大体积混凝土裂缝产生原因及防裂措施综述2.docx

浅谈大体积混凝土裂缝
产生原因及防裂措施

摘 要
本文分析了大体积混凝土产生裂缝的原因；概括介绍了防止裂缝发生的措施，可在工程实践中参考应用。
关键字：大体积混凝土 裂缝 温度 水化热 降温管 水泥

AbstractThis paper analyzes the reasons for the mass concrete cracks; overview of measures to prevent cracks occur, refer to the application in engineering practice.In recent years, with the development of national economy and building technology, building scale expanding, growing number of large modern technical facilities or structures, concrete structure with its cheap poor quality of material, convenient construction, large carrying capacity can be decorative features, the growing welcomed by the people, so the mass concrete is becoming an important part to constitute the major facilities or structures subject. So-called mass concrete, the general understanding for the larger size of the concrete, American Concrete Institute has given the definition of a large volume of concrete: any in-situ concrete, its size is reached to solve the heat of hydration and the consequent volume deformation, with the greatest limits to reduce cracking impact, known as mass concrete. This raises the problem of mass concrete cracking, the cracking problem is with a certain universality of the technical problems in engineering construction, cracks, once formed, in particular the base runs through the cracks to appear in important parts of the structure, and great harm, it will reduce the the durability of the structure, weakening the bearing capacity of the component, at the same time likely to endanger the safe use of the building. How to take effective measures to prevent the cracking of mass concrete, is a matter of concern
Keywords: heat of hydration of the cracks in mass concrete temperature cooling tube of cement

目 录

2．1设计措施

混凝土汽化热的计算
大体积混凝土温差监测
合理布置冷却管
通水冷却

致谢

（1）结构受荷
在施工中和使用中由于结构受荷都可能出现裂缝。例如早期受震、构件堆放、运输、吊装时的垫块或吊点位置不当、施工超载、张拉应力值过大等均可能产生裂缝。而最常见的是钢筋混凝土梁、板等受弯构件，在使用荷载作用下往往出现不同程度的裂缝。普通钢筋混凝土构件在承受了30-40%的设计荷载，就可能出现裂缝，肉眼一般不能察觉，而构件的极限破坏荷载往往都在设计荷载的1.5倍以上。所以在一般情况下钢筋混凝土构件是允许带裂缝工作的（这类裂缝也称为无害裂缝）。在钢筋混凝土设计规范中，分别不同情况规定裂缝的最大宽度为0.2-0.3mm，对那些宽度超过规范规定的裂缝，以及不允许开裂的构件上出现裂缝则是有害的，需加以认真分析，慎重处理。2）沉陷裂缝结构下面的地基软硬不匀，或局部存在松软土，未经夯实和必要的加固处理，砼浇筑后，地基局部产生不均匀沉降而产生裂缝。
结构各部荷载悬殊，未作必要的加强处理，砼浇筑后因地基受力不匀，产生不均匀下沉，造成结构应力集中，而导致裂缝。
模板刚度不足，模板支撑不牢，支撑间距过大或支撑在松软土上，以及过早拆模，也常导致不均匀沉降裂缝出现。
．2．2．1裂缝和深进的和贯穿的温度裂缝 （1）表面温度裂缝，多由于温差较大引起的，大体积砼浇筑后，特别是砼基础，在硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，使砼表面和内部温度较大，当温度产生非均匀的降温差时，将导致砼表面急剧的温度变化而产生很大的拉应力，而砼早期抗拉强度低，因而出现裂缝。
（2）深进的和贯穿的温度裂缝多由于结构降温差较大,受到外界的约束而引起的，当大体积砼基础，墙体浇筑在坚硬地基或厚大的老砼垫层上时，没有采取隔离层等放松约束的措施，如果砼浇筑时温度很高，加上水泥水化热的温升很大，使砼的温度很高，当砼降温收缩，全部或部分的受到地基、砼垫层或其它外部结构的约束，将会在砼内部出现很大的拉应力，产生降温收缩裂缝，这类裂缝较深，有时是贯穿性的，将破坏结构的整体性，基础工程长期不回填，受风吹日晒或寒潮袭击作用，因温度变形受到约束，降温时也常出现这类裂缝

