大体积混凝土裂缝控制措施探讨Word文档格式.docx
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2.2混凝土收缩产生裂缝在硬化后期，混凝土内部自由水分蒸发，就会出现干燥收缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢，使混凝土表面产生拉应力，造成混凝土开裂。
2.3外界气温变化的影响大体积混凝土在施工阶段，常受外界气温的影响。
当气温下降，特别是气温骤降时，会大大增加外层混凝土与混凝土内部的温度梯度，产生温差和温度应力，拉应力一旦超过混凝土的抗拉强度极限，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工中后期。
2.4其他因素的影响地基的不均匀沉降、混凝土配合比不良、碱骨料反应裂缝和钢筋锈蚀等其他不利因素，也会使混凝土产生裂缝，因此应从各个方面综合控制。
3裂缝控制的技术措施
裂缝会加速混凝土碳化和钢筋锈蚀，并产生恶性循环，严重破坏混凝土结构的安全性和耐久性，给工程造成严重损失，所以裂缝控制显得尤为重要。
裂缝控制的主要技术措施涉及从设计到施工乃至后期养护的整个过程，分别介绍如下：
3.1配合比的选用和水泥用量的控制大量的试验研究和工程实践表明，每立方砼的水泥用量增减10kg，其水化热使砼的温度相应升高或降低1℃。
在施工过程中，要在保证混凝土强度的条件下，通过进行砼试配，以进一步降低水泥用量。
3.2优选混凝土各种原材料
3.2.1水泥：
考虑普通水泥水化热较高，特别是应用到大体积混凝土中，大量水化热不易散发，导致混凝土内部温度过高，内外部温差过大使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面拉应力超过早期混凝土抗拉强度时就会产生温度裂缝，因此应优先选用低水化热的水泥品种，如粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥（有抗渗要求不宜使用）。
3.2.2粗骨料：
采用碎石，粒径5-25mm，含泥量不大于1%。
选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。
3.2.3细骨料：
采用中砂，平均粒径大于0.5mm，含泥量不大于5%。
选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。
3.2.4粉煤灰：
粉煤灰的水化热远小于水泥，在大体积混凝土中掺入20%-25%粉煤灰，不仅可减少水泥用量，又可有效降低水化热。
同时，使用粉煤灰可变废为宝，符合环保要求。
3.2.5外加剂：
选用缓凝减水剂，降低水化温升，延迟水化热释放速度，有效防止裂缝。
3.3设计优化措施①精心设计混凝土配合比，尽可能的降低混凝土的单位用水量。
②增配构造筋提高抗裂性能，配筋应采用小直径、小间距。
③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。
④充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝。
3.4施工及养护控制措施①控制砼的出机温度和入模温度，尽量避免温度过高或过低时施工。
②合理安排施工时序，严格控制混凝土的浇筑速度，一次浇注的混凝土不可过高、过厚，以保证混凝土温度均匀上升。
③采用合理的施工方法，分层均匀浇筑，每层混凝土初凝前都确保被上层混凝土覆盖，保证上下层浇筑间隔不超过混凝土初凝时间，避免施工裂缝出现。
④保证振捣密实，严格控制振捣时间、移动距离和插入深度，严防漏振及过振。
⑤加强养护期间温度监测，及时获得混凝土升降温、里外温差、降温速度及环境温度的实际情况，并合理制定温控措施。
⑥通过搭盖保温棚、表面蓄水、喷洒养护液或直接洒水等方式，对混凝土保温保湿养护，降低混凝土内外温差，减少温度应力。
4应用实例
国家体育场是2008年北京举办第29届奥运会的主会场，南北最长450m，东西最宽300m，为典型的超长结构。
根据设计资料，承台和基础底板的混凝土抗渗等级C40P8。
基础底板厚500～700mm，大致分为270mm×
300mm、126mm×
55mm、45mm×
300mm、100mm×
300mm四块底板，桩基承台混凝土最大厚度6m，属于大体积混凝土。
