刍议大体积混凝土裂缝原因和解决措施摘要：在本文中，笔者采取提出问题、解决问题的论述方法，首先阐述大体积混凝土裂缝产生的原因,在这个基础上深究影响混凝土裂缝产生的因素,最后总结出应对的措施,并辅以工程实例说明，供广大同行参考。

关键词：大体积混凝土；裂缝引言裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种现象，它的出现不仅会影响建筑物的抗渗能力、建筑物的使用功能，而且会引起钢筋的锈蚀，混凝土的碳化，降低材料的耐久性，影响建筑物的承载能力，因此要对混凝土裂缝进行认真研究、区别对待，采用合理的方法进行处理，并在施工中采取各种有效的预防措施来预防裂缝的出现和发展，保证建筑物和构件安全、稳定地工作。

近些年来,大体积混凝土在大型设备基础和高层建筑基础厚筏底板中的使用较为常见。

由于高层建筑大体积混凝土的普遍使用,因而施工单位在大体积混凝土浇筑、测温及养护的手段均得以完善,大体积混凝土的施工技术不断提高、成熟。

1问题的提出由于大体积混凝土的普遍使用,施工单位对大体积混凝土的施工重视程度降低,套用和单凭经验现象也较普遍,放松了对大体积混凝土监测、监控工作,在大体积混凝土的浇筑、养护工作中,没有足够的重视。

因而,出现了一些问题。

本文通过对裂缝的分析,提出质量控制对策,希望能起到一定的指导作用,引起对质量控制的重视。

各国针对大体积混凝土的施工技术措施存在差异。

从我国对大体积混凝土的定义(我国对大体积混凝土的定义为混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m,或预计会因水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土)来看,我国对混凝土的裂缝控制技术措施要求是相当严格的。

因此,必须高度重视大体积混凝土的抗裂问题。

2大体积混凝土裂缝原因分析影响混凝土裂缝的因素相当复杂,如水泥品种及用量、混凝土入模温度、环境温度、温差、风速、施工方案、配筋率、几何尺寸、混凝土本身的导热性能、收缩变形等。

所以要控制裂缝的出现也是一个相当棘手的问题,混凝土生产要进行施工前、施工中、施工后的全过程监控,除优化其原材料、加入外加剂,严格控制浇注过程外,更应对温度这一多变的环节进行严格控制。

混凝土的裂缝主要有下面几种形式:2.1泌水现象由于混凝土分层分段浇筑,使混凝土上下浇筑层施工间隔时间较长,各分层之间产生泌水层,导致混凝土层间粘结力降低。

2.2干燥收缩裂缝混凝土硬化后,内部的游离水会由表及里逐渐蒸发,导致混凝土相应地产生干燥收缩。

在约束条件下,收缩变形导致的收缩应力大于混凝土的抗拉强度时,混凝土就会出现由表及里的干燥收缩裂缝,影响结构的耐久性和承载能力。

2.3温度裂缝水泥水化过程中产生大量的热量,如果以水泥用量350～550kg/m3来计算,每米混凝土将放出17500～27500kj的热量,从而使混凝土内部温度升高,在浇筑温度的基础上,通常升高35℃左右,如果浇筑温度为28℃,则混凝土内部温度将达到65℃左右。

如没有降温措施或浇筑温度过高,混凝土内部的温度还会更高。

混凝土内部的最高温度大约发生在浇筑后的3～5d,因为混凝土内部和表面的散热条件不同,所以混凝土中心温度高,表面温度低,形成温度梯度,造成温度变形和温度应力,当这种温度应力超过混凝土抗拉强度时,就会产生裂缝。

2.4施工冷缝因大体积混凝土的混凝土浇筑量大,在分层浇筑中,前后分层浇筑的间隔时期没有控制在混凝土的初凝之前,遇到了停电、停水及其它恶劣气候条件等因素的影响,致使混凝土不能连续浇筑而出现冷缝。

