论文部分内容阅读
简介： 在城市桥梁工程中，大体积混凝土的工程规模日趋扩大，为确保大体积混凝土施工质量，除满足强度等级要求外，关键要严格控制混凝土在硬化过程中产生的裂缝。本文结合工程实践和科研成果，分析了大体积混凝土裂缝产生的原因，提出了大体积混凝土结构预防裂缝产生的措施。
关键字：大体积 混凝土 裂缝 控制
中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：
一、概述
任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题时，即称为大体积混凝土。我国《混凝土结构工程施工及验收规范》认为，混凝土构件最小边尺寸在1～3m范围内就属大体积混凝土。
大体积混凝土出现的裂缝按深度不同，分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种。表面裂缝主要是温度裂缝，一般危害性较小，但影响外观质量；深层裂缝部分地切断了结构断面，对结构耐久性产生一定危害；贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝，他切断了结构断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的。
二、裂缝发生原因
1、水泥水化热影响
水泥水化过程中放出大量的热量，因而使混凝土内部温度升高，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每千克水泥可以放出500KJ左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m3-550 Kg/m3来计算，每立方米混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量，从而使混凝土内部升高。当砼内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过砼内外的约束力时，就会产生裂缝。砼内部的温度与砼的厚度及水泥用量有关，砼越厚，水泥用量越大，内部温度越高。
2、内外约束条件的影响
混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀受到约束而形成压应力。当温度下降，则产生较大的拉应力。另外，砼内部由于水泥的水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心区产生压应力，在表面产生拉应力。若拉应力超过砼的抗拉强度，砼将会产生裂缝。
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。混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度、浇筑温度和散热温度三者的叠加。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。当气温下降，特别是气温骤降，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，使砼产生裂缝。
4、混凝土的收缩变形
混凝土中的80%水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩，随着混凝土的陆续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢。由于表面的干缩受到中心部位混凝土的约束，因而在表面产生拉应力而出现裂缝。在设计上，混凝土表层布设抗裂钢筋网片可有效地防止砼收缩时产生干裂。
5、其他因素的影响
支架、支撑变形下沉会引发结构裂缝，过早拆除模板支架易使未达到强度的砼结构发生裂缝和破损。混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续、数量不够，砂率及水灰比不当所造成的裂缝。水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。
三、防止产生裂缝的措施
1、设计优化措施
精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。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、优化混凝土配合比
理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。因此在大体积混凝土施工中应尽量使用低水化热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥，并尽量降低混凝土中的水泥用量，充分利用混凝土的中后期强度，以降低混凝土的温升，提高混凝土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失，可适度增加活性细掺料替代水泥。
严格控制集料的级配及其含泥量。如果含泥量大的话，不仅会增加砼的收缩，而且会引起砼抗拉强度的降低，对砼抗裂不利。在选择粗骨料时，可根据施工条件，尽量选用粒径较大、质量优良、级配良好的石子。既可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。在选择细骨料时，采用平均粒径较大的中粗砂，从而降低混凝土的干缩，減少水化热量，对混凝土的裂缝控制有重要作用。
掺加适量粉煤灰，可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的。但掺量不能大于30%。选用合适的缓凝、减水等外加剂，以改善砼的性能。加入外加剂后，可延长砼的凝结时间。
3、浇筑与振捣措施
（1）全面分层：即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层砼还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。采用这种方案，适用于结构的平面尺寸不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。
（2）分段分层：砼浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的砼还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的砼较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。
（3）斜面分层：要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。砼从浇筑层下端开始，逐渐上移。砼的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在砼卸料处，保证上部砼的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部砼密实。随着砼浇筑的向前推进，振动器也相应跟上。
4、养护措施
大体积砼养护的关键是保持适宜的温度和湿度，以便控制砼内外温差，促进砼强度的正常发展的同时防止砼裂缝的产生和发展。大体积砼的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过温度控制，防止因温度变形引起砼开裂。砼养护阶段的温度控制措施：
（1）砼的中心温度与表面温度之间、砼表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构砼具有足够的抗裂能力时，不大于25～30℃。
（2）砼拆模时，砼的表面温度与中心温度之间、表面温度与外界气温之间的温差不超过20℃。
（3）采用内部降温法来降低砼内外温差。内部降温法是在砼内部预埋水管，通入冷却水，降低砼内部最高温度。冷却在砼刚浇筑完时就开始进行。还有常见的投毛石法，也可以有效控制砼开裂。
（4）保温法是在结构外露的砼表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等），在缓慢的散热过程中，保持制砼的内外温差小于20℃。根据工程的具体情况，尽可能延长养护时间，拆模后立即回填或再覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响，防止砼早期和中期裂缝。
四、结束语
实践证明，在优化混凝土配合比，改善施工工艺，提高施工质量，做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施，坚持严谨的施工组织管理，完全可以控制大体积混凝土温度裂缝和施工裂缝的发生。
参考文献：
［1］周文 施工中混凝土裂缝的控制措施《水运工程》2006年 第2期 89-91页
［2］王铁梦 工程结构裂缝控制的综合方法.施工技术.2000(5).5-9.
