浅析大体积混凝土裂缝的防治方法.docx

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浅析大体积混凝土裂缝的防治方法

前言

在现代工业与民用建筑中，大体积混凝土的工程规模日趋扩大，结构型式也日趋复杂。

所以，解决大体积混凝土在施工过程中的难点，也变得更加重要。

大型工业与民用建筑中的一些基础，其体积达几千立方米以上者已屡见不鲜，而一些超高层的民用建筑的筏式基础混凝土的体积有的竟达1万立方米以上，厚度达2～3米，长度超过100米，这些都属于大体积混凝土。

在工程实施中，框架结构越来越占主要结构形式，越来越多的柱子与梁成为主要的受力结构，这样，在工程的施工过程中，碰到的大体积混凝土越来越多，由于大体积混凝土的自身原因及技术条件的限制，很多问题需要去解决。

虽然科学技术的突飞猛进，但大体积混凝土在结构中应用的越来越多及体现出来的施工难度大的问题的暴露，也越来越多的需要这方面的专业技术人员去解决。

大体积混凝土施工过程中，由于混凝土中水泥的水化作用是放热反应，大体积混凝土自身又具有一定的保温性能，因此其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比其表层慢得多，在这些过程，混凝土各部分的热涨冷缩（称为温度变形）及由于其相互约束及外界约束的作用而在混凝土内产生的应力（称为温度应力），是相当复杂的。

一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。

所以，本文将阐述一下施工中遇到的大体积混凝土所产生的问题及部分解决方法。

本文先从大体积混凝土的定义开始，先后阐述混凝土的研究趋势及混凝土的形式，然后从混凝土的裂缝形成原因开始，再联系大体积混凝土，最后概述解决混凝土裂缝的几种常见的措施，从而达到减少大体积混凝土裂缝的产生的目的。

1大体积混凝土的定义

各国对于大体积混凝土之间的定义有不同的区别：

如日本建筑学会标准的定义是：

“结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称之为大体积混凝土。

”

但是在我国，我国《混凝土结构工程施工及验收规范》认为，建筑物的基础最小边尺寸在1～3范围内就属大体积混凝土。

美国则规定为：

任何现浇混凝土，只要有可能产生温度影响的混凝土均称为大体积混凝土。

2对于大体积混凝土的研究趋势

解决大体积混凝土在施工过程中的裂缝难题，是国际上的一个难题。

许多国家都成立了专门的研究机构，理论成果颇多，但在工程实践中仍然缺乏成熟和实用的理论依据，一些规范和规程尚不能完全解决现实设计和施工中提出的问题。

所以，如此复杂的工作，在实际中的施工应十分慎重，否则容易出现事故，造成不必要的损失。

组织大体积混凝土结构施工，在模板、钢筋和混凝土工程方面有许多技术问题要逐个解决。

目前，国内外对机械荷载引起的开裂问题研究得较为透彻。

而对温度荷载引起得有关裂缝的研究尚不充分。

我们应对此加以重视，防止危害结构的裂缝产生。

另外对于大体积混凝土内温度应力与裂缝控制也多集中在水利工程中的大坝、高层建筑的深基础底板。

而对于桥梁中大体积混凝土的裂缝的研究并未得到足够的重视。

在此，阐述一下大体积混凝土浇筑过程的裂缝形成与控制。

3大体积混凝土的裂缝的形式

建筑工程中的大体积混凝土，由于结构截面大，水泥用量多，水凝所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。

这种裂缝有表面裂缝（见图3—1）和贯通裂缝（见图3—2）两种。

表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度内底外高，形成了温度梯差，使混凝土内部不产生应压力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土的抗拉强度而引起的。

（图3—1表面裂缝）

混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝，微观裂缝主要有三种：

一是骨料和水泥粘合面上的裂缝，称为粘着裂缝。

二是水泥自身的裂缝，称为水泥裂缝。

三是骨料本身的裂缝，称为骨料裂缝。

这些微观裂缝在结构中分布是不规则、不贯通的。

宏观裂缝是微观裂缝扩展而来的，因此在混凝土结构中裂缝是绝对存在的，因此将其控制在规范的要求内，以不至于发展到有害裂缝。

贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定的程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，收到地基和其它结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。

