大连理工大学毕业论文浅析大体积混凝土裂缝

浅析大体积混凝土裂缝网络高等教育本 科 生 毕 业 论 文（设 计）题 目： 浅析大体积混凝土裂缝 学习中心： 层 次： 专科起点本科 专 业： 土木工程 年 级： 学 号： 学 生： 指导教师： 完成日期： 浅析大体积混凝土裂缝内容摘要随着我国各项基础设施建设的加快和城市建设的发展，各种建筑物、构造物的规模和体量都在大幅度的提升，因此大体积混凝土已愈来愈广泛的技术被应用，其技术方面的措施要求也显得愈益重要。大量的工程实践表明，大体积混凝土在施工过程中普遍会遇到裂缝控制问题，本文简要分析了大体积混凝土裂缝的产生原因，总结其预防措施及处理方法，从原材料选择、配合比设计以及大体积混凝土生产施工等各环节进行裂缝控制，并辅以工程实例来说明所采取的措施和方法的效果和可行性。关键词：大体积混凝土；温度裂缝；预防措施；处理办法。 浅析大体积混凝土裂缝目 录内容摘要 . 引 言 .11 大体积混凝土及其开裂机理分析 .21.1 大体积混凝土概述 .21.2 大体积混凝土开裂机理分析 .21.2.1 主要原因 .21.2.2 其他原因 .22 大体积混凝土裂缝控制 .42.1 控制原材料及配合比 .42.2 控制温度裂缝的技术措施 .53 大体积混凝土裂缝的处理方法 .63.1 无害裂缝处理方法 .63.1.2 二次压面法 .63.1.2 表面涂抹砂浆法 .63.1.3 表面涂抹环氧胶泥（或粘贴环氧玻璃布）法 .63.1.4 表面凿槽嵌补法 .63.1.5 表面贴条法 .73.2 有害裂缝处理方法 .73.2.1 水泥灌浆法 .73.2.2 化学灌浆法 .84 案例分析 .104.1 案例 安徽省西淝河特大桥 .104.1.1 工程概况 .104.1.2 预防措施 .104.1.3 配合比的选定 .10 4.1.4 控制混凝土的出机温度及浇筑温度 .114.1.5 混凝土施工 .114.1.6 取得效果 .12浅析大体积混凝土裂缝4.2 案例二 沈阳市跨浑河富民斜拉桥 .134.2.1 工程概况 .134.2.2 预防措施 .134.2.3 承台施工质量评价 .14 4.2.4 取得效果 .155 结论 .16参考文献 .17浅析大体积混凝土裂缝1引 言建筑工程中，大体积混凝土是指混凝土结构物中实体最小尺寸1m 部位所用的混凝土，其主要的特点为结构截面大、混凝土用量多，内部热量不易散发。目前我国在大体积混凝土裂缝控制方面的研究日趋成熟，其中以王铁梦教授和吴伟中院士的温度应力控制理论和变形控制理论为先导，此理论主要内容为：混凝土一般在浇筑后的二至三天内，其间混凝土弹性模量低、基本处于塑性与弹塑性状态，约束应力很低，当水化热温升至峰值后，水化热能耗尽，继续散热引起温度下降，随着时间逐渐衰减，延续十余天至三十余天。混凝土降温阶段，弹性模量迅速增加，约束拉应力也随时间增加，在某时刻如超过混凝土抗拉强度便出现贯穿性裂缝。为了准确了解大体积混凝土内部由于水化热引起的温度升降规律，掌握基础混凝土中心与表面、表面与大气温度间的温度变化情况，以便采取必要的措施，需对混凝土进行温度监测，从而提高大体积混凝土的工程质量。浅析大体积混凝土裂缝21 大体积混凝土及其开裂机理分析1.1 大体积混凝土概述大体积混凝土是指混凝土结构物实体最小尺寸1，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致混凝土开裂的混凝土。大体积混凝土的特点是：混凝土量大，结构厚实；施工技术要求高，水泥水化热易积聚而使结构产生温度变形。在大体积混凝土的施工过程中，要解决的首要问题是控制混凝土的温度裂缝，提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀性能，提高结构的耐久性。大体积混凝土的裂缝控制是一项比较复杂的施工技术，必须认真采取措施，尽可能避免混凝土开裂。1.2 大体积混凝土开裂机理分析1.2.1 主要原因 大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成了温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。1.2.2 其他原因 高强度的混凝土早期收缩较大，这是由于高强混凝土中以 30%60%矿物细掺合料替代水泥，高效减水剂掺量为胶凝材料总量的 1%2%，水胶比为0.250.40，改善了混凝土的微观结构，给高强混凝土带来许多优良特性，但其负面效应最突出的是混凝土收缩裂缝几率增多。高强混凝土的收缩，主要是干燥收缩、温度收缩、塑性收缩、化学收缩和自收缩。