大体积混凝土施工裂缝控制措施

大体积混凝土施工裂缝控制措施
【摘要】掌握大体积混凝土的特性, 经过科学、合理的试验优化混凝土配合比、采用合理的措施降低混凝土的外约束力, 做好混凝土养护工作, 按照大体积混凝土施工要求认真组织施工, 控制和监测好混凝土的浇筑温度, 采取切实有效的措施可以防止有害裂缝的产生。

本文分析了大体积混凝土施工裂缝的形成原因，研究探讨了大体积混凝土施工裂缝控制措施。

【关键词】大体积混凝土施工裂缝控制措施
大体积混凝土在目前建筑工程中应用越来越广泛，占有非常重要的位置，如何防止大体积混凝土产生裂缝成为越来越重要的研究课题。

针对裂缝产生的原因，制定出合理的控制措施并结合工程的实际特点灵活的操作，才能有效的防止大体积混凝土裂缝的产生，确保工程的最终质量。

一、大体积混凝土施工裂缝的形成原因
大体积混凝土由于截面大, 水泥用量大, 水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化, 由此形成的温度应力是导致产生裂缝的主要原因, 这种裂缝分为两种:
第一种, 混凝土浇筑初期, 水泥水化产生大量水化热, 使混凝土的温度很快上升, 但由于混凝土表面散热条件较好,热量可向大气中散发, 因而温度上升较少; 而混凝土内部由于散热条件较差, 热量散发少, 因而温度上升较多, 内部形成温度梯度, 形成内约束。

结果, 混凝土内部产生压应力, 而面层产生拉应力, 当该拉应力超过混凝土的抗拉强度时, 混凝土表面就产生裂缝。

第二种, 混凝土浇筑后数日, 水泥水化热基本已释放, 混凝土从最高温逐渐降温, 降温的结果引起混凝土收缩, 再加上由于混凝土中多余水分蒸发、碳化等引起的体积收缩变形, 受到地基和结构边界条件的约束( 外约束) , 不能自由变形, 导致产生温度应力( 拉应力) , 当该温度应力超过混凝土抗拉强度时, 则以约束面开始向上开裂形成温度裂缝。

如果该温度应力足够大, 严重时可能产生贯穿裂缝, 破坏了结构的整体性、耐久性和防水性, 影响正常使用。

大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝, 是其内部矛盾发展的结果。

一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变; 另一方面是结构的外约束和混凝土各质点间的约束(内约束) 阻止这种应变。

一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度就会产生裂缝。

总结过去大体积混凝土裂缝产生的情况, 可知道产生裂缝的主要原因是: 水泥水化热; 约束条件; 外界气温变化; 混凝土收缩变形。

二、大体积混凝土施工裂缝控制措施
1、优化大体积混凝土配合比设计
优化混凝土配合比设计是降低混凝土温升、减少混凝土沉降收缩的最有效途径, 可采用以下几种方法实现:
（1）选用适宜品种的水泥
大体积混凝土宜选用水化热低、水化热不集中的水泥品种。

在条件允许的情况下应优先选用矿渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥或复合水泥。

水泥中水化热的大小、水化热的集中程度和水泥中熟料组份、水泥的细度及颗粒分布情况有密切关系。

水泥熟料的C2S( 硅酸二钙) 水化速度快, 水化热大; C3A( 铝酸三钙) 水化速度最快, 水化热最大; 水泥的比表面积越大, 水泥的水化速度越快, 放热量集中,很容易产生比较大、较为严重的裂缝; 水泥的颗粒分布过于集中, 很难与混凝土中粗细骨料组成混凝土大系统内连续而又合理的级配, 使混凝土在微观上抗拉能力变差。

因此, 当需要严格控制水泥水化热时, 应查看水泥的组份和物理特性, 进行试验确定其可用性。

（2）增加粉煤灰掺量, 使用高效减水剂
在混凝土中掺加粉煤灰不仅能使混凝土具有较好的和易性、可泵性、抗渗性、抗离析好, 减少沁水现象发生、有利于混凝土表面处理, 而且对混凝土强度,特别是后期强度有较大的贡献。

实践证明, 每掺加10kg 粉煤灰替代等量的水泥, 混凝土的温升可降低1℃。

因此, 增加混凝土中的粉煤灰掺量是减少水泥用量、降低混凝土中胶凝材料水化热的一种有效措施。

混凝土中掺加减水剂, 能保持混凝土工作性质不变而显著降低水灰比、改善和易性, 并能减少10% ~20%的水泥用量, 降低水化热量, 减缓水化速度。

混凝土中掺加缓凝型减水剂, 还可推迟初凝时间, 减缓浇筑速度和温度以利散热。

目前的高效减水剂可以减水20%~ 25% , 能有效地降低水胶比、减少水化热,对减少混凝土浇筑后的塑性收缩和温度收缩有重大意义。

（3）掺入有微膨胀组份的外加剂
在混凝土中掺加微膨胀剂, 补偿一部分混凝土的收缩, 从而放宽温差的限制。

以UEA 为例, 将10%~12%内掺( 取代水泥率) 水泥中, 可拌制成补偿收缩混凝土, 其限制膨胀率为0.02% ~ 0.04% , 在钢筋和邻位约束下, 可在混凝土中建立0.2MPa~ 0.7MPa 的预应力, 这一预应力大致可抵消混凝土硬化过程中产生的收缩拉应力, 使结构不裂或控制在无害裂缝范围内。