关键字：大体积 混凝土 裂缝 控制
中图分类号：TU37文献标识码： A 文章编号：
一、概述
任何现浇混凝土，其尺寸达到必须解决水化热及随之引起的体积变形问题时，即称为大体积混凝土。我国《混凝土结构工程施工及验收规范》认为，混凝土构件最小边尺寸在1～3m范围内就属大体积混凝土。
大体积混凝土出现的裂缝按深度不同，分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种。表面裂缝主要是温度裂缝，一般危害性较小，但影响外观质量；深层裂缝部分地切断了结构断面，对结构耐久性产生一定危害；贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝，他切断了结构断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的。
二、裂缝发生原因
1、水泥水化热影响
水泥水化过程中放出大量的热量，因而使混凝土内部温度升高，且主要集中在浇筑后的7d左右，一般每千克水泥可以放出500KJ左右的热量，如果以水泥用量350Kg/m3-550 Kg/m3来计算，每立方米混凝土将放出17500KJ～27500KJ的热量，从而使混凝土内部升高。当砼内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力越大，当温度应力超过砼内外的约束力时，就会产生裂缝。砼内部的温度与砼的厚度及水泥用量有关，砼越厚，水泥用量越大，内部温度越高。
2、内外约束条件的影响
混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀受到约束而形成压应力。当温度下降，则产生较大的拉应力。另外，砼内部由于水泥的水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心区产生压应力，在表面产生拉应力。若拉应力超过砼的抗拉强度，砼将会产生裂缝。
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。混凝土内部温度是由水泥水化热引起的绝热温度、浇筑温度和散热温度三者的叠加。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。当气温下降，特别是气温骤降，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，使砼产生裂缝。
4、混凝土的收缩变形
混凝土中的80%水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所必需的。而最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩，随着混凝土的陆续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢。由于表面的干缩受到中心部位混凝土的约束，因而在表面产生拉应力而出现裂缝。在设计上，混凝土表层布设抗裂钢筋网片可有效地防止砼收缩时产生干裂。
5、其他因素的影响
支架、支撑变形下沉会引发结构裂缝，过早拆除模板支架易使未达到强度的砼结构发生裂缝和破损。混凝土配合比不良会造成混凝土塑性沉降裂缝，一般是混凝土配合比中，粗骨料级配不连续、数量不够，砂率及水灰比不当所造成的裂缝。水泥中的碱与活性骨料中的活性氧化硅起化学反应也会产生裂缝。
三、防止产生裂缝的措施
1、设计优化措施
精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能地降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。增配构造筋提高抗裂性能。配筋应采用小直径、小间距。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、优化混凝土配合比
理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。因此在大体积混凝土施工中应尽量使用低水化热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥，并尽量降低混凝土中的水泥用量，充分利用混凝土的中后期强度，以降低混凝土的温升，提高混凝土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失，可适度增加活性细掺料替代水泥。
严格控制集料的级配及其含泥量。如果含泥量大的话，不仅会增加砼的收缩，而且会引起砼抗拉强度的降低，对砼抗裂不利。在选择粗骨料时，可根据施工条件，尽量选用粒径较大、质量优良、级配良好的石子。既可以减少用水量，也可以相应减少水泥用量，还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。在选择细骨料时，采用平均粒径较大的中粗砂，从而降低混凝土的干缩，減少水化热量，对混凝土的裂缝控制有重要作用。
掺加适量粉煤灰，可减少水泥用量，从而达到降低水化热的目的。但掺量不能大于30%。选用合适的缓凝、减水等外加剂，以改善砼的性能。加入外加剂后，可延长砼的凝结时间。
3、浇筑与振捣措施
（1）全面分层：即在第一层全面浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，此时应使第一层砼还未初凝，如此逐层连续浇筑，直至完工为止。采用这种方案，适用于结构的平面尺寸不宜太大，施工时从短边开始，沿长边推进比较合适。必要时可分成两段，从中间向两端或从两端向中间同时进行浇筑。
（2）分段分层：砼浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。由于总的层数较多，所以浇筑到顶后，第一层末端的砼还未初凝，又可以从第二段依次分层浇筑。这种方案适用于单位时间内要求供应的砼较少，结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。
（3）斜面分层：要求斜面的坡度不大于1/3，适用于结构的长度大大超过厚度3倍的情况。砼从浇筑层下端开始，逐渐上移。砼的振捣也要适应斜面分层浇筑工艺，一般在每个斜面层的上、下各布置一道振动器。上面的一道布置在砼卸料处，保证上部砼的捣实。下面一道振动器布置在近坡脚处，确保下部砼密实。随着砼浇筑的向前推进，振动器也相应跟上。
4、养护措施
大体积砼养护的关键是保持适宜的温度和湿度，以便控制砼内外温差，促进砼强度的正常发展的同时防止砼裂缝的产生和发展。大体积砼的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过温度控制，防止因温度变形引起砼开裂。砼养护阶段的温度控制措施：
（1）砼的中心温度与表面温度之间、砼表面温度与室外最低气温之间的差值均应小于20℃；当结构砼具有足够的抗裂能力时，不大于25～30℃。
（2）砼拆模时，砼的表面温度与中心温度之间、表面温度与外界气温之间的温差不超过20℃。
（3）采用内部降温法来降低砼内外温差。内部降温法是在砼内部预埋水管，通入冷却水，降低砼内部最高温度。冷却在砼刚浇筑完时就开始进行。还有常见的投毛石法，也可以有效控制砼开裂。
（4）保温法是在结构外露的砼表面以及模板外侧覆盖保温材料（如草袋、锯木、湿砂等），在缓慢的散热过程中，保持制砼的内外温差小于20℃。根据工程的具体情况，尽可能延长养护时间，拆模后立即回填或再覆盖保护，同时预防近期骤冷气候影响，防止砼早期和中期裂缝。
四、结束语
实践证明，在优化混凝土配合比，改善施工工艺，提高施工质量，做好温度监测工作及加强养护等方面采取有效技术措施，坚持严谨的施工组织管理，完全可以控制大体积混凝土温度裂缝和施工裂缝的发生。
参考文献：
［1］周文 施工中混凝土裂缝的控制措施《水运工程》2006年 第2期 89-91页
［2］王铁梦 工程结构裂缝控制的综合方法.施工技术.2000(5).5-9.