施工中以温度裂缝比较常见,因而大部分项目也是针对温度裂缝采取措施,防止产生有害裂缝,保证工程顺利进行。

3混凝土裂缝的影响因素3.1混凝土配筋率大体积混凝土中钢筋的含量对裂缝的产生有较大影响,但这一点往往被大家忽略。

事实上,钢筋对抵抗混凝土因收缩而产生的应力作用是很大的。

在保证混凝土最小配筋率的前提下,钢筋的布置是非常重要的。

3.2浇筑温度《混凝土结构工程施工及验收规范》(gb50204—92)中第4.4.17条规定:“大体积混凝土的浇筑应合理分段分层进行,使混凝土沿高度均匀上升,浇筑应在室外气温较低时进行,混凝土浇筑温度不宜超过28℃”。

《大体积混凝土施工规范》(gb50496─2009)中未作具体规定。

暑期必须浇筑大体积混凝土时,由于混凝土的温度高,凝结也快(一般混凝土达30℃比20℃要快1h),这样易产生接槎不良,出现裂纹。

因此,各国规范对混凝土的浇筑温度均提出了要求:日本30℃、苏联30～35℃、美国32℃、德国30℃。

根据实测室外气温、运距及转运次数、浇筑捣固时间、混凝土泵送距离(或时间)计算混凝土浇筑温度(即混凝土入模温度)。

在大体积混凝土浇筑中,施工单位往往会忽略混凝土入模温度及入模时室外温度的检测,在实践中计算混凝土的浇筑温度很有必要。

规范中规定:(1)式中tr──在r龄期时混凝土绝热温升(℃);q──每千克水泥水化热量(kj/kg);w──每立方米混凝土中水泥用量(kg/m3);c──混凝土的比热,计算时取0.97kj/kgk;p──混凝土的密度,取2400kg/m3;m──随水泥品种、比表面及浇筑温度而异;r──混凝土的龄期(d);e──常数,为2.718。

上述公式比较复杂,也可采用下面经验公式:(2)式中t0——浇筑温度;q——水泥单方用量;f——粉煤灰单方用量。

3.3温差控制《规范》第4.5.3条规定:“对大体积混凝土的养护,应根据气候条件采取控温措施,并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度,将温度控制在设计要求的范围内,当设计无具体要求时,温度不宜超过25℃”。

国际大厦工程温差的控制在施工前参考其它工程资料,我们确定为30℃(超过规范标准),事实证明是可行的。

根据配比中每方混凝土水泥用量、所用水泥水化放热量、混凝土比热、混凝土容重以及大体积混凝土浇筑厚度,计算混凝土的绝热温升和混凝土内部温度。

混凝土绝热温升及混凝土内部温度的计算是整个大体积混凝土热功计算的重心,不能被忽略的。

3.4原材料的选用对于大体积混凝土的原材料应严格控制其质量。

按照规范要求,选用优质原料,杂质含量小于规定要求。

尤其要注意水泥的使用,控制其水化热。

配制混凝土配合比时可考虑60d强度。

外加剂和纤维的掺加也是必要的。

4应对措施4.1钢筋要求对钢筋的配置进行核算,必要时对重点部位和突然变化断面增加钢筋的配置,形状变化较大的地方也要采取措施,必须满足配筋率的要求。

4.2原材料要求4.2.1水泥混凝土主要考虑抗裂性能好、兼顾低热和高强两方面的要求,一般采用低热矿渣水泥,中热硅酸盐水泥掺入一定量的粉煤灰。

外露混凝土一般采用较高标号的中热硅酸盐水泥。

4.2.2骨料选用结构致密,并有足够强度的优良骨料,特别是粗骨料,具体应符合有关的标准、规范和规程。

除此之外,还应注意以下问题:(1)骨料要求表面洁净,不含杂质;(2)砂子采用中砂,石子采用大粒径的卵石或碎石;(3)砂子含泥量不得超过2.5%,石子含泥量不得超过1%。

