２０１１年第２６期 科技嚣向导 ◇建工论坛◇ 大体积混凝土裂缝形成原因及预防措施 闰华 （周口市建设工程有限公司河南周口４６６０００） 【摘要】本文着重分析了大体积混凝土非结构性裂缝产生的原因及特点，并从设计、材料和施工措施方面针对性提出了一些防治措施。 【关键词】大体积混凝土；裂缝成因；预防措施 所谓大体积混凝土，一般理解为尺寸较大的混凝土 大体积混凝 量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗 土开裂问题是在工程建设中带有一定普遍性的技术问题．裂缝一旦形 裂混凝土 成，特别是基础贯穿裂缝出现在重要的结构部位．危害极大．它会降低 结构的耐久性，削弱构件的承载力．同时会可能危害到建筑物的安全 使用。所以如何采取有效措施防止大体积混凝土的开裂．是一个值得 关注的问题。 １．大体积混凝土裂缝形成的原因 。 裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝．是由外荷载引起 的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受 力裂缝。二是材料型裂缝．是由非受力变形变化引起的．主要是由温度 应力和混凝土的收缩引起的 １．１温度应力引起裂缝 目前温度裂缝产生主要原因是由温差造成的 温差可分为以下三 种：混凝土浇注初期．产生大量的水化热．由于混凝土是热的不良导 体，水化热积聚在混凝土内部不易散发．常使混凝土内部温度上升．而 混凝土表面温度为室外环境温度．这就形成了内外温差．这种内外温 差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过｝昆凝土抗压强度时．就会导 致混凝土裂缝；另外，在拆模前后，表面温度降低很快，造成了温度陡 降，也会导致裂缝的产生：当混凝土内部达到最高温度后．热量逐渐散 发而达到使用温度或最低温度．它们与最高温度的差值就是内部温 差；这三种温差都会产生温度裂缝。在这三种温差中．较为主要是由水 化热引起的内外温差 １．２收缩引起裂缝 收缩裂缝混凝土在逐渐散热和硬化过程中会导致其体积的收 缩，对于大体积混凝土，这种收缩更加明显 如果混凝土的收缩受到外 界的约束，就会在混凝土体内产生相应的收缩应力．当产生的收缩应 力超过当时的混凝土极限抗拉强度．就产生了收缩裂缝。影响混凝土 收缩的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品种。混 凝土中的用水量和水泥用量越高．混凝土收缩就越大 水泥品种对干 缩量及收缩量也有很大的影响．一般中低热水泥和粉煤灰水泥的收缩 量较小。收缩有很多种．包括自身收缩、干燥收缩、塑性收缩、碳化收缩 等等。这里主要介绍自身收缩和塑性收缩 １．２．１自身收缩 自身收缩是混凝土收缩的一个主要来源。自身收缩与干缩一样． 是由于水的迁移而引起的。但它不是由于水向外蒸发散失．而是因为 水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降形成弯月面．产生所谓的 白干燥作用．导致混凝土体的相对湿度降低及体积减小而最终自身收 缩。水灰比对自身收缩影响较大，一般来说．当水灰比大于Ｏ．５时．其 自干燥作用和自身收缩与干缩相比小得可以忽略不计：但是当水灰比 小于０．３５时，体内相对湿度会很快降低到８０％以下．自身收缩与干缩 则几乎各占一半。 １．２．２塑性收缩 在水泥活性大、混凝土温度较高．或在水灰比较低的条件下会加 剧引起开裂。因为这时混凝土的泌水明显减少．表面蒸发的水分不能 及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态。稍微受到一点拉力，混凝 土的表面就会出现分布不均匀的裂缝，出现裂缝以后．混凝土体内的 水分蒸发进一步加大．于是裂缝进一步扩展。 ２．防止裂缝的措施 材料型裂缝主要是由温差和收缩引起．防止裂缝的产生，就要最 大限度的降低温差和减小混凝土的收缩，具体措施如下。 ２．１设计措施 （１）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 ３１２ （２）增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方 式．全截面的配筋率应在Ｏ．３～０．