由于底板和桩基承台厚度过大，保护层厚，外墙和底板结构不设伸缩缝，而且施工期5、6月份温度高，常伴有大风天气，因此混凝土裂缝控制的难度很大。
通过研究，工程采取了设计优化措施、原材料与配合比方面以及施工方面的技术措施：
①设计优化措施：
设置后浇带和控制缝，疏导或分散混凝土收缩变形；
适当增加抗裂配筋，将应力集中的承台导角由直角变成斜坡形。
②原材料与配合比方面措施：
原材料中水泥选用碱含量和早期水化热较低的42.5普通硅酸盐水泥，外加剂选用北京高星RH-7缓凝高效减水剂，骨料选用5-25mm碎石和细度模数2.6~2.8中砂，掺合料选用磨细复合粉（78%矿渣粉+22%粉煤灰），并加大掺量取代水泥，同时添加膨胀剂，补偿混凝土的收缩。
通过进行大量的试配研究工作，最终确定配比。
③施工方面措施：
施工过程中选择适宜温度浇筑，尽量避开高温、大风天气；
合理安排施工程序，分层浇筑均匀上升；
加强振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度。
养护期间前三天采用蓄水养护，表面覆盖潮湿草袋，并采取14天延长养护，延缓降温时间和速度。
实践证明，通过采取以上措施，调整混凝土的凝结时间，延缓和降低水化热峰值，抑制了温度
大体积混凝土施工温度裂缝控制技术措施
摘要大体积混凝土施工时,由于水泥水化过程中释放大量的水化热,使混凝土结构的温度梯度过大,从而导致混凝土结构出现温度裂缝。
因此,计算并控制混凝土硬化过程中的温度,进而采取相应的技术措施,是保证大体积混凝土结构质量的重要措施。
关键词混凝土温度裂缝控制措施
1概述
大体积混凝土是指最小断面尺寸大于1m以上的混凝土结构。
与普通钢筋混凝土相比,具有结构厚,体形大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的特点。
大体积混凝土在硬化期间,一方面由于水泥水化过程中将释放出大量的水化热,使结构件具有“热涨”的特性;
另一方面混凝土硬化时又具有“收缩”的特性,两者相互作用的结果将直接破坏混凝土结构,导致结构出现裂缝。
因而在混凝土硬化过程中,必须采用相应的技术措施,以控制混凝土硬化时的温度,保持混凝土内部与外部的合理温差,使温度应力可控,避免混凝土出现结构性裂缝。
2大体积混凝土裂缝产生的原因
大体积混凝土墩台身或基础等结构裂缝的发生是由多种因素引起的。
各类裂缝产生的主要影响因素如下:
（1）收缩裂缝。
混凝土的收缩引起收缩裂缝。
收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量,用水量和水泥用量越高,混凝土的收缩就越大。
选用的水泥品种不同,其干缩、收缩的量也不同。
（2）温差裂缝。
混凝土内外部温差过大会产生裂缝。
主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。
特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。
大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。
浇筑后,水泥因水化引起水化热,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成了较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。
此时,混凝龄期短,抗拉强度很低。
当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度,则会在混凝土表面产生裂缝。
（3）材料裂缝。
材料裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格或骨料中含泥量过多而引起的。
3大体积混凝土裂缝控制的理论计算
工程实例:
武汉市中环线南段×
×
标段×
号桥墩直径为1.2m,混凝土及其原材料各种原始数据及参数为:
一是C30混凝土采用P.S32.5矿渣硅酸盐水泥,其配合比为:
水:
水泥:
砂:
石子:
粉煤灰（单位kg）=158:
298:
707:
1204:
68（每立方米混凝土质量比）,砂、石含水率分别为3%、0%,混凝土容重为2440kg/m3。
二是各种材料的温度及环境气温:
水18℃,砂、石子23℃,水泥25℃,粉煤灰25℃,环境气温20℃。
