浅析大体积混凝土裂缝土木工程本科毕业论文Word文件下载.docx
《浅析大体积混凝土裂缝土木工程本科毕业论文Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浅析大体积混凝土裂缝土木工程本科毕业论文Word文件下载.docx（15页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
处理措施
引言
近年来，随着我国改革开放的不断深入，经济快速的发展，使得我国的建筑行业也得到了迅速的发展，因此建筑技术以及建筑规模均得到不同程度的扩大，诸多城市出现了大型现代化技术设施，而且这一趋势还在继续增加，而众所周知混凝土结构具有价格便宜质量好等特性的材料，施工操作较为方便，可装饰性极强，此外其承载力也非常大，也受到人们越来越多的喜爱，所以大体积混凝土已成为大型设施或结构的重要组成部分[1]。
因此，探讨裂缝产生的原因和预防措施对防止大体积混凝土裂缝的出现有着重要的意义。
对于大体积混凝土裂缝控制的系统研究，是从20世纪30年代中期美国修建鲍尔德坝（现改称胡佛坝）开始的。
30年代初期，美国所修建的几座混凝土坝产生了裂缝，所以美国商务局在修建胡佛坝时（胡佛坝是当时世界上最高大的混凝土建筑物），进行了系统的温度场及温度应力的研究，提出了柱状分块，薄层浇筑，并采用水管冷却，低热水泥等降温措施，从而防止了危害性裂缝的形成[2]。
这种研究成果至今仍有普遍影响。
随着科技进步，管理水平的提高，40年代美国陆军工程师团又发展了预冷骨料，通仓浇筑方法，规定混凝土出机温度应控制在10℃以下，60年代又采取了泡沫塑料坝面保温等措施来防止表面裂缝[3]。
以上这一系列措施基本上都是从控制混凝土浇筑块温度变化幅度着眼的，一直沿用至今，行之有效。
从实际设计和施工水平方面看，自40年代至今，各国（如美国、俄罗斯、巴西和中国等）对大体积棍凝土的裂缝问题的研究都做了深入的探讨，并提出了一些防裂措施[4]。
就国内而言，袁勇（2004）分析了现浇混凝土早期性能特点和早期应力、应变发展规律介绍了结构特性、环境因素对混凝土性质变化作用机理。
提出了混凝土结构的时变应力分析理论。
对早期裂缝控制的基本理论与实际应用方法进行了阐述。
刘海成（2005）
在大体积混凝土应力场计算中，混凝土的弹性模量和徐变变形都与温度有关，温度场应力场存在耦合现象。
根据温度损伤和温度对徐变的影响,
建立了考虑温度影响的混凝土弹性模量表达式和徐变应变计算的递推公式。
应用粘弹性与损伤耦合和正交各向异性损伤理论,
描述了混凝土在高应力水平下的非线性徐变特性和由于微裂缝扩展引起的刚度退化与应变软化,
建立了考虑温度影响的大体积混凝土结构应力场分析的有限元表达式。
程志（2010）:
超大体积混凝土在水泥水化时,
会形成外低内高的温差,
这种温差会使超大体积混凝土内部温度分布不均匀,
会引起质点发生的变形不一致,
从而产生内约束。
超大体积混凝土中心由于温度较高,
所产生的热膨胀也较表面大,
因而在混凝土中心产生压应力,
而表面则产生拉应力。
当表面拉应力超过混凝土的抗拉强度时,
就会在超大体积混凝土的外表面产生裂缝,
这种裂缝比较分散、裂缝宽度小、深度也很小,
俗称∀表面裂缝。
它一般发生在浇筑后的温度上升阶段,
是由于混凝土体积发生膨胀所形成的。
国内的理论研究为本文的研究奠定了很好的基础，也为本文的实际应用研究提供了很好的参考。
全文共分为五部分：
第一部分是全文的引言，提出本文研究对象和意义。
第二部分介绍了大体积混凝土及其开裂机理分析，主要对大体积混凝土进行介绍，并对大体积混凝土裂缝的具体原因进行探究，第三部分介绍对大体积混凝土裂缝控制，介绍大体积混凝土裂缝控制预防措施，第四部分概述大体积混凝土裂缝的处理方法，对出现的大体积混凝土裂缝的处理措施进行概述，第五部分是案例分析，引入大体积混凝土应用案例，针对案例的水工大体积混凝土的裂缝产生原因以及对策进行系统的研究，最后是全文的总结。