５％之间 （３）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 （４）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率．提高混凝 土的极限抗拉强度 （５）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征．合理设置后浇 缝，在正常施工条件下．后浇缝间距２０～３０ｍ．保留时间一般不小于６０ 天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变 更。 ２．２原材料控制措施 ２．２．１水泥 由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降 低水化热，为了降低水化热，要尽量采取早期水化热低的水泥。在施工 中一般采用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥 ２．２＿２掺加粉煤灰 值得一提的是：由于粉煤灰的比重较水泥小．混凝土振捣时比重 小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部 昆凝土中的掺合料较多． 强度较低．表面容易产生塑性收缩裂缝。因此．粉煤灰的掺量不宜过 多，在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量 ２．２．３骨料 （ｉ）粗骨料 ⑦细骨料 ２．２．４ Ⅱ人夕 口齐Ｕ 加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会．外加剂对混凝土收 缩开裂性能有以下影响： ①减水剂对混凝土开裂的影响 ②缓凝剂对混凝土开裂的影响 ③引气剂对混凝土开裂的影响 在这里值得注意的是：外加剂不能掺量过大．否则会产生负面影 响。在ＧＢ８０７６～１９７７中规定．掺有外加剂的混凝土．２８ｄ的收缩比不得 大于１３５％．即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大 于３５％。 ２－３采用合理的施工方法 ２．３．１混凝土的拌制 ①在 昆凝土拌制过程中，要严格控制原材料计量准确。同时严格 控制混凝土出机塌落度 ②要尽量降低混凝土拌合物出机口温度，拌合物可采取以下两种 降温措施：一是送冷风对拌和物进行冷却．二是加冰拌合，一般使新拌 混凝土的温度控制在６￣Ｃ左右 ２．３．２混凝土浇注、拆模 ①混凝土浇注过程质量控制 浇注过程中要进行振捣方可密实，振捣时间应均匀一致以表面泛 浆为宜．间距要均匀．以振捣力波及范围重叠二分之一为宜，浇注完毕 后。表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。另外，浇注混凝土要求分层浇 注．分层流水振捣．同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。避 免纵向施工缝、提高结构整体性和抗剪性能。 ⑦浇注时间控制 尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施 工．则尽量避开正午高温时段．浇注尽量安排在夜间进行。 ③混凝土拆模时间控制 混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设（下转第２７８页） ２０１１年第２６期 科技圈向导 ◇科技论坛◇ 特点，将圆弧分成三段构造，三段之间采用销轴连接，实现相互之间能 够相对转动。 模板骨架预制、组装时，控制销轴的同轴度，实现多片弧形骨架组 装后，转动副能够工作；骨架外侧木方和模板则沿圆心、销轴半径延长 线位置断开，满足转动要求。 点。锚筋采用钢筋植入地基岩层中，然后浇垫层固定并抽样做拉拔试 验。考虑循环水涵洞施工完毕后，两侧将采用素砼回填；为此，在本工 程中，调整施工工序，先进行部分回填混凝土施工，埋设抗拔锚筋，回 填混凝土浇注高度和宽度．根据抗浮力和基坑开挖宽度进行分析计算 得出。提前浇注的抗浮用回填混凝土墙直接作为涵洞外模使用。如下 图所示。 撑 模板体系安装时，采用内支撑脚手架与顶撑配合．将模板体系张 开到设计圆弧度，安装固定于底部工字钢轨道上，垂直支撑有效，形成 稳定的内模支撑体系。模板体系拆除时，松开水平方向顶撑，采用链条 葫芦等工具，水平方向收紧上段模板两侧部分，使其绕销轴转动。脱离 混凝土面；松开垂直方向支撑，使上段模板中间部分脱离顶部混凝土： 利用安装阶段事先布设的轨道，将上段模板体系整体牵引出涵洞。