3.1混凝土温度计算
（1）混凝土拌和温度计算:
公式T0=∑TimiCi/∑miCi可转换为:
T0=[0.9（mcTc+msTs+mgTg+mfTf）+4.2Tw（mw-Psms-Pgmg）+C1（PsmsTs+PgmgTg）-C2（Psms+Pgmg）]÷
[4.2mw+0.9（mc+ms+mg+mf）]
式中:
T0为混凝土拌和温度;
mw、mc、ms、mg、mf—水、水泥、砂、石子、粉煤灰单位用量（kg）;
Tw、Tc、Ts、Tg、Tf—水、水泥、砂、石子、煤灰的温度（℃）;
Ps、Pg—砂、石含水率（%）;
C1、C2—水的比热容（KJ/Kg•K）及溶解热（KJ/Kg）。
当骨料温度>
0℃时,C1=4.2,C2=0;
反之C1=2.1,C2=335。
本实例中的混凝土拌和温度为:
T0=[0.9（298×
25+707×
23+1204×
23+68×
25）+4.2×
18（158-707×
3%）+4.2×
3%×
707×
23]÷
[4.2×
158+0.9（298+707+1204+68）]=21.02℃。
（2）混凝土出机温度计算:
按公式T1=T0-0.16（T0-Ti）式中:
T1—混凝土出机温度（℃）;
T0—混凝土拌和温度（℃）;
Ti—混凝土搅拌棚内温度（℃）。
本例中,T1=21.02-0.16×
（21.02-25）=21.7℃。
（3）混凝土浇筑温度计算:
按公式TJ=T1-（α•τn+0.032n）•（T1-TQ）
TJ—混凝土浇筑温度（℃）;
TQ—混凝土运送、浇筑时环境气温（℃）;
τn—混凝土自开始运输至浇筑完成时间（h）;
n—混凝土运转次数。
α—温度损失系数（/h）本例中,若τn取1/3,n取1,α取0.25,则:
TJ=21.7-（0.25×
1/3+0.032×
1）×
（21.7-25）=22.1℃（低于30℃）
3.2混凝土的绝热温升计算
Th=W0•Q0/（C•ρ）
W0—每立方米混凝土中的水泥用量（kg/m3）;
Q0—每公斤水泥的累积最终热量（KJ/kg）;
C—混凝土的比热容取0.97（KJ/kg•k）;
ρ—混凝土的质量密度（kg/m3）
Th=（298×
334）/（0.97×
2440）=42.1℃3.3混凝土内部实际温度计算
Tm=TJ+ξ•Th
Tj—混凝土浇筑温度;
Th—混凝土最终绝热温升;
ξ—温降系数查建筑施工手册,若混凝土浇筑厚度3.4m。
则:
ξ3取0.704,ξ7取0.685,ξ14取0.527,ξ21取0.328。
本例中:
Tm（3）=22.1+0.704×
42.1=51.7℃;
Tm（7）=22.1+0.685×
42.1=50.9℃;
Tm（14）=22.1+0.527×
42.1=44.3℃;
Tm（21）=22.1+0.328×
42.1=35.9℃。
3.4混凝土表面温度计算
Tb（τ）=Tq+4h’（H-h’）ΔT（τ）/H2式中:
Tb（τ）—龄期τ时混凝土表面温度（℃）;
Tq—龄期τ时的大气温度（℃）;
H—混凝土结构的计算厚度（m）。
按公式H=h+2h’计算,h—混凝土结构的实际厚度（m）;
h’—混凝土结构的虚厚度（m）:
h’=K•λ/βK—计算折减系统取0.666,λ—混凝土导热系数取2.33W/m•K。
β—模板及保温层传热系数（W/m2•K）:
β值按公式β=1/（∑δi/λi+1/βg）计算,δi—模板及各种保温材料厚度（m）;
λi—模板及各种保温材料的导热系数（W/m•K）;
βg—空气层传热系数可取23W/m2•K。
ΔT（τ）—龄期τ时,混凝土中心温度与外界气温之差（℃）:
ΔT（τ）=Tm（τ）-Tq,
若保护层厚度取0.04m,混凝土灌注高度为7m,则:
β=1/（0.003/58+0.04/0.06+1/23）=1.41h’=K•λ/β=0.666×
2.33/1.41=1.1H=h+2h’=7.0+2×
1.1=9.2（m）若Tq取20℃,则:
ΔT（3）=51.7-20=31.7℃
ΔT（7）=50.9-20=30.9℃
ΔT（14）=44.3-20=24.3℃
ΔT（21）=35.9-20=15.9℃
则:
Tb（3）=20+4×
1.1（9.2-1.1）×
31.7/9.22=33.3℃
Tb（7）=20+4×
1.1（9.2-1.1）×
30.9/9.22=33.0℃
Tb（14）=20+4×
24.3/9.22=30.2℃
