大体积混凝土裂缝控制方法

不同品种水泥因混合材的差异,混凝土干燥收 缩值也不同,按收缩值排序:大掺量矿渣矿渣水泥> 矿渣水泥> 普通硅酸盐水泥> 早强水泥> 中热水泥 粉煤灰水泥。较粗的熟料颗粒如大于75um ,其水 化不完全的核心类似于集料抑制混凝土收缩的作用: 细颗粒熟料水化较完全,细颗粒增多时,C-S-H凝胶 产生也更多,收缩也增大。
根据上述定义，200～600mm长墙，80～ 300 mm的楼板采用泵送商品混凝土现浇整体 式都具有大体积混凝土的性质，一不小心就 开裂,这是我们从事混凝土工程设计、施工、 材料及质量监督工作的一个新的基本概念。
大体积混凝土裂缝增多的原因
现代混凝土技术的重大发展是商品混凝土和泵送混凝土 的出现，它以其高匀质性、高效率、自动化、环境保护好、 便捷的施工和运输给我们的城市建设代来了快速的发展。但 是却使裂缝控制的技术难度大大增加了，其综合原因是：
3.现浇混凝土结构，砖混结构刚度增加，抗震烈度提高， 结构约束较过去显著提高，约束应力增大。采用高强度 钢筋代替中低强度钢筋，导致钢筋使用应力显著增加， 与裂缝宽度成正比。特别是在超长、超厚、超静定结构 为常用结构形式的情况下，约束应力就更大。
4.结构设计中只重视承载力极限状态（结构不倒塌、不破坏、 不失稳、无安全问题）而忽略正常使用极限（结构必须满足 正常使用，最大允许变形、允许无害裂缝、防止渗漏、耐久 性、美观及精神作用的极限状态）；忽略构造设计及构造配 筋的作用。保护层偏厚。
用系统方法控制混凝土工程裂缝
系统方法是以对系统的基本认识为依据，用以指导 人们研究和处理科学技术问题的一种科学方法。当 人们运用系统方法的基本原则对各种复杂系统进行 规划、研究、设计、制造、试验和实施时，便形成 了所谓的系统工程。
大体积混凝土的裂缝控制由于其影响因素较多，且 相互之间具有关联，因此，也是一个复杂的系统工 程。他含盖了材料、施工、设计、环境和管理等诸 多因素。同时具有试验室的试验数据与工程实际的 差距，许多的试验数据都无法代表实际工程的情况， 所以实际的工程经验和系统方法的结合便成为工程 中混凝土裂缝控制基础。
控制裂缝的基本理念
混凝土裂缝是不可避免的，但是其有害程度是可以 控制的，有害与无害裂缝的界限是由生产和生活使 用功能及环境决定的。 工程师的全部艺术是把裂缝控制在无害范围内，并 将无害裂缝减少到最低限度。 控制裂缝的原则是“防裂于未然”为主，处理裂缝 为辅。
工民建大体积混凝土温控的三个条件
根据近年来的实践经验大体积混凝土温控在综合
硅酸盐水泥体系开裂的影响因素
从对硅酸盐水泥开裂影响因素的大小排列来看是如下顺序: 粉磨细度>水灰比>养护温度>碱含量>SO3含量
水灰比的影响—低水灰比的水泥浆体抗裂性能下降； 粉磨细度越细，产生裂缝的概率越大，抗裂能力越低； 随着养护温度的提高，浆体的水化速度大大加快，浆体硬 化后的抗裂能力下降。因此，温度应力的概念不只是温度 下降引起的混凝土收缩因受到约束容易产生裂缝，很重要 的一点还要考虑温度对水泥混凝土本身的改变； 随着水泥中SO3含量的增加，抗裂能力逐渐下降。 碱含量的增加对抗裂能力将产生不利的影响。
施工方面：
施工过程中必须注意保温保湿的养护措施，如：花管 喷水、塑料薄膜覆盖（注意：必须覆盖塑料薄膜，如不覆盖 效果极差）、草袋保温。并应尽早实施（二次压光后）浇注 后混凝土初凝前进行二次压光。现场严格控制混凝土的水灰 比和坍落度，不得现场加水。不得在雨中浇注混凝土。混凝 土振捣时不得漏振、过振、欠振。应采用快进慢出的方法进 行。注意现场防风及太阳直射，模板尽可能晚拆，并尽可能 早期回填。应根据不同的季节、地区采取不同的施工和养护 方法。在施工条件允许的情况下,尽可能的延长养护时间,以 达到“利用时间控制裂缝”的目的。充分发挥混凝土自身的 松弛效应，使约束应力有时间逐渐松弛，并降低到混凝土的 抗拉强度以下，以控制裂缝的出现。
大体积混凝土裂缝控制的原则
采取措施使作用力(效应)S与抗力R保持 S≤R 的 关系