1.2．2冻胀裂缝
冬期施工砼结构、构件未保温、砼早期遭受冻结，将表面砼冻胀，解冻后，钢筋部位变形仍不能恢复，而出现裂缝，剥落。
1．2．3
混凝土收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量，混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土的收缩就越大。混凝土的收缩引起收缩裂缝
1）

（3）自身收缩
混凝土的逐渐散热和硬化过程引起的收缩，会产生很大的收缩应力，如果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。自身收缩与干缩一样，是由于水的迁移而引起。但它不是由于水向外蒸发散失，而是因为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，混凝土体的相对湿度降低，体积减小。水灰比的变化对干燥收缩和自身收缩的影响正相反，即当混凝土的水灰比降低时干燥收缩减小，而自身收缩增大。如当水灰比大于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，自身收缩与干缩则接近各占一半。而且自身收缩中发生于混凝土拌合后的初龄期，因为在这以后，由于体内的自干燥作用，相对湿度降低，水化就基本上终止了。换句话说，在模板拆除之前，混凝土的自身收缩大部分已经产生，甚至已经完成，而不像干燥收缩，除了未覆盖且暴露面很大的地面以外，许多构件的干缩都发生在拆模以后，因此只要覆盖了表面，就认为混凝土不发生干缩
（4）碳化收缩
砼水泥砂浆中的氢氧化钙与空气中的二氧化碳相互作用生成碳酸钙，引起表面体积收缩，受到结构内部未碳化砼的约束，导致表面发生龟裂，在空气中相对湿度较小的干燥环境中最为显著，有时在密闭不通风的地方，使用火炉加热，保温产生大量二氧化碳，使砼表面加快碳化，造成裂缝。
（5）凝缩裂缝
砼表面过度的抹平压光，使水泥和粗骨料过多地浮到表面，形成含水量很大的砂浆层，它比下层砼有较大的干缩性能，水分蒸发后，产生凝缩而出现裂缝，有时在砼表面撒干水泥压光也会产生这种裂缝。
1、
2．1设计措施
（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，应尽可能地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、低热和高极拉值的抗裂混凝土。
（2）增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。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，提高混凝土的极限拉伸。
（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，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
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40%～60%，三氧化二铝含量17%～35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；②由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；③同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。

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2）4．．现场搅拌计量要准确，重量允许误差水泥外掺合料±2%，粗骨料±3%，水、外加剂溶液±2%，搅拌时间不少于1.5-2.0min。
2）现场采用相应遮挡，防止材料在日光下曝晒，以降低原材料温度。冬季、高温季节施工材料要有降温或保温措施。．．

．浇筑温度控制
　　浇筑温度是指砼出罐后，经运输、振捣后的温度。《混凝土结构工程施工及验收规范》GB50204—92对浇筑温度作了规定：“不宜超过28℃”。此规定没有考虑到全国地方差异，例如上海、南京、武汉等我国南方地区高温季节施工大体积砼，若不采取特殊措施是很难达到这一要求的，若采取措施就得花较大的费用。那么浇筑温度超过28℃是否一定开裂呢？江苏常州某些工程浇筑温度达到35℃，由于保温降温措施得力，也没有出现温差裂缝。南京。上海、武汉等地的某些大体积砼工程浇筑温度超过28℃，个别工程达到41℃，也没有出现危害结构安全和影响使用功能问题。因此，在《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204—2002中，对于浇筑温度无不宜超过28℃的限制。
　　控制浇筑温度是有好处的，要降低浇筑温度必须从降低砼出机温度入手，其目的是降低大体积砼的总温升值和减小结构的内外温差。降低砼出机温度最有效的方法是降低石子的温度，由于夏季气温较高，为防止太阳的直接照射，可要求商品砼供应商在砂、石堆场搭设简易遮阳装置，必要时向骨料喷射水雾或使用前作淋水冲洗。在控制砼的浇筑温度方面，通过计算砼的工程量，做到合理安排施工流程及机械配置，调整浇筑时间为以夜间浇筑为主，少在白天进行，以免因暴晒而影响质量。
降温速率问题大体积砼的温度变化曲线一般如图所示。先是一个升温过程，升到最高点后就慢慢降温，升温的速度要比降温的大。