4.2.3粉煤灰在混凝土的配合比中以部分粉煤灰代替水泥,不仅可以改善混凝土的和易性,有利于施工操作,而且对降低混凝土的水化热有益。

在混凝土工程中,掺入粉煤灰时应满足:选用细度合格、质地优良的粉煤灰;粉煤灰的掺量一般以15%～20%为宜。

4.2.4外加剂根据实验确定外加剂及其掺入量。

对于重要的建筑结构可在大体积混凝土中掺加杜拉纤维等增加抗裂性能。

4.3配合比的要求通过试验室进行多种配合比的试验和研究,选用最佳配合比作为混凝土的施工配合比。

可用60d强度进行配置。

4.4混凝土的养护混凝土浇筑后,应及时进行养护。

混凝土表面压平后,先在混凝土表面洒水,再覆盖一层塑料薄膜,然后在塑料薄膜上覆盖保温材料进行养护,保温材料夜间要覆盖严密,防止混凝土暴露。

养护过程设专人负责。

混凝土泌水结束、初凝前为了防止面层起粉及塑性收缩,要求进行多次搓压。

最后一次搓压时采用“边掀开、边搓压、边覆盖”的措施。

夏天炎热时,可搭设遮阳棚以避免阳光直射。

5实例某大厦工程地下室底板总面积4000余m2,总混凝土量约7000m3;其中主楼混凝土量约3300m3,面积约1300m2,底板厚2.6m,混凝土强度等级c30。

设计要求连续浇注,属大体积混凝土,是整个地下室混凝土施工的关键。

5.1温差控制大体积混凝土在凝结过程中,热量散发慢,水化热会引起内部温度升高,内外温差过大,将可能引起裂纹,施工中控制温差是混凝土浇注的关键之一。

混凝土内外温差含义有2个方面:一是混凝土内部与混凝土表面的温差,二是混凝土表面和自然温度的温差。

经参考有关资料及现场施工证明,将温差值定为30℃,能确保混凝土质量。

5.2大体积混凝土硬化期间,水泥水化过程释放的水化热能产生温度应力和收缩应力重点要设法降低混凝土内部的温度,延缓升温速率及减小内外温差,防止裂纹,采取如下措施:5.2.1选择合适的水泥品种,降低水泥用量(1)选用水化热较低的425#矿渣水泥;(2)混凝土强度采用60d标准强度,以降低水泥用量,水泥用量不超过360kg/m3。

5.2.2尽量降低单方水泥用量,以降低水化热(1)掺加磨细粉煤灰每立方混凝土掺量在70～80kg,可减少水泥用量40kg,这使混凝土内部温度降低5～6℃,且大大改善混凝土的可泵性。

(2)选用优质缓凝减小水剂要求选用既能减水缓凝,又对坍落度损失较小的外加剂。

外加剂可以起到分散水泥颗粒、增加和易性的作用,进一步改善可泵性,可减少用水10%左右,缓延混凝土凝结时间。

要求加入外加剂后混凝土的凝结时间在10h以上,以减少浇注过程中出现施工冷缝的可能性。

5.3混凝土的温升验算温凝土的绝热温升:(3)式中t0——浇筑温度;q——水泥单方用量;f——粉煤灰单方用量。

混凝土内外温差控制在30℃以内,则覆盖温度在73.4℃-30℃=43.4℃以上。

5.4严格控制混凝土出料温度在混凝土原材料中,石子约占总量的45%～55%。

水的重量虽小,但其比热很大。

因此,为了降低混凝土的出料温度,必须设法降低石子和水的温度,方法如下:(1)避免砂、石直晒,用毡布遮盖堆场上的石子、黄砂;(2)在大贮水池内加入冰块,降低水温,使搅拌用水控制在10℃以下;(3)在皮带机上料的集料斗处,对石子用上述冰水冲洗降温。

5.5混凝土在运输和泵送中的降温工作(1)在现场泵车停靠位置搭简易遮阳凉棚,避免阳光直射;(2)对运输车筒体遮盖并包裹,降低筒体温度,减小坍落度损失;(3)在混凝土水平输送管上包裹麻袋,并经常浇水降温。

5.6在浇注现场,整个底板范围内搭设凉棚,避免太阳直晒混凝土表面因为在炎热天气下,太阳直射可达40～50℃,混凝土浇筑后会立即收缩引起裂纹。

因此,搭设凉棚可避免阳光直射造成混凝土表面水份快速蒸发而产生微裂缝。

5.7保温控制混凝土浇筑达到标高后,立即用塑料薄膜覆盖,上面加铺草袋3层,其一是为了避免混凝土水分蒸发引起表面裂纹;其二是为了保温,减小温差。