大体积混凝土裂缝成因及控制.pdf

张琬等： 大体积混凝土裂缝成因及控制 大体 积混凝 土裂缝成 因及控 制 张琬 ， ( 东南大学土木工程学院 胡颖 江苏南京2 1 O O O 9) 【 摘要】 文中研究了大体积混凝土裂缝的形成原因， 并针对性的提出了大体积混凝土裂缝控制的措施 ， 实 践证明， 这些措施切实可行。 【 关键词】 大体积混凝土； 裂缝 ； 成因； 控制 【 中图分类号】 T U 5 2 8 0 7 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 1 0一 O l 1 l 一 0 2 0引言 近年来 ， 随着国民经济和高速公路的发展， 大型现代化 技术设施或构筑物不断增多 ， 而混凝土结构 以其材料廉价 物美、 施工方便、 承载力大、 可装饰强的特点， 受到人们的欢 迎 ， 于是大体积混凝土逐渐成为高速公路的重要组成部分。 由于混凝土本身弹性模量较高而抗拉强度较低， 在受约束 的条件下只要发生少许收缩 ， 产生的拉应力就会大于混凝 土的抗拉强度， 导致混凝土发生裂缝。另外 由于大体积混 凝土一次性混凝土浇注量大， 工程条件复杂， 因而若施工措 施控制不力， 容易产生各种混凝土结构裂缝。因此， 对大体 积混凝土裂缝进行有效的预防， 已经成为工程界普遍关注 的课题 。 1 大体积混凝土特点 由于大体积混凝土水化热大、 收缩量大和散热条件的 限制， 使混凝土在硬化初期中心产生很高的温度 ， 而混凝土 表面受气温影响而相对温度较低。另外， 大部分的大体积 混凝土均为地下结构； 当结构冷却时， 受地基的约束较大 ， 不能自由收缩， 在结构中产生拉应力。因此， 与普通混凝土 相比， 大体积混凝土具有特殊的特点L 4 j 。 1 1 工程条件复杂 大体积混凝土结构物或者构件体积庞大、 混凝土用量 大， 由此导致工程条件复杂多样。 1 2 对裂缝的控制要求高 大体积混凝土多用于坝体、 基础等 ， 对构件的要求除了 一 般的强度、 刚度、 稳定性等之外， 还有整体性、 防水性、 抗 渗性等诸多要求。所 以在大体积混凝土质量控制中， 混凝 土裂缝的控制成为问题的关键。 1 3 大体积混凝土尺寸厚大 水泥水化热散发困难 ， 使得混凝土浇筑后温度升高幅 度大( 最高可达8 0 以上) ， 出现可观的膨胀量 ； 到了后期降 温阶段 ， 又会 出现相应 的可 观的 温度 收缩 。大体 积混凝 土 中配筋量一般相对又较小 ， 容易在后期降温阶段， 因为温度 收缩过大过快而使 混凝 土 中出现 严重 的贯 穿性 裂缝 ， 严 重 降低大体积混凝土的整体性、 抗渗能力等。因此， 在某种程 度上， 对大体积混凝土质量的控制就是对混凝土温度裂缝 的控制。 2大体 积混凝土裂缝的形成原 因 2 1 内部因素 ( 1 ) 材料性能及配合比： 混凝土水泥水化硬化起胶凝 作用 ； 集料起骨架填充作用， 水泥和水发生反应后形成坚硬 的水泥石， 将集料颗粒牢固地粘结成整体， 使混凝土具有一 定的强度。若混凝土质量不合格或配合 比不合适 ， 则会影 响混凝土的强度， 导致混凝土结构出现裂缝。 ( 2 ) 水泥水化热原因： 大体积混凝土多采用高强混凝 土， 水泥用量大 ， 水泥水化热高， 又由于混凝土尺寸较大， 浇 注速度快， 混凝土的散热困难， 导致混凝土内部温度不断升 高， 而表面温度较低， 内外温差引起温度应力， 当温度应力 超过混凝土抗裂强度时便导致裂缝的出现。 ( 3 ) 混凝土自收缩原因： 由于大部分的大体积混凝土 为地下结构， 当结构冷却时， 受地基的约束较大， 不能 自由 收缩 ， 在结构中产生拉应力。当这两种因素引起混凝土内 的拉应力超过一定限值时就会出现裂缝， 危及结构。