．混凝土汽化热的计算
大体积混凝土浇筑后，为了减少升温阶段内外温差，防止产生表面裂缝，在混凝土初凝后及时浇水养护，并在混凝土表面覆盖一层塑料薄膜，外面再覆盖两层麻袋，并保持混凝土表面湿润，并在混凝土中埋设降温水管，从混凝土初凝后开始通水，以降低混凝土水化热。
同时结构侧模板推迟拆模时间，并保持湿润。
（1）混凝土水化热绝对温升值计算：
Ｔmax＝ｍｃＱ／Ｃρ
式中Ｔmax ——混凝土最大水化热绝对温升值，即最终温升值℃，；
ｍｃ——每立方米混凝土水泥用量，根据商品混凝土厂家提供级配取320kg；
Ｑ——每千克水泥水化热，取375kJ/kg（42.5 水泥28d 水化热）；
Ｃ——混凝土的比热，取0.97kJ/kg·K；
ρ－混凝土的质量密度，取2400kg/ m3。
Ｔmax＝320×375/0.97×2400＝51.5℃
则混凝土中心最高温度为入模温度＋Ｔmax＝71.5 ℃
各龄期混凝土内部的中心温度计算：
当ｔ＝3d Ｔ（3）＝Ｔ０+Ｔ（ｔ）ζ＝20＋51.5×0.74＝58.1℃
当ｔ＝6 d Ｔ（6）＝Ｔ０+Ｔ（ｔ）ζ＝20＋51.5×0.73＝57.6 ℃
当ｔ＝9d Ｔ（9）＝Ｔ０+Ｔ（ｔ）ζ＝20＋51.5×0.72＝57.1℃
当ｔ＝12d Ｔ（12）＝Ｔ０+Ｔ（ｔ）ζ＝20＋51.5×0.65＝53.5℃
当ｔ＝15d Ｔ（15）＝Ｔ０+Ｔ（ｔ）ζ＝20＋51.5×0.55＝48.3 ℃
当ｔ＝18d Ｔ（18）＝Ｔ０+Ｔ（ｔ）ζ＝20＋51.5×0.46＝43.7 ℃
当ｔ＝21d Ｔ（21）＝Ｔ０+Ｔ（ｔ）ζ＝20＋51.5×0.37＝39.1 ℃
当ｔ＝24d Ｔ（24）＝Ｔ０+Ｔ（ｔ）ζ＝20＋51.5×0.30＝35.5 ℃
当ｔ＝27d Ｔ（27）＝Ｔ０+Ｔ（ｔ）ζ＝20＋51.5×0.25＝32.8 ℃
当ｔ＝30d Ｔ（30）＝Ｔ０+Ｔ（ｔ）ζ＝20＋51.5×0.24＝32.4 ℃
中心点各龄期水化热升降温度计算曲线(见图)