Tb（21）=20+4×
15.9/9.22=26.7℃
3.5混凝土内部与混凝土表面温差计算
ΔT（τ）s=Tm（τ）-Tb（τ）
本工程实例中:
ΔT（3）s=51.7-33.3=18.4（℃）
ΔT（7）s=50.9-33.0=17.9（℃）
ΔT（14）s=44.3-30.2=14.1（℃）
ΔT（21）s=35.9-26.7=9.3（℃）
若不掺加粉煤灰,其它条件不变,为保证混凝土强度相同,则该配合比设计为:
水:
石子（单位kg）=158:
351:
707:
1204,按上述步骤计算,各龄期混凝土内表温差为:
ΔT（3）,s=22.1℃,ΔT（7）,s=21.5℃,ΔT（14）,s=16.0℃,ΔT（21）,s=11.2℃。
4大体积混凝土施工技术措施
由于温差的作用,裂缝的产生是不可避免的。
根据计算可以看出,可以采用掺加粉煤灰等有效方法,以降低混凝土硬化过程中混凝土内表的温差。
因而,在施工中采取适宜的措施,能够避免有害裂缝的出现。
（1）降低水泥水化热。
包括:
混凝土的热量主要来自水泥水化热,因而选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配制混凝土较好;
精心设计混凝土配合比,采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术,减少每立方米混凝土中的水泥用量,以达到降低水化热的目的;
选用适宜的骨料,施工中根据现场条件尽量选用粒径较大,级配良好的粗骨料;
选用中粗砂,改善混凝土的和易性,并充分利用混凝土的后期强度,减少用水量;
严格控制混凝土的塌落度。
在现场设专人进行塌落度的测量,将混凝土的塌落度始终控制在设计范围内,一般以7～9cm为最佳;
夏季施工时,在混凝土内部预埋冷却水管,通循环冷却水,强制降低混凝土水化热温度。
冬季施工时,采用保温措施进行养护;
如技术条件允许,可在混凝土结构中掺加10%~15%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。
（2）降低混凝土入模温度。
浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温,尽量避开炎热天气浇筑。
夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土,或在混凝土拌和水中加入冰块,同时对骨料进行遮阳、洒水降温,在运输及浇筑过程中也采用遮阳保护、洒水降温等措施,以降低混凝土拌和物的入模温度;
掺加相应的缓凝型减水剂;
在混凝土入模时,还可以采取强制通风措施,加速模内热量的散发。
（3）加强施工中的温度控制。
在混凝土浇筑之后,做好混凝土的保温保湿养护,以使混凝土缓缓降温,充分发挥其徐变特性,减低温度应力。
夏季应坚决避免曝晒,注意保湿;
冬季应采取措施保温覆盖,以免发生急剧的温度梯度变化;
采取长时间的养护,确定合理的拆模时间,以延缓降温速度,延长降温时间,充分发挥混凝土的“应力松弛效应”;
加强测温和温度监测。
可采用热敏温度计监测或专人多点监测,以随时掌握与控制混凝土内的温度变化。
混凝土内外温差应控制在25℃以内,基面温差和基底面温差均控制在20℃以内,并及时调整保温及养护措施,使混凝土的温度梯度和湿度不致过大,以有效控制有害裂缝的出现;
合理安排施工程序,混凝土在浇筑过程中应均匀上升,避免混凝土堆积高差过大。
在结构完成后及时回填土,避免其侧面长期暴露。
（4）改善约束条件,削减温度应力。
在大体积混凝土基础与垫层之间可设置滑动层,如技术条件许可,施工时宜采用刷热沥青作为滑动层,以消除嵌固作用,释放约束应力。
（5）提高混凝土的抗拉强度。
控制集料含泥量。
砂、石含泥量过大,不仅增加混凝土的收缩,而且降低混凝土的抗拉强度,对混凝土的抗裂十分不利。
因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下,中砂含泥量控制在2%以下,减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响;
改善混凝土施工工艺。
可采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆等方法;