（图3—2贯通裂缝）

这两种裂缝不同程度上都属于有害裂缝。

所以在工程中一定要避免以上两种裂缝的产生。

4裂缝产生的主要原因

4.1水泥水化热的影响

水泥水化过程中放出大量的热，因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。

4.2混凝土的收缩的影响

混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。

混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。

引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩3种。

在硬化初期主要是水泥水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。

4.3外界气温、湿度变化

大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对裂缝的产生有着很大的影响。

混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。

浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。

如果外界温度下降过快，会造成很大的温度应力，极易引发混凝土的开裂。

另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。

4.4外部荷载的影响

结构物在施工及使用过程中承受两大类荷载，第一类荷载，包括永久荷载、可变荷载、风雪的荷载等；第二类荷载，包括温度、收缩及不均匀沉陷等。

外界温度的变化对混凝土的影响也不容忽视。

5大体积混凝土施工质量控制措施

为了有效的控制有害裂缝的出现和发展，必须从指控混凝土的水化升温，延缓降温速率，减小混凝土收缩，提高混凝土的极限拉伸强度，改善约束条件和设计构造等方面全面考虑，结合实际采取措施。

5．1降低水泥水化热和变形

（1）选用低水化热或中水化热的水泥品种配置混凝土，如：

矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。

但是，水化热低的矿渣水泥的析水性比其它水泥大，在浇筑层表面有大量水析出。

这种泌水现象，不仅影响施工速度，同时影响施工质量。

因析出的水聚集在上下两浇筑层表面间，使混凝土水灰比改变，而在掏水时又带走了一些砂浆，这样便形成了一层含水量多的夹层，破坏了混凝土的粘结力和整体性。

混凝土泌水性的大小与用水量有关，用水量多，泌水性大；且与温度高低有关，水完全析出的时间随温度的提高而缩短；此外，还与水泥的成分和细度有关。

所以，在选用矿渣水泥时应尽量选择泌水性的品种，并应在混凝土中掺入减水剂，以降低用水量。

（2）充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。

根据实验，每增加10kg水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降1℃。

所以，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。

（3）使用粗骨料，尽量选用粒径较大，级配良好的粗细骨料，控制砂石含泥量，掺加粉煤灰等掺合料或掺加相应的减水剂，缓凝剂，改善和易性，降低水化比，以达到减少水泥用量，降低水化热的目的。

尤其是砂石中的含泥量，若骨料中含泥量偏多，不仅增加了混凝土的收缩变形，又严重降低了混凝土的抗拉强度，对抗裂的危害性很大。

（4）在基础内部预埋冷却水管，通入循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。

（5）在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中，掺加总量不超过20%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节省水泥和降低水化热的目的。

（6）在拌合混凝土时，还可掺入适量的微膨胀剂或膨化水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。

（7）改善配筋，为了保证每个浇筑层上下均有温度筋，可建议设计人员将分配筋适当调整温度筋分布细密，一般用Φ8钢筋，双向配筋，间距150，这样可以增加抵抗温度的能力，上层钢筋的绑扎，应在浇筑完下层混凝土后进行。

（8）设置后浇带。

当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇带，以减小外应力和温度应力，同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。

5．2降低混凝土温度差

（1）选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑混凝土。

夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土，可对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷，或对骨料进行覆盖或设置遮阳装置，避免阳光直晒，运输工具如具备条件也应搭设逼阳设施，以降低混凝土拌合物的入模温度。

（2）掺合相应的缓凝型减水剂，如木质素磺酸钙等。

（3）在混凝土入模时，采取措施改善和加强模内的通风，加速模内热量的散发。

5．3加强施工中的温度控制

（1）在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，降低温度应力，夏季应避免阳光暴晒，注意保湿，冬季应采取保温覆盖，一面急剧的温度梯差发生。

（2）采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥混凝土的应力松弛效应。

（3）加强温度监测和管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，内外温差控制在25℃以内，基面温差和基地温差均控制在20℃以内，及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和湿度不至于过大，以有效控制有害裂缝的出现。

（4）合理安排施工顺序，控制混凝土在浇筑中均匀上升，避免混凝土拌合物堆积过大高差，在结构完成后及时回填，避免其侧面长期暴露。

（5）提高混凝土的表面温度对大体积混凝土表面实行保温潮湿养护，使其保持一定温度，或加热养护，是防止混凝土内部和外表面产生过大的温差而引起表面裂缝的有效措施。

对于采用钢模或木模浇筑的大体积混凝土，带模养护有一定的保温作用，还可在模板外面挂草帘，以加强混凝土外侧表面的保温。

有些工程采用一砖厚的永久性砖模（混凝土硬化后亦不拆除），有较好的保温效果。

对于大体积混凝土基础底板的上表面，可铺土、铺砂、灌水养护，亦可铺盖黑色塑料薄膜加盖草袋进行保温保湿养护。

必要时还可对表面进行加温，以减小内外温差。

5．4改善条件，削减温度应力

（1）采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的地方，设置施工后浇带，以放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，防止水化热的积聚，减少温度应力。