另一 方面， 许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢 ， 但表面 湿度可能变化较大或发生剧烈变化。如养护不周、 时干时 湿， 表面干缩变形受到内部混凝土的约束， 产生较大的收缩 应力 ， 也 容易导致裂缝的出现。 2 2 外部 因素 ( I ) 施工操作不当： 大体积混凝土体积庞大， 任何一 个 中间环节操作的不当将直接影响着混凝土的质量。比 如， 在施工过程中， 过分振捣会在表面形成一个较大的砂浆 层 ， 容易形成凝缩裂缝 ； 模板、 垫层过于干燥将会因模板水 量过大引起混凝土塑性收缩产生裂缝。浇捣后过抹平压 光 ， 会使混凝土的细骨料过多地浮到表面， 既而形成含水量 很大的水泥浆层， 导致混凝土表面龟裂。 ( 2 ) 养护不当： 过早 的养护会影 响水泥石的胶结能 力 ， 反之 ， 过晚的养护会导致混凝土表面水分蒸发过早 ， 使 得水 泥缺乏水化所必须的水 分 ， 导致 水 泥水化不 完全 ， 强度 上 不来 ， 进一步导致混凝土 收缩应力 的产 生 ， 而这 时混凝土 的强度 还不 足 以抵 抗 这 种应 力 而 产生 早 期 收缩 裂 缝。另 外 ， 拆模时间的不当选择也会导致混凝土早期裂缝的出现。 ( 3 ) 钢 筋与混凝 土不协调 ： 一方面 ， 钢筋设计 不平衡 ， 布置不均匀 ， 直径不合适， 将直接导致混凝土受力不均产生 应力而造成 混凝 土 开裂 。另 一方 面 ， 由于混凝 土 与钢 筋的 线膨胀系数 不同 ， 存在收缩差 异 ， 在温度 变化较 大 的情 况下 冬 施 质量 通 病 l 1 2 低温建筑技术 2 0 1 0年第 1 O期( 总第 1 4 8 期) 也将导致混凝土 裂缝 的产生 ， 这种情 况一般 发生 在 混凝土 早期强度不高的情况下。另外 ， 对于后期混 凝土 ， 由于环境 离子的作用， 钢筋发生锈蚀膨胀， 产生膨胀应力， 当这种应 力达到混凝土抗拉强 度时即产生结构裂缝。 ( 4 ) 地基不均沉降 ： 由于建筑物结构的地基地质不 均、 土质松软不一， 或者回填土不实、 浸水造成不均匀沉降， 又或者模板的刚度不够， 模板支撑间距过大或支撑松动等 造成混凝土出现沉降裂缝。 3大体积混凝土裂缝 的控制措施 3 1 选择合适的原材料、 优化混凝土配合比 可优先选用低热水泥， 降低水泥水化热， 比如可选择粉 煤灰硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥等中热水泥和低热水 泥。另外， 在满足结构安全的前提下， 尽量降低设计要求强 度， 以减小水泥用量， 充分利用混凝土后期增长的强度及其 它性能 ， 采用 较长 的设计 龄期 ； 对 于骨料 ， 要 精心 设计 骨料 级配和粒径， 以尽可能的增加混凝土的密实性， 提高材料的 变形能力 ； 要掺入缓凝减水剂减少水的用量 放慢水化凝结 速度， 使温度的升高不快不高， 降低温度应力。 对于混凝土配合比的设计， 应在充分考虑混凝土浆体 的可操作性的前提下， 尽量采用水灰比较小的混凝土， 因为 水灰比大得混凝土， 收缩将显著增加， 同时抗拉强度降低， 不利于裂缝的控制。 3 2 严格 控制施工温度 为防止温度应力过大， 在施工过程中要控制好混凝土 内外部温差不超过 2 5 C J 因此 ， 应尽量降低混凝土人模 温度， 改善和加强模内的通风， 加速模内温度散发。混凝土 终凝后立即覆盖一层湿润麻袋进行保温保湿养护， 根据内 外温差情况加强湿润草包覆盖养护， 缓慢降温充分发挥混 凝土的徐变特性。为了能够动态的了解混凝土内部的温度 变化， 应在混凝土内部设计温度检测点， 测温点设置用支架 立杆安排 布置测 温孔。