1大体积混凝土及其开裂机理分析
1.1大体积混凝土概述
对大体积混凝土的定义，我国尚无明确的定义，各国的规定不尽相同，具体如下：
美国混凝土协会（ACI）以对大体积混凝土的定义为：
体积大到必须对水泥的水化热及其带来的相应体积变化采取措施，才能尽量减少开裂的一类混凝土。
日本建筑学会标准（JASSS）规定：
结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起的混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土。
国际预应力协会（FIP）[规定：
“凡是混凝土一次浇筑最小尺寸大于0.6m，特别是水泥用量大于400kg/m3时，应考虑采用水化放热慢的水泥或采取其它降温散热措施”5]。
1.2大体积混凝土开裂机理分析
混凝土结构在建设和使用中出现不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象。
一般来说大体积混凝土开裂主要有温度裂缝、收缩裂缝以及结构裂缝。
1.温度裂缝
大体积混凝土的裂缝成因较为复杂，影响因素也较多。
但主要由以下因素引起的[5]：
（1）水泥的水化热
大体积混凝土在浇筑凝结后，水泥在水化过程中会释放大量的水化热。
而大体积混凝土结构物断面尺寸较大较厚，水泥释放的热量聚集在混凝土内部不易散发，使结构物内部温度急剧升高，通常在3-5日内温度达到最高值。
温度变化产生体积胀缩，受到约束而产生压应力。
混凝土在浇筑初期，由于它是热的不良导体，其强度和弹性模量都很低，对水化热引起的急剧温变约束不大，相应的温度应力也小。
随着混凝土龄期的增长、弹性模量和强度的提高，对混凝土内部降温收缩的约束愈来愈大，以致产生很大的拉应力。
拉应力超过此时混凝土的极限抗拉强度就产生温度裂缝。
（2）约束条件
在大体积混凝土中，一般有内部约束和外部约束两种情况。
内部约束是由于内部水泥水化热不易散发，表面则易散发，使表面温度低于内部，即由温差形成。
相对而言，内部体积膨胀受表面约束处于受压状态，表面体积则收缩（特别是遇气温骤降，或过水）受内部约束，产生拉应力[6]。
浇筑在基岩或老混凝土上的混凝土，在逐步降温的过程中，将会冷缩，但由于受到基岩或老混凝土的约束，将会产生拉应力。
当其超过混凝土的极限抗拉强度时，就可能出现贯穿性裂缝。
这种温度变形约束是外部约束。
（3）环境温度的变化
大体积混凝土结构在施工阶段，受外界气温的变化影响很大。
外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；
如外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土极为不利。
混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热温度和结构散热降温等各种温度的叠加之和，而温度应力则是由温差所引起的温度变形造成的，温差愈大，温度应力也愈大。
同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热。
混凝土内部的最高温度一般可达60-65℃[7]，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力就显得更为重要。
（4）混凝土的收缩变形
混凝土的拌和水中，约20%的水分是水泥硬化所必需的，其余80%的水分要蒸发。
混凝土水化作用时产生的体积变形称为“自身体积变形”。
该变形多数是收缩变形，少数是膨胀变形，这主要取决于胶泥材料的性质。
混凝土中多余水分的蒸发是引起结构体积干缩变形开裂的主要原因之一。
温度裂缝的走向通常无一定规律，大面积结构裂缝常纵横交错；
梁板类长度尺寸较大的结构，裂缝多平行于短边；
深入和贯穿性的温度裂缝一般与短边方向平行或接近平行，裂缝沿着长边分段出现，中间较密。
裂缝宽度大小不一，受温度变化影响较为明显，冬季较宽，夏季较窄。