S-约束应力或约束变形(包括:温度、湿度、地基变 形等），用“放”的方法解决，以“放”来降低 作用效应。如：在岩石地基上和老混凝土基础上 设置滑动层，尽可能避免采用锚杆，永久变形缝， 柔性连接，桥梁铰接节点等。均属于“抗放兼施 以放为主”的措施
d.粉煤灰会增加混凝土的碳化，据有关研表明,对 于大掺量粉煤灰混凝土可通过粉煤灰和矿渣的复 掺法减小碳化影响。
粉煤灰混凝土抗裂性能的影响因素
粉煤灰胶凝体系的开裂影响因素排列为： 粉煤灰掺量>水胶比>养护温度>粉煤灰比表面积；
随着粉煤灰的掺量在0-60%区间中增加，胶凝体系的抗裂性 能提高；但超过30%以后抗裂性能提高的幅度不大； 水胶比的提高，体系的抗裂性能也相应的提高；但应注意 对于大掺量粉煤灰混凝土而言，水胶比的提高对其各项性 能尤其是强度影响很大，应当注意； 养护温度的提高会使体系的抗裂性能下降，但仍比硅酸盐 水泥体系的抗裂性能好； 粉煤灰的细度对其抗裂性能的影响不大。
大体积混凝土裂缝控制措施
大体积混凝土的定义
日本建筑学会定义 对结构断面尺寸在80cm以上，同时水化热引起的
混凝土内最高温度与表面温度之差预计超过25℃的 混凝土称之为“大体积混凝土”。 ACI对大体积混凝土的新定义
任意体量的混凝土，其尺寸足以要求必须采取措 施，控制由于体积变形（温度及收缩作用）引起的 裂缝者成为“大体积混凝土。
措施确保的条件下可适当放宽：
入模温度：T0≤32℃（一般规定30℃） 内外温差：△T≤30℃（一般规定25℃） 每天降温速率：△T/△t≤3℃/d(一般规定1.52.0℃/d) 指结构中心温度
有试验表明，当入模温度为20℃时1天内水泥水化 产生了7天水化热的43%；而当入模温度为30℃时， 1天内水泥水化产生了7天水化热的62.5%，混凝土 达到最高温度的时间缩短了，因而减少了可利用的 散热时间，不利于降低混凝土的最高温升，同时也 会导致降温速度过快，给保温带来一定的困难。
形变作用的时间特征
混凝土是一种多相复合材料组成的,由于不同的线膨胀系 数和不同的收缩导致内部潜伏着随时间变化的残余应力，在 自发和诱发因素作用下引起内部和外部的裂缝。
变形作用都具有时间特征，因此被称为“时变结构” 结构理论与实践的反差，往往来自水文地质与气象温湿度 的随时间变化，它们使建筑物失去了“凝固的艺术”特征， 而变为无时无刻都在“呼吸”的动态结构。因此，“活裂 缝”与“死裂缝” 变为相对的，变形是绝对的。 一般情况下，变形随着温度和应力呈稳定性变化是正常 的。即变化的程度随时间的延续会愈来愈小。
R-混凝土的强度（包括：抗压、抗剪、抗弯、抗拉 等能力）或极限拉伸，用“抗”的方法解决，提 高混凝土的抗拉强度和极限拉伸（极限拉伸比抗 拉强度更重要）。同时还应采取措施提高混凝土 的弹性拉伸，蠕变拉伸，弯拉作用，粘结效应， 配筋影响和微裂缝利用等。均属“抗放兼施以抗 为主”的措施
采用保温、保湿养护兼有抗放两方面的益处
2.矿物掺和料的影响
（1）粉煤灰
a.粉煤灰减小混凝土自收缩。
粉煤灰虽是活性混合材,但在水泥浆体系中的水化非 常缓慢,相当于增加早期有效水灰比,因此粉煤灰可 降低混凝土内部的早期自干燥速度,显著降低早期自 收缩。后期粉煤灰的继续水化使水泥石内部自干燥 程度提高,但是此时混凝土已有较高的弹性模量和很 低的徐变系数,因此在相同自干燥程度下产生的自收 缩同早期相比小的多。,可通过粉煤灰和矿渣的复掺 法减小碳化影响。
大面积混凝土中可掺加纤维，提高抗塑性裂 缝的能力。合理选择混凝土强度等级（C25～ C30），并利用后期强度。采用细而密的设计加强 构造配筋（μ= 0.2～0.5%，对称构造配筋与全截 面之比）。在有可能的条件下对温度收缩应力进行 计算。外墙壁柱的强度应同外墙的强度一致。大体 积混凝土强度不大于C40，否则后期水化降温可能 引起外窄内宽的裂缝或内裂现象。
(2) 磨细矿渣: a.磨细矿渣的掺入一般会增加混凝土的收缩。它
对混凝土的自收缩的影响与其细度有关。通常使用与 水泥细度相当的磨细矿渣时,混凝土自收缩可随矿渣 掺量的增加而稍有减少,但当矿渣细度超过4000cm2/ g 时,混凝土的自收缩会随矿渣掺量的增加而增加。 其原因是磨细矿渣的活性更高,加速了混凝土内部相 对湿度的降低;但当掺量超过一定量后,未反应的颗粒 增多，对混凝土收缩又起抑制作用。