（2）对大体积混凝土基础与岩石地基，或基础与厚大的混凝土垫层之间设置滑动层，如采用平面浇沥青胶铺砂，或刷热沥青或铺卷材在垂直面，键槽部位设置缓冲层，如铺设30-50mm厚沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，释放约束应力。

5．5提高混凝土的极限拉伸强度

（1）选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强混凝土振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，减少收缩变形，保证施工质量。

（2）采取二级投料法，二次振捣法，浇筑后急时排除表面积水，加强早期养护，提高混凝土早期或相应龄期的抗拉强度和弹性模量。

（3）在大体积混凝土内部设置必要的温度配筋，在截面突变和转折处，底，顶板与墙角转折处，空洞转角及周边，增加斜向构造配筋，以改善应力集中，防止裂缝出现。

5.6构造设计上采取防裂措施

（1）设计合理的结构形式，减少工程数量，降低水化热。

（2）充分利用混凝土在基坑有侧限条件，在混凝土中掺加微膨胀剂，使其在基坑约束下成一定的预压力，补偿混凝土内部温度、收缩产生的拉应力，从而有效的避免混凝土裂缝的产生。

（3）大体积混凝土体积庞大，施工周期一般较长，从而减低设计标号，达到减少混凝土水泥用量，降低水化热的目的。

（4）由于边界存在约束才会产生温度应力，采用改善边界约束的构造设计，如遇有约束强的岩石类地基、较厚的混凝土垫层时，可在接触面上设滑动层来减少温度应力。

（5）在设计构造方面还应重视合理配筋对混凝土结构抗裂的有益作用。

6大体积混凝土的裂缝检查与处理

大体积混凝土的裂缝分为3种：

表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝。

对于表面裂缝因其对结构力、耐久性和安全基本没有影响，一般不作处理。

而对深层裂缝和贯穿裂缝可以采取凿除裂缝，可以用风镐、风钻或人工将裂缝凿除，至看不见裂缝为止，再在上面浇筑混凝土。

限裂钢筋，在处理较深的裂缝时，一般是在混凝土已充分冷却后，在裂缝上铺设1～2层的钢筋后再继续浇筑新混凝土。

对比较严重的裂缝可以采取水泥灌浆和化学灌浆。

对于各种裂缝，应该都做处理，对于结构上的对混凝土内部的钢筋也起到保护作用。

7混凝土表面处理与养护

大体积混凝土分段浇筑完毕后，应在混凝土初凝之后终凝之前进行二次振捣或进行表面的抹压，排除上表面的泌水，用木拍反复抹压密实，消除最先出现的表面裂缝。

在冬期施工的条件下，混凝土抹压密实后应及时覆盖塑料薄膜，再覆盖保温材料（岩棉被、草帘等）。

非冬期施工条件时，可覆盖塑料薄膜及保温材料，也可在混凝土终凝后在其上表面四周筑堤，灌水20～30cm深，进行养护，定期测定混凝土表面和内部温度，将其控制在设计要求的范围以内。

对于大体积混凝土基础底板的上表面，可铺土、铺砂、灌水养护，亦可铺盖黑色塑料薄膜加盖草袋进行保温保湿养护。

必要时还可对表面进行加温，以减小内外温差。

混凝土的养护在混凝土的浇筑成型阶段都是很重要的环节，对于后期的混凝土强度有重要的作用。

模板和保温层，冬期施工条件下应在混凝土表面冷却到5℃以下时才能拆除。

在非冬期施工条件下，应在混凝土表面与外界温差不大于15℃时才能拆除，否则应采取使混凝土缓慢冷却的临时覆盖措施。

混凝土在潮湿环境中的养护时间，对采用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥拌制的混凝土，不得少于7d，对掺用缓凝型外加剂或有抗渗要求的混凝土，不得少于14d。