加强早期养护,提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量;
在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋,以改善应力分布,防止裂缝的出现。
5结语
在大体积混凝土施工时,准确计算混凝土拌和温度、混凝土出机温度、混凝土绝热温升、混凝土内部实际温度、混凝土表面温度及混凝土内部与表面温差,有利于选取适宜的施工工艺、采取相应的降温与养护措施,从而避免出现混凝土温度裂缝,以保证混凝土结构的工程质量。
大体积混凝土裂缝成因及控制措施
陈文会
水利建设工程中大体积混凝土结构比较多，混凝土重力坝、大型船闸、混凝土挡墙等建筑物，虽然设计时都分成好多块，但每一块都仍然有几百方，甚至上千方混凝土。
工程实践证明，大体积混凝土施工难度较大，混凝土产生裂缝的机率较多，稍有差错，将会造成无法估量的损失。
为了提高工程质量，降低不必要的经济损失，我们一定要减少和控制裂缝的的出现。
从裂缝的形成过程可以看到，混凝土特别是大体积混凝土之所以开裂，主要是混凝土所承受的拉应力大于混凝土本身的抗拉强度的结果。
因此为了控制大体积混凝土裂缝，就必须从提高混凝土本身抗拉强度性能和降低拉应力（特别是温度应力）这两方面综合考虑。
抗拉强度主要决定于混凝土的强度等级及组成材料，要保证抗拉强度关键在于原材料的优选和配合比的优化（混凝土强度等级设计已经确定），由于混凝土选用地材，从经济角度来考虑，原材料优化的空间相对较小，所以降低拉应力是控制混凝土裂缝的有效途径。
而降低拉应力主要通过减少温度应力和沉缩应力来控制温度裂缝和沉缩裂缝。
一、温度裂缝
1、温度裂缝产生的主要原因：
一是由于混凝土结构内外温差较大引起的。
在混凝土结构硬化期间，水泥释放大量的水化热，如果散热不及时，内部温度就会不断上升，使混凝土表面和内部温差变大。
混凝土内部膨胀高于外部，此时混凝土表面将受到很大的拉应力，而混凝土的早期抗拉强度很低，因而出现温度裂缝。
这种温度应力一般在表面处较大，离开表面就很快减弱，因此裂缝只在接近表面的范围内发生，表面层以下结构仍保持完整。
二是由于结构温差较大，受到外界的约束引起的，当大体积混凝土浇筑在约束地基（例如桩基）上时，又没有采取特殊措施降低、放松或取消约束，或根本无法消除约束，则易发生深度、甚至是贯穿的温度裂缝。
2、温度裂缝形成的过程：
一般（认为）分为三个时期：
一是初期裂缝—就是在混凝土浇筑的升温期。
由于水化热，混凝土浇筑后2~3天内温度急剧上升，内热外冷引起的“约束力”超过混凝土抗拉强度引起裂缝。
二是中期裂缝—就是水化热降温期，当水化热温升到达峰值后逐渐下降，水化热散尽时结构物的温度接近环境温度，此间结构物温度引起“外约束力”，超过混凝土抗拉强度引起裂缝。
三是后期裂缝，当混凝土接近周围环境条件之后保持相对稳定，而当环境条件剧变时，由于混凝土为不良导体，形成温度梯度，当温度梯度较大时，混凝土产生裂缝。
3、温度控制：
一般的，温度裂缝的产生是不可避免的，重要的是如何把其控制在规范允许的范围之内。
要进行有效的控制，就必须进行科学预测，以保证控制的准确性。
在施工现场，对温度应力的控制主要是进行温控。
在浇筑混凝土时，采用温度传感片和测温仪，从浇筑一开始就开始测温（包括入模温度，环境温度），并及时抹面压光和养护（保温保湿）。
混凝土浇筑完后根据温控指标，及时调整保温保湿养护条件。
温度影响系数受多种因素影响，其中温度、湿度、散热界面（土、空气等），初凝时间、风速、温差等影响较大，特别是风速和温差较大时，温度影响系数？
大大降低，最高温升将降低，这与我们的实测结果是相吻合的。
但为防止降温过快，形成大的温度梯度，夏季选用蓄水养护，秋冬季加盖草袋、海绵如果工地气候风大、干燥特征拆模后及时采取防风，保温措施，并及时回填土，结果证明这些方法对温度影响系数的改变是非常有用的，事实表明控制也是非常成功的。
二、沉缩裂缝
混凝土沉缩裂缝在大体积混凝土（特别是泵送大流态混凝土）施工中也是经常发生的。
主要原因是振捣不密实，沉实不足；
或者骨料下沉，表层浮浆过多，混凝土浇筑后，没有及时抹光压实（特别是初凝前的二次拌压）；
如果表面覆盖再不及时，受风吹日晒，表面水份散失快，产生干缩，混凝土早期强度低，不能抵抗干缩变形而导致开裂。
在施工中采用缓凝型泵送剂，延缓混凝土的凝结硬化
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