8.现代建筑对工程质量的要求越来越高，但是对结构裂缝控制 缺乏规范和统一的标准。设计软件及有限元程序也不包括变 形效应的计算，有些虽有计算，但脱离实际。
9.对高强高性能混凝土研究较多，但对水泥标准修订后，量大 面广的中低强度高性能混凝土却研究很少。
结论：裂缝产生的原因：设计、施工、材料、环境和管理等 相互影响的综合问题，解决裂缝问题应当采取综合方法
随养护温度的提高，胶凝体系的抗裂性能几乎呈直 线下降 随着水胶比的下降，体系的抗裂性能也下降； 随着矿渣粉细度的增加，体系的抗裂性能下降
(3) 硅灰:
硅灰的颗粒极细,活性很高,掺入硅灰可提高混凝土 强度、抗渗性、耐久性及有效地控制碱骨料反应。但 它的缺点就是会增加混凝土的收缩,特别是自收缩和化 学收缩。由于硅灰的表面积很大,会导致水化很快,加 速了水泥石孔隙中缺水与内部相对湿度的降低,而增大 了自干燥。对于掺有硅粉的混凝土而言，体系的开裂 影响因素排列为：
结构裂缝控制的综合方法
设计方面
设计不仅要考虑承载力问题，更重要的是要考虑 变形问题（温度变化、收缩作用和地基变形问题） 变形作用引起的内力可以采用“抗与放”相结合的 综合措施，施工期间所承受的温差和湿差最大，所 以采用“先放后抗”的设计原则。根据建筑的平面 Байду номын сангаас置，减少约束度，如：设置滑动层，合理设置后 浇带或采用采用跳仓施工法。合理布置构造钢筋， 将构造钢筋布置在受力钢筋的外侧。
2.混凝土及水泥向早强、高强度发展、水泥强度不断提高， 水化速率加快，水泥用量不断增加，抗压强度显著提高 而抗拉强度滞后于抗压强度，拉压比降低，弹性模量E增 长迅速。胶凝材料用量增多，体积稳定性成比例的下降 （温度收缩变形显著增加）。用高强钢筋代替中低强度 钢筋导致钢筋使用应力显著增加，与裂缝宽度成正比。
5.施工工艺缺乏对温度收缩变形较大的混凝土的养护方法，经 常采用传统、一般的方法，养护时间不足与工期要求产生矛 盾。
6.外加剂及掺和料品种繁多，针对具体工程进行选择存在困难。 对于抗压强度试验多，但对于体积稳定性缺乏研究。
7.对混凝土的抗拉、温度、收缩、徐变、疲劳、冻融、极限拉 伸等长期性能和对大体积混凝土的抗裂性能研究较少。
材料方面： 1.水泥的影响
水泥品种的影响主要体现在水泥的矿物组成的和细 度方面,水泥的组成对混凝土的收缩影响较大,尤其是 化学减缩和自收缩。水泥熟料各单矿物的化学减缩作 用大小排序如下:C3A > C3S > C2S > C4AF。高强混凝 土的干缩随水泥中SO3 含量增加而减小,但当SO3 含量 超过3.1%时 ,干缩又增大；低强混凝土的干缩与高强 混凝土的相似，但SO3含量对干缩影响更小,这是由于 低强混凝土的水泥用量更低所致。
1.混凝土由干硬性、预制化转向泵送高流态商品混凝土整体 现浇施工；水泥用量、水用量增加，加之水泥标准的改变使 水泥的活性、细度增加导致水化热和收缩变形显著增加（收 缩由2～3×10-4增加至6～8×10-4），同时为满足泵送的要 求，混凝土配合比中骨料粒径减小、砂率提高、坍落度加大 等因素导致混凝土的体积稳定性下降，裂缝产生的原因更加 复杂，对设计和施工人员的要求更高；
b.粉煤灰混凝土干缩大,高温大风季节施工易产生 塑性收缩开裂。研究表明,粉煤灰水泥混凝土在 0.57kg/ m2·h 蒸发率条件下就会产生塑性收缩 裂缝,而普通水泥混凝土则产生塑性收缩裂缝的 临界蒸发率为0.75kg/ m2·h，这一点是值得高度 重视的。
c.粉煤灰明显降低混凝土水化热,使温度收缩和开 裂的危险减小。
b.矿渣可降低混凝土的水化热,但若矿渣细度过细, 不利于降低混凝土的水化温升。例如矿渣微粉等量 取代水泥用量30 %时,细度为6000～8000cm2/ g ,其 混凝土的绝热温升比细度为4000cm2/ g 的有显著的 提高。
矿渣混凝土抗裂性能的影响因素
掺有矿渣的胶凝体系开裂影响因素排列为： 水胶比>养护温度>矿渣粉掺量>矿渣粉细度