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1、 大体积混凝土有害裂缝的控制【摘 要】对于大体积混凝土裂缝应辩证的认识，即裂缝是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，把裂缝控制在无害范围内，较少无害裂缝，控制不出现、少出现有害裂缝。控制大体积混凝土有害裂缝的出现，就要求严格执行一些技术要求和措施。【关键词】大体积混凝土；有害裂缝 控制；技术要求和措施1 概述自从混凝土这种人工合成材料问世以来，混凝土建（构）筑物出现的各种裂缝现象一直困扰着全世界的土木工程师们，已经取得共识的是，混凝土建（构）筑物结构裂缝在工程实际中一般可分为荷载产生的裂缝及非荷载裂缝，统计资料显示非荷载裂缝几乎占混凝土建（构）筑物结构裂缝的八成左右。对荷载产生的混凝土裂缝等
2、问题，规范对其有明确的规定和限制；而对非荷载产生的裂缝，土木工程师们还没有完全掌握其发生、发展规律，要凭设计者和施工人员的经验加以处理。随着我国经济建设和科学技术的发展，人们生活水平的提高，以及愈来愈紧张的土地资源，高层建筑在各地迅猛发展。随之而来的高层建筑的箱基或筏基，多是厚度较大钢筋混凝土的底板，还常有深梁，桩基常有的厚大的承台；大型文化体育场馆、大型设备基础，都是体积较大的混凝土工程。这类大体积混凝土结构，由外荷载引起裂缝的的可能性较小，往往可能形成非荷载裂缝。对于大体积混凝土裂缝应辩证的认识，即裂缝是不可避免的，但其有害程度是可以控制的，把裂缝控制在无害范围内，较少无害裂缝，控制不出现
3、、少出现有害裂缝。控制大体积混凝土有害裂缝的出现，就要求严格执行一些技术要求和措施。2 裂缝的类型、原因及危害混凝土裂缝分为宽度在0.05mm以下的微裂缝和0.05mm以上的宏观裂缝两种。2.1 混凝土的微裂缝混凝土由水泥、骨料、水以及存留在其中气体组成，是一种多相非均匀的脆性材料。研究表明，当环境温度、湿度变化及混凝土硬化时，混凝土的体积会发生变化，并使其内部产生变形，由于混凝土中各种材料某些性能的不同，这种变化是不均匀的。水泥石收缩较大，而骨料收缩较小；水泥石的热膨胀系数较大，而骨料较小。同时，它们之间的变化不是自由的，相互之间产生约束，从而使混凝土内部产生粘着微细裂缝、水泥石微细裂缝和骨
4、料裂缝等在加载前混凝土内部已形成一种非常细微和短小的裂缝，通常只能在显微镜下才能看见，一般称之为微裂缝。图一为混凝土微裂缝示意图。这种微裂缝一部分发生在较大骨料和砂浆或水泥石接触的界面上，是由于坚硬的粗骨料与具有一定塑性的水泥石之间变形性能的不协调而形成的粘结微裂缝；另一部分发生在砂浆或水泥石内部的微裂缝，主要是由于混凝土中的水和水泥在凝结和硬化过程中所形成的凝胶体，即所谓水泥石的干缩而引起的。在混凝土中水泥石的含量愈多、骨料颗粒表面愈光滑、水灰比愈大，其所形成的水泥石内微裂缝亦愈宽大。图1 混凝土微裂缝示意图大体积混凝土内微裂缝的存在和发展，会降低混凝土的抗拉强度和增大抗拉强度的离散性，同时
5、它会促使混凝土徐变变形的发展，它的危害是不容忽视的。2.2 材料质量影响产生的裂缝由于材料质量不符合要求，或是不适当地使用材料，导致混凝土内部产生裂缝，具体表现为：2.2.1 水泥质量的影响质量不合格或存放期过长的水泥，材料的活性大为降低，使浇筑的混凝土构件表面产生不规则的裂缝。2.2.2 砂石质量的影响砂石级配差，砂粒太细，或是砂石中含泥量太大，在混凝土硬化、干缩后产生不规则的裂缝。2.2.3 不适当地使用反应性骨料或风化岩所谓反应性骨料是指非结晶（或无定形）的氧化硅、及某些碳酸盐骨料。当混凝土处于水中或潮湿状态时，此种反应性骨料能与水泥中碱分（k2o及na2o）起作用，产生碱一骨料体积膨胀
