与计算过程中也会存在较大误差 ， 并缺 乏精准的自检体系。但是 A u t o l C A D软件在测量中有效应用的 话， 可以大大提高测量的准确率以及测量工作的效率 ， 计算的 精准度也是有保障的。使用 A u t o l C A D软件来辅助测量人员进 行施工测量是以 1： 1的比例进行放线图绘制的，不仅可以有 效提高工作的效率以及测量的准确率， 而且可以结合施工建筑 的实际坐标方位来进行放线图绘制， 这个软件在放线过程中如 果遇到什么障碍的话，会自动设置一个关键点来避开这种障 碍， 接着进行放线图绘制， 在计算机中可以非常清晰看到建筑 物的测量图以及相应数据标示， 为建筑施工工作的顺利进行提 供了精确的信息， 提高整体的测量效率。 3 2 R T K放线方法提高测量精度。 减小误差 随着 G P S的应用与普及 、 航 测的使用 以及 G P S R T K的发 明， 测量的精准性以及测量工作的高效性都获得一定程度的保 障。R T K这种放线方法主要是采用了G P S R T K作为测量的工 具 ， 将建筑物的控制点作为基准 ， 然后是根据建筑物的设计线 位来进一步确定建筑物的中线控制桩以及相应的中线桩坐标， 最后完成直接放线。 R T K这种放线方法主要是根据建筑物的中 线点位以及相应的控制点的准确位置关系来实现直接放设， 但 是在中线上的点与点之间的实际关系是否与设计中的关系相 一 致 ，主要是依靠控制网的精密程度以及 R T K的高精度来实 现的，这种放线方法最为明显的优势就是其测量的精确度极 高 ， 最大限度减小了测量 的误差 。 3 3测量放线程度化可以提 高效率 ， 节省 时间 所谓的测量放线程度化主要是指通过计算机的相应程序 进行控制 ，将建筑施工总平面图上任意一个点上的三个参数 号 、 垂距 、 方向数) 与同附近点的有关控制点的坐标和高程进 行有关的坐标转换，与建筑物高程的传递来实现放线的程序 化。这种测量方式具有较多的优点 ， 比如其在测量工作中比较 高效， 可以为测量人员节省较多的时间； 测量的精准度很高， 保 证了建筑施工的质量有利于作定向观测， 因为建筑物的工作点 是设置在较高的地方， 这样便于检查以及再次作后视定向。 3 4在高层建筑的沉降观测控制 按现行规定规范， 所有高层建筑均应进行沉降观测。尤其 是沉降观测中应加强过程监控， 合理引导 ， 在同一个不均匀沉 降环境下， 检查沉降观测点位置的设置是否满足要求。高层建 筑沉降观测点的布置 ， 应能反映整个建筑的特点， 某些基本特 征和地质条件， 结构变形 ， 点位应在建筑物四大角选定。 一般沉 降观测点布置均按建筑设计图纸布置。 4 结语 随着城市建设的发展 ， 高层建筑的施工测量是一个重要的 方面。 因此我们要充分重视建筑施工测量， 按照设计要求， 并埋 设各种测控标志， 落实测量工序 ， 从而提高建筑工程测量的质 量 。 参考文献 【 l 】 龚振文 昆明超高层建筑测量技术分析及测绘新技术应用f J 】 山西 建筑， 2 0 1 4 ( 4 ) ： 2 1 6 2 1 8 【 2 】 李晨阳 某高层建筑施工测 量技术分析【 J 江西建材， 2 0 1 4 ( 3 ) 【 3 】 陆军 沉降测量技术在高层建筑施工测量中的应用分析【 J 】 科技风， 2 0 1 4 ( 1 3 ) ( 上接 第 6 5页) 混凝土应合理均匀搅拌， 砂石先进行搅拌 ， 加入水泥、 膨胀剂 、 粉煤灰 、 水、 减水剂后再进行充分的搅拌。 搅拌车运到现场后，应快速搅拌 1 0 s 并测定塌落度， 如 因堵车运输时间过长可再掺入一定量的外加剂， 但一定要有技 术人员计量加入， 不能加水。 浇筑与捣实 ： 混凝土 自由倾落高度不宜超过 2 m， 必须 用振捣器垂直插入捣实， 不得使用振捣棒赶混凝土或抛送以免 造成离析， 不得漏振和过振。 支模： 支模应牢固， 变形小。钢模板用对拉锚固筋， 切断 时应尽量短， 否则混凝土易开裂。 浇筑前用水湿润溜槽和模板。 养护： 顶底板蓄水养护 ， 先浇筑的混凝土初凝后， 立即 覆盖湿麻袋养护 ， 待混凝土全部初凝后蓄水养护 9 d ， 侧墙挂草 帘或麻袋淋水养护 ，每隔 2 h 4 h淋一次水，养护时间应超过 7 d 。 3 1 5设计优化措施 增配构造钢筋提高抗裂性能，配筋采用小直径 、小间 距。 在易裂的边缘部位设置暗梁， 提高该部位的配筋率 ， 提 高混凝土的极限拉伸。 充分考虑施工时的气候特征， 合理设置后浇带。 3 2综合管理措施 拌制混凝土的原材料均需进行检验，合格后方可使用。 同时要注意各项原材料的温度， 以保证混凝土的入模温度与理 论基本相近 。 在混凝土搅拌站设专人掺入外加剂 ， 掺量要准确。 综合现场对商品混凝土要逐车进行检查 ， 测定混凝土的 塌落度和温度， 检查混凝土量是否相符。 同时， 严禁混凝土搅拌 车在施工现场临时加水。 混凝土浇筑应连续进行，间歇时间不得超过 3 h 一 5 h ， 同 时已浇筑的混凝土表面温度在未被新浇筑的混凝土覆盖前不 得低 于相关规定 。 试验部门设专人负责测温及保养的管理工作 ， 发现问题 应及时向项 目技术负责人汇报。 4 结 混凝土结构难免会出现一定宽度的裂缝， 但施工中仍尽可 能采取有效的技术措施控制裂缝， 使混凝土结构尽量不出现裂 缝 ， 或尽量减少裂缝的数量和宽度， 特别是避免有害裂缝的出 现。此外， 为确保工程质量， 除加强施工技术外， 还应加强现场 综合管理。 参考文献 【 1 】 陈肇元， 等 钢筋混凝土裂缝机理与控制措施 J 】 工程力学， 2 0 0 6 ( s 1 ) f 2 J 何贵中， 王瑞华 建筑物维修中混凝土裂缝修补与加固处理叨 混 凝土 ， 2 0 1 0 ( 9 ) 【 3 】 龚剑， 李宏伟大体积混凝土施工中的裂缝控制【 J 】 施工技术， 2 0 1 2 ( 4 1 ) 【 4 】 姚云浩 大体积混凝土裂缝成因及防范措施m 四川建筑， 2 0 1 4 (4 ) 【 5 5 肖幼锋 浅谈大体积混凝土裂缝的防范措施 J 】 建筑科学， 2 o 1 2 ( 5 )