（4）增加混凝土中粗骨料的用量
给混凝土增加骨料用量, 特别是粗骨料用量, 给混凝土增加骨架作用也是防止裂缝产生的一个有效措施。

骨料用量多了, 胶凝材料用量就会相对降低,胶凝材料产生的水化热也会降低。

2、设计合理的养护措施
采取合理的养护措施是在混凝土浇筑后预防混凝土大体积混凝土裂缝的最重要措施。

提高养护环境湿度可以避免混凝土因表面干裂而产生的塑性收缩。

适当提高养护环境温度有利于减少内外温差、缓解降温速度, 从而减少温度应力, 也有利于混凝土强度增长和应力松弛发挥作用, 在混凝土早期抗拉强度还不高时能尽量避免出现裂缝。

大体积混凝土的养护时间应适当延长。

一般混凝土温差最大值应发生在浇筑后7d 之前。

但实践表明大体积混凝土7d~ 21d 混凝土平均温差往往大于1d~ 7d 的数值, 且最大值也并未出现在前7d。

原因是虽然混凝土水化热高峰已过, 但其内部仍积蓄着很大的热量, 混凝土的导热系数远小于空气, 散热速度不如空气快, 深层热量散失慢, 温度降幅小, 而表面热量散失快, 温度降幅大且随着龄期延长日趋环境温度, 因而形成温差不断增大的现象。

研究表明, 初期养护并不能阻止以后干缩的发生, 但可以推迟干缩的出现, 可在混凝土早期抗拉强度不高的情况下防止干缩和冷缩( 降温收缩) 过早叠加。

3、改善约束条件
在构造设计方面采取一些必要的措施来改善混凝土的内外约束, 有利于预防大体积混凝土裂缝的产生。

（1）增设后浇带
当混凝土结构尺寸过大时, 可在大体积混凝土中增设后浇带以减小外约束应力。

（2）设置滑移层和缓冲层
对于大体积混凝土基础, 为了减少因混凝土收缩时受地基阻力约束而在混凝土中形成的拉应力, 在浇筑混凝土前, 可在基础垫层与混凝土基础之间设置沥青油毡或其他类似的材料作为滑移层, 以减少大体积混凝土的外约束。

在混凝土基础的某些部位设置缓冲层, 可以缓解地基对基础收缩时的侧压力, 减少地基的约束作用。

（3）设置增强配筋
在容易开裂部位配置斜向钢筋或钢筋网片, 并配置一定数量的抗裂钢筋, 可显著提高混凝土的抗裂性能。

在孔洞周围, 断面转角处等宜增配斜向钢筋、钢筋网片, 避免因应力集中产生裂缝。

4、其他施工措施
在混凝土浇筑施工过程中可采取有效的技术措施减少大体积混凝土裂缝的
产生:
（1）降低混凝土浇筑温度
施工中可采用降低水和骨料的温度的方法降低混凝土的浇筑温度、必要时可采用含有冰块的水搅拌混凝土, 是降低混凝土温升的一种较为有效的措施。

施工中还可以采用减少装卸转运次数、给混凝土泵搭遮阳棚、在混凝土泵管上覆盖湿麻袋等辅助措施来降低混凝土浇筑温度。

（2）采用二次振捣工艺
二次振捣能减少混凝土因泌水在粗骨料、水平钢筋下部产生的水分和空隙, 提高混凝土和钢筋间的握裹力, 防止因混凝土沉降收缩产生的裂缝, 还可以减少内部微裂缝, 增加混凝土密实度, 从而有效地提高抗裂性。

（3）薄层浇筑
在浇筑时宜采用薄层浇筑的方法, 增加混凝土的散热机会, 以降低混凝土温升。

（4）在混凝土表面撒石子
大体积混凝土表面水泥浆较厚, 混凝土浇筑后可在表面均匀撒上一层薄薄的小石子, 在混凝土浇筑后4h~ 8h 内用长刮尺刮平, 初凝前用铁滚碾压, 再用木抹子搓平压实, 以控制混凝土表面裂缝。

（5）投石法
在设计允许的情况下可向大体积混凝土中投入15% ~ 20% 的洁净块石, 减少了水泥在整个混凝土构件中的含量, 可有效地减少混凝土温升。

投块石时应严格按混凝土流淌坡度分层填, 同层间距至少在200mm 以上, 使块石均匀分布在混凝土内层。

（6）在混凝土中埋设水管冷却混凝土
这种工艺是在大体积混凝土中埋设水管, 混凝土浇筑后, 利用向水管中注入温度较低的水( 一般使用循环水) 带走混凝土中的热量, 从而降低混凝土内部温度。

此种方法对降低大体积混凝土, 尤其是超大体积混凝土温升和内外温差非常有效, 但其成本较高,实际操作起来也比较复杂, 一般情况下不采用。

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