6、反应，使混凝土发生裂缝，这对于经常暴露在大气中的结构(如桥梁等)，尤需引起重视。对风化岩，由于其骨料本身存在裂缝，促使了混凝土裂缝的发生。2.2.4 不适当地掺用氯盐如果混凝土中掺入水泥用量2%的氯化钙(cacl2),浇筑钢筋混凝土柱经两年半后，钢筋已经锈蚀，沿钢筋方向的混凝土保护层产生了裂缝。在拌制混凝土时，掺加占水泥用量1%3%的氯化钙(亦可用食盐代替，但效果较差)，可以加速水泥的凝结硬化，提高混凝土的早期强度，可作为早强剂，同时能提早水泥水化放热时间，提高混凝土的温度，又能降低混凝土中水的冰点，因此可作冬季施工时的防冻剂。但是其最大缺点是易使钢筋锈蚀，在钢筋混凝土的结构中，不宜使用，如果
7、再在混凝土中掺入水泥用量0.6%1.0%的亚硝酸钠(nano2)，亦能抑制氯离子对钢筋的锈蚀作用，但工程造价提高了。2.2.5 由于水泥水化过程中释放的水化热引起的温度变化产生的温度应力形成的混凝土裂缝混凝土的水化热是水泥在水化作用产生的，水泥硬结过程是放热过程，水化热的大小和放热速度首先取决于水泥的矿物组成，其次也与水泥的细度、加水量、养护温度有关。大部分水化热在水泥凝结硬化的13d内放出（放出的热量约为全部热量的50%，7d内可达75%），由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，使混凝土内部的温度升高，可是大体积混凝土内部温度上升到500c（冬）至700c（夏）。混凝土内
8、部的最高温度大多发生在浇筑后的35天，当混凝土内部与表面温差过大时就会产生温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便产生温度裂缝，这是大体积混凝土易产生裂缝的主要原因。2.2.6 由于混凝土在硬化过程中的收缩而产生的收缩应力形成的混凝土裂缝结构在硬化过程中收缩变形时，会受到一定的抑制面阻碍变形，大体积混凝土与地基浇注在一起受到下部地基的约束，混凝土易产生裂缝。2.2.7 施工期间外界气温的变化对大体积混凝土产生裂缝也有重要影响外界气温越高混凝土的浇筑温度也越高，外界气温下降，尤其是骤降，大大增加外层混凝土的温度梯度，产生温差应力，造成混凝土出现裂缝。2.3 混凝土的裂缝的危害钢筋混
9、凝土构件是带裂缝工作的，混凝土的微裂缝是肉眼不可见的，微裂缝对混凝土的的承重、防渗漏、防腐蚀等使用功能没有危害性，混凝土各种肉眼可见裂缝的产生，都是微裂缝发展的结果。混凝土微裂缝的存在及其容易扩展、串连和分布不均匀的性质，不仅是混凝土对受拉很敏感，它的抗拉强度很低，它的抗拉强度离散性很大；而且可以认为混凝土的各种破坏，包括受力破坏，以及因施工、材料、环境因素的破坏，都是微裂缝被拉伸后扩展、串连，以致材料失去强度，结构构件失去承载力的结果。3 大体积混凝土有害裂缝的控制3.1 材料选用方面水泥选用水化热低和安全性好的水泥，如矿渣水泥、火山灰水泥，石子、砂子的含泥量不超过1%和3%；在混凝土中加入
10、一定数量的毛石，这样减少水泥用量，同时毛石可吸收混凝土中一定的水化热，这是防止大体积混凝土产生裂缝的良好措施；在混凝土中掺入少量磨细的粉煤灰和减水剂，掺加缓凝剂，推迟水化热的峰值期，掺入适量的膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。3.2 选择合理的施工方法浇筑混凝土时分几个薄层进行浇筑，整体分层连续浇筑或推移式连续浇筑施工是目前大体积混凝土施工中普遍采用的方法。使混凝土的水化热尽快散发，并使浇筑后的温度分布均匀，水平厚度可控制在0.62m范围内，相邻两浇筑层之间的间歇时间，一般为57天。还可采用二次振捣的方法，增加混凝土的密实度，提高抗裂能力，使上下两层混凝土在初凝前结