如 此，模板体系的修复和拆解工作可以在涵洞外进行。条件允许时．可以 整体运输至木工车间进行 ４．４排水问题的解决 ４．２薄模板应用．改善涵洞内壁成型质量．方便模板修复 由于圆弧造型，普通胶合板模板（１ ８ｒａｍ）在铺设到骨架上，仿形弯 曲成型过程中，弯曲工作费时费力，而且受拉面容易出现开裂。在此工 程中，启用厚度较薄的胶合板（９ｒａｍ、３ｒａｍ）作为模板使用．首先将其 ９ｒａｍ胶合板铺设固定到纵向木檩条上．形成基层圆滑弧面．然后在 ９ｍｍ的基层弧面板上再铺设３ｍｍ的覆膜胶合板．作为混凝土接触面． 取得较好效果 在使用过程中．当外层模板出现损伤时．根据受损面积采用不同 的修复方式：局部受损时，可局部切除或直接打补丁修复．只有较大面 积受损时，才全面更换。由于厚度小，方便形成圆滑的圆弧过度．即便 直接打补丁，不致于形成明显的台阶。不仅改善混凝土成型质量，而且 方便修复．减少模板使用方量。 ４＿３调整工序．利用回填混凝土抗浮．减小抗浮投入 混凝土的浇注施工．将会对模板产生挤压力 在循环水涵洞施工 中，由于下段模板为整体构造。圆弧面正对下方布置．承受混凝土的挤 ５．结束语 压力形成的向上合力，表现为浮力．为防止混凝土浇注过程中的模板 在防城港核电ＧＤ廊道项目施工中．通过上述涵洞施工方案的改 进．较好地改善了作业环境条件．简化了施工准备的要求、减小施工准 上浮．须对下段模板采取抗浮措施 根据以往经验．为平衡浮力．一般在涵洞两侧设置锚筋作为锚固 排水因素是深基坑施工必须考虑的要素．尤其地处沿海区域的施 工场所。 植筋锚固条件下．可以在垫层两侧设置排水沟．能够很好的解决排 水问题 但采用预先浇注两侧回填混凝土用于下段模板抗浮时．因抗浮 混凝土形成挡墙．涵洞垫层上的水无法直接排到两侧排水沟．无疑给基 坑排水设置带来困难。为此采取分段汇流方式来解决基坑排水问题。 汇流方式根据基坑开挖宽度做相应处理：当基坑开挖宽度较大 （大于涵洞宽度＋抗浮混凝土墙宽度）时．在抗浮混凝土墙与侧边坡之 间留设排水沟．集水坑设置于两段涵洞接口部位．该区域回填抗浮混 凝土断开，形成廊道垫层上的水排出通道；当基坑开挖较窄时，回填混 凝土墙与基坑边坡直接连接，此时．可在已经回填的混凝土上方砌筑 或浇筑时预留一条排水沟．截断边坡排水进涵洞垫层区域．直接引流 至集水坑 集水坑同样设置在涵洞接口部位、抗浮 昆凝土挡墙断开区 域．涵洞垫层上积水通过抗浮混凝土挡墙断开缺口进入集水坑 在集 水坑设置排水泵．解决基坑排水问题 备工作量。为施工快速展开和顺利推进提供了有力的技术支持 ｌ （上接第３１２页）计强度的７５％以上，混凝土中心与表面最低温度控制 ２Ｉ３．５通水冷却 在２５ ｃ以内，预计拆模后混凝土表面温降不超过９￣Ｃ以上允许拆模 若是在高温季节施工．则要在初期采用通制冷水来降低混凝土最 ２＿３＿３做好表面隔热保护 高温度峰值，但注意．通水时间不能过长．因为时间过长会造成降温幅 大体积混凝土的温度裂缝，主要是由内外温差过大引起的。混凝 度过大而引起较大的温度应力 土浇注后．由于内部较表面散热快，会形成内外温差．表面收缩受内部 后期通水是使混凝土柱状块达到接缝灌浆的必要措施．一般采用 约束产生拉应力．但是这种拉应力通常很小．不至于超过混凝土的抗 拉强度而产生裂缝。但是如果此时受到冷空气的袭击，或者过分通风 散热．使表面温度降温过大就很容易导致裂缝的产生，所以在混凝土 【参考文献】 在拆模后．特别是低温季节，在拆模后立即采取表面保护。防止表面降 ｆ１１范乃超，王向阳．水泥混凝土路面裂缝成因及养护对策『Ｊｌｌ才智，２００８，（２Ｏ）． 温过大，引起裂缝。另外，当日平均气温在２—３ｄ内连续下降不小于 ｆ２］刘艳辉，宋建军，姚丽慧．水泥混凝土路面的裂缝与修补ｆＪ】．赤峰学院学报（自然 ６～８℃时．２８ｄ龄期内混凝土表面必须进行表面保护。 科学版１，２００９，ｆ０２）． ２Ｉ３．４养护 混凝土浇注完毕后．应及时洒水养护以保持混凝土表面经常湿 润．这样既减少外界高温倒罐，又防止干缩裂缝的发生，促进混凝土强 度的稳定增长 一般在浇注完毕后１２—１８ｈ内立即开始养护，连续养护 『３］赵仕礼冰泥混凝土路面横向随意性裂缝探析与防治『Ｊ１．中华建设，２００８，（１ ０）． 通河水和通制冷水相结合的方案。ｅ ［４］钱红梅艨庆国．水泥混凝土路面裂缝的原因及预防措施叨．福建建材，２００９， （０２）． ｆ５ １肖秀渠．混凝土裂缝的形成原因及预防措施【ＪＪ．广东建材，２００６，（０９）． 时间不少于２８ｄ或设计龄期。 『６］陆和坤．混凝土收缩裂缝的形成原因及主要控制因素『Ｊｌ广西城镇建 ００７ ２７８