图1 中心点各龄期水化热升降温度计算曲线
（2）混凝土表层温度计算：
混凝土表面模板的传热系数计算：
β＝1/[δi/λi+1/βq] 式中
β——混凝土表面模板的传热系数，W/m·K；
δi——保温材料厚度；（取0.02m）
λi——保温材料导热系数；（取0.23W/m·K）
βq——空气层的传热系数，取23 W/m·K。
β＝7.67 W/m·K
混凝土虚厚度计算：hˊ=k·λ/β 式中
hˊ——混凝土虚厚度，m；
k——折减系数，取2/3；
λ——混凝土导热系数，取2.33 W/m·k。
hˊ＝0.2m
混凝土计算厚度：
H＝h＋2hˊ
式中 H——混凝土计算厚度，m；
h——混凝土实际厚度，取4.2m。
H＝4.6m
混凝土表层温度计算：
T2(t)=Tq+4hˊ(H-hˊ)[t1(t)-Tq]/H2
式中 T2(t)——混凝土表层温度，℃；
Tq——施工期间大气平均温度，取15℃；
hˊ——混凝土虚厚度，m；
H——混凝土计算厚度，m；
t1(t)——混凝土中心温度，取71.5℃。T2(t)＝24.4℃
由以上计算可知混凝土中心温度与混凝土表层温度温差达到47.1℃，远远大于25℃。
为了保证混凝土内外温差小于25℃，在大体积混凝土内设置DN48 水管，管径41mm。水流速度取0.7m/s ，水管总长55ｍ（按第一次浇捣混凝土时用量计算），则1h 内通过水量为3600×0.7×3.14× 0.0412/4＝3.3 m3/h 内通过水管所交换的热量为：
Q＝cm(t1-t2)
式中 c－水的比热，取1kJ/kg·K；
m－水的质量，取3300kg；
t1－出水口处温度，取50℃；
t2－进水口处温度，根据去年11、12 月平均温度取15℃。
Q＝1×3300×（50－15）＝115500kJ
在1h 内通过水管所能降低的混凝土温度为：
T＝Q/cm
式中 c－混凝土的比热，取0.96kJ/kg·K。
m－混凝土的质量，取80m3 ＝192000kg；
T＝115500/0.96×192000＝0.62℃
．大体积混凝土温差监测
在施工过程中，在大体积混凝土中设置电子测温点， 及时测量，根据各龄期混凝土内部的中心温度计算值，混凝土浇捣后3d 内每隔2h 测温一次，以后每隔4～6h 测温一次，12d 以后每天测温一次，根据测量结果控制水管开关，必要时启用小于25℃。增压泵，提高水流速度，确保混凝土中内外温差。
大体积混凝土的测温
大体积混凝土的简易测温法，只需要采用较简单的设备，就能直观地测得混凝土内部温度，而且精确度高，花费少。具体做法如下：
　　使用φ48的脚手架钢管或其他无缝钢管，管壁厚度以2㎜为宜，内径为30～50㎜。按量取所需长度截断，其一端用比钢管外径大10㎜的圆钢板焊牢密闭，使其不能渗水。
　　焊接好的钢管呈正三角形，布置于绑扎好的底板钢筋网架上，并焊牢，再用橡皮套管套于距钢管底部50㎜处，管两端用铁丝扎牢，确保水不能渗入管内。钢管口用木块塞好。为钢管平面布置点，两点间距为600㎜；上管底距混凝土板面150㎜，中管底距板底为1/2板厚，下管底距板底面150㎜。
混凝土浇筑后，即向钢管中装入自来水，每隔一定时间用棒式温度计伸入管中，即可知该钢管下部混凝土温度。将不同深度管中所测温度相比较，即能得知该处混凝土上下点的温差。从而能控制混凝土养护温度，确保底板混凝土工程质量。
另附对上述简易测温法的补充说明：
为保证棒式温度计的测温精度，应注意以下几点：1、测温管的埋设长度宜比需测点深50～100㎜，测温管必须加塞，防止外界气温影响。2、测温管内应灌水，灌水深度为100～150㎜；若孔内灌满水，所测得的温度接近管全长范围的平均温度3、棒式温度计读数时要快，特别在混凝土温度与气温相差较大和用酒精温度计测温时更应注意。4、采用预留测温孔洞方法测温时，一个测温孔只能反映一个点的数据。不应采取通过沿孔洞高度变动温度计的方法来测竖孔中不同高度位置的温度。主要量测2个温差，一是砼中心与表面的温差，可通过同一测温点的2支不同长度测温管进行量测；二是砼表面与大气的温差，可用短的测温管与空气中的温度对比而获得。要控制以上2个温差≯25℃，因大气温度与砼的中心温度是无法调节的，故我们只能通过覆盖或收起砼表面塑料薄膜来调节其表面温度以达到调节温差的目的，由于塑料薄膜的保温效果非常明显，故要根据测得的温度及时进行调节
2．8合理布置冷却管
在混泥土结构安装循环管道，在外面设置凉水池，混凝土浇捣及养护过程通过冷却水带走热量，该方法，广泛运用在国内的大体积混凝土施工，成本较低，布置如图；

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对大体积混凝土的养护，应根据气候条件采取控温措施，并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度，将温差控制在设计要求的范围以内；当设计无具体要求时，温度不宜超过25℃。
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3、