另外 ， 浇筑 时问最 好 安排在 低温季 节或夜间， 在高温季节施工时 ， 应采取减少混凝土温度回升 的措施 ， 如尽量缩短运输时间， 加快混凝土的入仓覆盖速 度 ， 缩短混凝土的暴晒时间 ， 对混凝土 的运输工具 和堆场搭 设简易遮阳装置， 必要时可对混凝土原材料进行预冷却。 3 3 优化浇筑 方案 混凝土采用搅拌站集中搅拌拖式泵泵送入模， 严格按 配合比拌制， 外加剂配比及掺量准确。混凝土浇筑前应对 钢筋、 预埋件、 埋管、 模板、 钢筋保护层垫块进行检查， 发现 问题马上整改。还应将模板 内垃圾 、 钢 筋上杂物 、 油 污等清 除干净。混凝土振捣要密实， 操作时， 要做到快插慢拨。振 动器的插 点采用交错式均匀排列 ， 插点 间距 不大 于 1 5 R ( R 为振动器的作用半径) ， 每一插点的振捣时问一般为 2 0 3 0 s 并 以表面出现浮浆 和不再沉 落为准 。对有埋 件 、 埋管 的 部位 ， 浇 筑时应 控制好混 凝土上 升速度 ， 使其 均匀上 升 ， 以 保证埋件、 埋管在浇筑过程中不发生位移或歪斜。混凝土 浇筑过程 中， 不 能强振或过振。 3 4 加强早 期养 护 混凝土浇筑后 ， 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 ， 减小收缩当量温差。另一 方面使水泥水化作用顺利进行， 以期达到设计的强度， 提高 各龄期的抗裂能力。因此， 混凝土浇注完毕后， 应及时洒水 养护以保持混凝土表面经常湿润， 必要时还要在混凝土表 面铺一层草皮或塑料薄膜， 这样既减少外界高温倒灌， 又防 止干缩裂缝的发生， 促进混凝土强度的稳定增长。 3 5 钢筋合理配置 混凝土的配筋对于收缩值起一定的约束作用， 设置少 量钢筋或者纤维材料 ， 加强构造配筋， 如板顶部的受压区连 续配筋 ， 板的阳角及阴角配置放射筋， 增加梁的腰筋间距， 这不仅可以有效地防止早期裂缝， 而且对后期裂缝的控制 也具有重要 的作用 。 4结语 大体积混凝土由于其特殊性， 容易产生各种早期裂缝 ， 因此控制好大体积混凝土的施工方案至关重要。为了控制 大体积混凝土裂缝的产生 ， 在其施工时， 应选择合适的原材 料、 优化混凝土配合比、 设计合理的混凝土浇筑方案， 浇筑 后及时的养护， 控制好养护条件和养护措施等， 通过近几年 的工程实例可知， 以上方法均可有效地防止大体积混凝土 早期裂缝的产生。 参考文献 1 董淑艳 混凝土结构裂缝产生原因及控制措施 J 科技情 报开发 与经济 ， 2 0 0 5， ( 1 7 ) 2 赵峰 太体积混凝土裂缝产生的原因分析与裂缝防治措施 J 工程建筑 ， 2 0 0 6 ， ( 1 5) 3 杨展 论大体积混凝土裂缝防治 J 混凝土制品及技术。 2 0 0 9， ( 6 ) 4 黄永刚 大体 积混凝 土温度 监测 与裂缝控制 J 】 西安 ： 西安 建筑科技大学 ， 2 0 0 4 ： 6 5 陈升辉 大体积混凝 土施工 的裂缝控 制及养护 J 建筑 安 全 ， 2 0 0 9， ( 3 ) 6 符霞辉 大体积混凝土裂缝的探讨分析 J 广西大学学报 2 0 0 5， 7 ( 3 O) 7 张建民 大体积混凝土结构裂缝产生的原因及其控制 J 中国西部科技 ， 2 0 0 9 ， ( 8 ) 8 刘飞 李庆军 大体积混凝土施工裂缝 的预防措施 J 陕 西 建筑 ， 2 0 0 9 ， 1 4 6( 2 ) 收稿 日期 2 0 1 0 0 5l 4 【 作者简介】 张琬( 1 9 7 8 一) ， 女， 南京人， 工程硕士， 工程师， 研究方 向： 建筑与土木工程管理。