11、合良好。全面分层、分段分层、斜面分层、斜向分层、阶梯状分层、分层连续、大斜坡薄层推移式浇筑，整体连续浇筑施工，确保结构整体性强。科学合理的确定施工工期，不能过分强调赶工期，在不利的气候条件下采取专门的措施，精心组织施工。根据季节的不同，分别采用降温法和保温法，夏季主要采用降温法施工，在搅拌混凝土时掺入冰水，温度控制在5100c，在混凝土浇筑后采用冷水养护降温，但要注意水温和混凝土温度之差不超过200c；冬季采用保温法施工，利用保温材料防止冷空气侵袭。3.3 改善约束条件设置永久伸缩缝或将超长的结构分成若干段，减少约束与被约束之间的互相制约，以期释放大部分变形减小约束力；设置后浇带或跳仓方法将大
12、体积混凝土分成若干段，有效减少温度收缩应力，同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度，跳仓接缝处的应力一般较大，应通过计算确定配筋量，并要加强构造处理；在垫层混凝土上，先铺一层低强度水泥砂浆，以降低新旧混凝土之间的约束力。3.4 改善板的配筋分层浇筑混凝土时，为保证每个浇筑层上下均有温度筋，可见温度筋作适当调整，温度筋宜细而密，以便抵抗裂缝。3.5 利用混凝土的后期强度由于大体积混凝土承受的设计荷载要在较长时间之后才施加其上，对结构的刚度和强度进行复算并取得设计和质检部门的认可后，可采用f45、f60、f90替代f28作为混凝土的设计强度，这样可以使混凝土的水泥用量减少4070kg/m3左右，混
13、凝土的水化热温升可减少470c。4 cctv新址主楼基础底板施工技术cctv新址主楼基础底板南北长292.7m，东西宽219.7 m。混凝土总量约12万立方米，强度等级为c40，抗渗等级p8，采用60d后期强度评定。底板由后浇带分为16个区块（如图二），施工期正值严冬，日平均气温低于-50c。4.1 混凝土原材料选择水泥：p. o 42.5普通硅酸盐水泥。粗细骨料：粗估料选用525mm连续级配碎石，细骨料选用2.5以上中砂。掺合料：级粉煤灰，不掺加其它掺合料。外加剂：高效缓凝型减水剂。4.2 混凝土配合比经过系列配合比强度试验、膨胀剂专项试验、减水剂专项试验、综合考虑强度、抗渗、耐久性及工作性
14、能等多种因素，结合专家评审会结论，确定底板混凝土基准配合比见表一4.3 测温与养护混凝土测温采用智能电脑测温技术，与混凝土浇筑同步进行。混凝土养护采用“保湿软管+塑料布+草帘被”的方法，草帘被覆盖层数根据底板厚度、养护期间环境温度、底板混凝土内外温差等情况调整。进入冬季后，由于天气恶劣，为防止风雪，还要在草帘被外覆盖一层帆布，在混凝土表面形成双层不透风保湿。4.4 实施效果所有底板均未出现裂缝，厚度2.5m以下的底板内部最高温度440c；10.9 m厚混凝土内部最高温度610c；由于温控及养护措施有效，全部底板温差均小于200 c；混凝土标准养护试块28d强度均大于42mpa, 同条件试块28
15、d强度均大于45mpa,标准养护60d强度均大于50mpa, 同条件试块60d强度均大于52mpa,抗渗试块加压至0.9 mpa均未渗漏。5 结束语大体积混凝土有害裂缝的控制，可以选择的技术措施包括设计、施工、材料三个方面：设计上合理选择混凝土建（构）筑物的结构形式，降低结构可能受到的约束应力，采用中低级强度混凝土，尽量利用混凝土后期强度（60d或90d）；在材料上尽量优选有利于抗拉性能的混凝土级配、优选水胶比、减少塌落度、增加骨料颗粒，降低含泥量及杂质量，选用影响收缩和水化热较小的外加剂和掺合料；在施工中采取保温保湿的养护技术，控制混凝土的温差和降温速度，做好施工组织设计和施工技术方案，加强组织协调管理和岗前培训，严格执行大体积混凝土施工规范。参考文献1.王铁梦编，工程结构裂缝控制.北京. m中国建筑工业出版社.2.徐荣年 徐欣磊编 工程结构裂缝控制-“王铁梦法”应用实例（第二集）.北京. m中国建筑工业出版社.3.江见鲸等编，建筑工程事故分析与处理. 北京. m中国建筑工业出版社.4.gb50496-2009.大体积混凝土施工规范.作者简介：游小勇，男，1965年6月出生，现在河北工程大学基建处工作，邮政编码：056038，工程师，大学本科，从事基建管理工作。