8工程实例

下面这个浇筑坡道的混凝土，是我在实习期间亲身经历的，想对这次的浇筑进行分析一下，科学合理的浇筑对于改善大体的施工质量方法的重要性。

水泥标号采用商品混凝土C30。

坡道浇筑的施工现场（见图8—1）。

（图8—1施工现场）

8.1对坡道浇筑时的对混凝土的运输要求

（1）混凝土采用商品混凝土C30，混凝土站到现场约四公里，在运输途中严禁加水。

（2）混凝土到工地后，要取样测定塌落度。

（3）混凝土搅拌运输车到工地后必须在1h内泵送完毕。

8.2浇筑

（1）将大体积混凝土分成面积大致相等的作业区，按作业区分层退坡浇筑。

每作业区浇筑时，严格控制浇筑顺序。

采用分段定点，一个坡度，分层浇筑，顺序推进，一次到底的浇筑方法。

（2）混凝土浇筑按分层退坡进行施工，这个坡道由于作业面积较大，为了及时的进行振捣，保证混凝土在初凝前完成，所以采用振捣棒三根，前排两根振捣棒振捣浇筑点混凝土，后排一根振捣棒振捣密实成型。

在构件边角处，采用振动模板的办法解决构件表面的蜂窝麻面。

振捣棒插入点间距不大于60㎝，坡道横梁较深，所以要求作业人员把振捣棒插入梁底振捣，必须保证每个点都振捣到位。

每孔振捣时间不宜少于10～15s，不得超过30s，以混凝土泛浆和不冒气泡为准。

振捣棒应快插慢拔，使混凝土充分密实以保证混凝土密实性。

（3）为防止大体积混凝土表面出现塑性裂缝，浇筑完成后分三次抹压成型，最后一遍用铁抹子搓平表面，这些作业过程一定要保证在混凝土终凝前完成。

（4）为了防止裂缝出现，采用一次性浇筑完成，此坡道混凝土结构未设置后浇带，与卸货平台交接处设置了伸缩缝。

（5）混凝土试块留置。

试块现场取样，现场制作。

按每作业区100m³取一组，以便检测及查找问题。

8.3混凝土的养护

（1）此时天气是四月份，昼夜温差不大，有利于的养护。

为保持混凝土内外温度均衡一致，混凝土最后一遍抹压完毕，随即盖塑料布，防止气温过高混凝土表面失水过快而产生收缩干裂，达到保温保湿的目的。

（2）同时延长坡道底面的拆模时间，充分发挥混凝土的本身应力效应。

（3）混凝土养护时间严格控制，保证混凝土的最终浇筑质量。

结论

虽然大体积混凝土很容易产生裂缝，但是大量的科学研究以及成功的工程实例都表明：

只要我们在设计、施工工艺、材料选择以及后期的养护过程中能够充分考虑的各种因素的影响，还是完全可以避免危害结构的裂缝的产生。

在此，由于我在工程实践经验与知识面的不足，对这些观点的阐述有些比较片面，对各种工程实际解决方法比较局限，对理论知识的不足，很多阐述也许存在很多漏洞或者错误，希望各位专家和老师给予指导更正。

通过这次的毕业设计，使我受益非浅。

因为我们从未接触过这样的写作，在学校所学到的知识很好的于实践应用了起来，让我完成这次毕业论文的写作，分析这些问题，并提出解决问题的方法，让我跟实践结合起来，得到了很宝贵的关于这方面的经验。

致谢

在论文完成之际，我要特别感谢我的指导老师及班主任老师的热情关怀和悉

心指导。

在我撰写论文的过程中，她们给我提供了很多帮助，无论是论文的选题、

构思和资料的收集方面，还是在论文的研究方法以及成文定稿方面，我都得到了

老师们的无私帮助，在此表示真诚的感谢。

在论文的写作过程中，也得到了许多同学的宝贵建议，同时还得到了在工作

过程中许多同事的帮助，在此一并致以诚挚的谢意。

感谢所有关心、支持、帮助过我的良师益友。

参考文献

【1】《建筑施工手册（4版）缩印本》.中国建筑工业出版社.2003年.

【2】孟波，薛浩然，《建筑工程施工技术手册》.华中科技大学出版社.2008年.

【3】张雄，《混凝土结构裂缝防治技术》.化学工业出版社.2007年.

【4】俞宾辉，《建筑混凝土工程施工手册》.山东科技出版社.2004年.

【5】邓祥发，张瑞军，《混凝土结构工程施工技术、质量控制、实例手册》.中国电力出版社.2008年.