高温膨胀引起的混凝土温度裂缝是通常中间粗两端细，而冷缩裂缝的粗细变化不太明显。
此种裂缝的出现会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低混凝土的抗冻融、抗疲劳及抗渗能力等。
1.收缩裂缝
自身收缩是混凝土收缩的一个主要来源。
自身收缩与干缩一样，是由于水的迁移而引起的。
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，导致混凝土体的相对湿度降低及体积减小而最终自身收缩。
水灰比对自身收缩影响较大，一般来说，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，自身收缩与干缩则几乎各占一半。
自身收缩主要发生在混凝土拌合后的初期。
因此在模板拆除之前，混凝土的自身收缩大部分甚至全部已经完成。
在大体积混凝土里，即使水灰比并不低，自身收缩量值也不大，但是它与温度收缩叠加到一起，就要使应力增大，所以在水工大坝施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑[8]。
但是，许多断面尺寸虽不很大，且水灰比也不算小的混凝土，也必须考虑水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂影响，也需要考虑将温度收缩和自身收缩叠加的影响。
干缩裂缝多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。
水泥浆中水分的蒸发会产生干缩，且这种收缩是不可逆的。
干缩裂缝的产生主要是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果：
混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。
相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。
干缩裂缝多为表面性的平行线状或网状浅细裂缝，宽度多在0.05~0.2mm之间，大体积混凝土中平面部位多见，较薄的梁板中多沿其短向分布。
干缩裂缝通常会影响混凝土的抗渗性，引起钢筋的锈蚀影响混凝土的耐久性，在水压力的作用下会产生水力劈裂影响混凝土的承载力等等[9]。
混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。
水灰比的变化对干缩和自缩的影响正相反，即当混凝土的水灰比降低时干缩减小，而自缩增大。
塑性收缩是指混凝土在凝结之前，表面因失水较快而产生的收缩。
塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细且长短不一，互不连贯状态。
较短的裂缝一般长20~30cm，较长的裂缝可达2~3m，宽1~5mm。
其产生的主要原因为：
混凝土在终凝前几乎没有强度或强度很小，或者混凝土刚刚终凝而强度很小时，受高温或较大风力的影响，混凝土表面失水过快，造成毛细管中产生较大的负压而使混凝土体积急剧收缩，而此时混凝土的强度又无法抵抗其本身收缩，因此产生龟裂。
影响混凝土塑性收缩开裂的主要因素有水灰比、混凝土的凝结时间、环境温度、风速、相对湿度等等。
1.结构裂缝
结构裂缝一般分为结构沉陷裂缝和由荷载计算差错引起的。
由于基础沉降和模板支设等原因产生的结构裂缝较荷载计算差错的产生的裂缝多，这种结构性裂缝一般不会发生，但如果发生，后果将是不堪设想。
沉陷裂缝的产生是由于结构地基土质不匀、松软，或回填土不实或浸水而造成不均匀沉降所致；
或者因为模板刚度不足，模板支撑间距过大或支撑底部松动等导致，特别是在冬季，模板支撑在冻土上，冻土化冻后产生不均匀沉降，致使混凝土结构产生裂缝。
此类裂缝多为深进或贯穿性裂缝，其走向与沉陷情况有关，一般沿与地面垂直或呈30°
~45°
角方向发展，较大的沉陷裂缝，往往有一定的错位，裂缝宽度往往与沉降量成正比关系。
裂缝宽度受温度变化的影响较小。
地基变形稳定之后，沉陷裂缝也基本趋于稳定。
荷载设计方面主要是对复杂环境考虑不足，对于结构受力和应力集中部位计算错误等，受外力及水力作用会发生，具有较强的专业特点。
2大体积混凝土裂缝控制
大体积混凝土裂缝的预防措施根据不同情况，主要有注意原材料的选择、采用合理的施工方法以及科学合理的养护措施[10]。
2.1注意原材料的选择
2.1.1选好原材料
（1）优先选用中热硅酸盐水泥，因为该水泥具有较低的水化热，同时抗裂性能也较好。
（2）选择线膨胀系数小、岩石弹性模量较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。
（3）在混凝土中掺用优质粉煤灰提高混凝土的耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗裂性能。
（4）复掺高效减水剂和引气剂，减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度。
2.1.2加强结构设计
（1）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。
（2）在混凝土受拉的部位采用膨胀混凝土补偿硬化过程中的收缩，或采用纤维混凝土提高混凝土的抗裂能力。
（3）根据工程特点，在某些部位充分利用混凝土后期强度，以减少水泥用量，减少水化热和收缩。
（4）相互接触的两种混凝土强度等级不要相差过大，必要时设置过渡混凝土。
2.2采用合理的施工方法
为了防止温度裂缝，可以采用降低混凝土的浇筑温度，控制各区域的温度梯度，改善约束条件，提高混凝土的抗裂强度等措施。
2降低浇筑温度和水化热
（1）优先选用低发热量的水泥，如矿渣水泥、明矾水泥、大坝水泥，可减少水化热引起的绝热温升。
（2）采用改善骨料级配，适当掺加大块石，适量掺加混合材料，减小砂率等措施来减少水泥用量，将水泥用量尽量控制在450kg/m3以下，以减少水泥水化热。
（3）降低水灰比，一般混凝土的水灰比控制在0.6以下，降低水化热。
（4）改善混凝土的搅拌加工工艺，在传统的“三冷技术”的基础上采用“二次风冷”新工艺，可进一步降低混凝土的浇筑温度。
（5）在混凝土中掺加适量的具有减水、增塑、缓凝等作用的外加剂，改善混凝土拌合物的流动性、保水性，便于分段分层施工，降低水化热，推迟热峰的出现时间。
（6）避免炎热的夏季施工，不宜中午浇筑。
如在高温季节浇筑，可考虑在骨料堆放处搭设遮阳板，避免日光直射。
低温入模，低温养护，必要时可采用冰块降低混凝土原材料的温度等措施来控制混凝土的温升。
2降低内外温差
在大体积混凝土内部设置若干冷却管道，通入冷水或者冷气进行内部散热，减小混凝土的内外温差。
对大体积混凝土结构进行蓄水养护亦是一种较好的办法。
混凝土终凝后，在其表面蓄存一定深度的水。
由于水的导热系数为0.58W/m·
k，具有一定的隔热保温效果，这样可延缓混凝土表面水化热的降温速率，缩小混凝土中心和混凝土表面的温差。
2.2.3强化混凝土全程养护
（1）加强混凝土养护。
混凝土浇筑后，及时用湿润的草帘、麻袋等覆盖，并注意洒水养护，适当延长养护时间，保证混凝土表面缓慢冷却。
在寒冷季节，混凝土表面应设置保温措施，以防止寒潮袭击。
（2）在坝岸结合部的混凝土结构拆模后，应尽快回填土，避免气温的较大变化产生的有害影响，同时亦可延缓降温速率，避免裂缝产生。
2.2.4改善约束条件的措施
（1）合理安排施工工序，分层、分块浇筑。
由于大体积混凝土的温度应力与结构尺寸相关，混凝土一次浇筑的结构尺寸越大，温度应力越大。
因此采用该措施有利于减轻约束、缩小约束范围和进行散热，确保混凝土自由伸缩达到释放温度应力的目的。
（2）避免应力集中。
在孔洞周围、断面突变部位、转角处等，由于温度变化和混凝土收缩，会产生应力集中而导致裂缝。
为此，可在孔洞四周增配斜向钢筋
升级会员 