混凝土初现裂纹的时间可以作为判断裂纹原因的参考：塑性收缩裂纹大约在浇筑后几小时到十几小时出现；温浅析大体积混凝土裂缝3度收缩裂纹大约在浇筑后 2 到 10d 出现；自收缩主要发生在混凝土凝结硬化后的几天到几十天；干燥收缩裂纹出现在接近 1 年龄期内。干燥收缩：当混凝土在不饱和空气中失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水时，就会产生干缩，高性能混凝土的孔隙率比普通混凝土低，故干缩率也低。塑性收缩：塑性收缩发生在混凝土硬化前的塑性阶段。高强混凝土的水胶比低，自由水分少，矿物细掺合料对水有更高的敏感性，高强混凝土基本不泌水，表面失水更快，所以高强混凝土塑性收缩比普通混凝土更容易产生。自收缩：密闭的混凝土内部相对湿度随水泥水化的进展而降低，称为自干燥。自干燥造成毛细孔中的水分不饱和而产生负压，因而引起混凝土的自收缩。高强混凝土由于水胶比低，早期强度较快的发展，会使自由水消耗快，致使孔体系中相对湿度低于 80%，而高强混凝土结构较密实，外界水很难渗入补充，导致混凝土产生自收缩。高强混凝土的总收缩中，干缩和自收缩几乎相等，水胶比越低，自收缩所占比例越大。与普通混凝土完全不同，普通混凝土以干缩为主，而高强混凝土以自收缩为主。温度收缩：对于强度要求较高的混凝土，水泥用量相对较多，水化热大，温升速率也较大，一般可达 3540，加上初始温度可使最高温度超过 7080。一般混凝土的热膨胀系数为 1010-6/，当温度下降 2025时造成的冷缩量为 22.510-4，而混凝土的极限拉伸值只有 11.510-4，因而冷缩常引起混凝土开裂。化学收缩：水泥水化后，固相体积增加，但水泥-水体系的绝对体积则减小，形成许多毛细孔缝，高强混凝土水胶比小，外掺矿物细掺合料，水化程度受到制约，故高强混凝土的化学收缩量小于普通混凝土。当混凝土发生收缩并受到外部或内部约束时，就会产生拉应力，并有可能引起开裂。对于高强混凝土虽然有较高的抗拉强度，可是弹性模量也高，在相同收缩变形下，会引起较高的拉应力，而由于高强混凝土的徐变能力低，应力松弛量较小，所以抗裂性能差。浅析大体积混凝土裂缝42 大体积混凝土裂缝控制2.1 控制原材料及配合比2.1.1 原材料的选用水泥：大体积混凝土原则上采用水化热的水泥，以避免早期温度应力导致的混凝土裂缝。水泥矿物组成中 C 含量要低，水泥细度不宜太细，因为 C 含量越高，水化放热速率越快，水泥越细，收缩越大；骨料：对骨料的含泥量要严格控制，要求砂含泥量3%，石子含泥量1%。石子要良好，在大体积混凝土中宜使用粗砂或中砂。矿物掺和料：粉煤灰的水化热远小于水泥，7 天约为水泥的 1/3，28 天约为水泥的 1/2，因此掺加粉煤灰减少水泥用量可能效降低水化热。掺加的粉煤灰要需水性小，满足二级或二级以上的质量要求。外加剂：大体积混凝土采用缓凝型减水剂，主要目的在于延缓水泥水化放热速度，推迟热峰出现的时间，降低最高温峰值并减少总的发热量，以减少混凝土因温差而引起的裂缝。延缓混凝土的凝结时间，也有利于在浇捣大体积混凝土时不致形成施工冷接缝。2.1.2 配合比设计原则大体积混凝土在保证混凝土强度及塌落度要求的前提下，应尽量提高掺和料及骨料的含量，降低每方混凝土的水泥用量。在施工条件许可的范围内，应尽可能降低用水量，从而少用水泥，减少水泥总发热量，以降低混凝土内部的最高温度。在胶凝材料浆体组成一定时，骨料体积含量越大，混凝土的收缩值越小。骨料体积在 68%-470%范围内变化时，对收缩的影响最敏感。从减少混凝土的角度看，骨料体积含量大于 70%时，最为有利。适应的砂率对混凝土的裂缝控制有积极作用。混凝土的干缩随砂率的增大而增大。过高的砂率使结构表层容易产生较厚的砂浆层，这对混凝土的裂缝控制是不利的。采用最佳石子级配，避免使用粒径分布集中、中间粒级颗粒少的粗骨料。采用少量小粒级石子调整级配，使其级配曲线接近级配要求下限，且含有一定量的2.510mm 骨料时，可在一定程度上减少混凝土的干缩。浅析大体积混凝土裂缝52.2 控制温度裂缝的技术措施采用中低热的水泥品种，配合比掺入一定量的掺合料取代部分水泥。一般基础混凝土均采用矿渣硅酸盐水泥，掺入一级粉煤灰（超量取代法）；掺入 U 型混凝土膨胀剂，膨胀剂的掺入可产生膨胀效应，它不但可补偿混凝土的收缩，而且能降低混凝土的综合温差。并且 U 型膨胀剂采取内掺，同样取代了一部分水泥用量。对混凝土结构进行合理分缝、分块。合理分缝分块，不仅可以减轻约束作用，缩小约束范围，而且也可以利用浇筑块的层面进行散热，降低混凝土内部的温度。施工现场可采用伸缩缝、施工缝、后浇缝等方法。在满足强度和其它性能要求的前提下，尽量降低水泥用量。降低水泥用量可直接减小立方混凝土水泥化的温升值。可通过掺入高效减水剂，减小水灰比来减少水泥用量；通过掺入粉煤灰、膨胀剂等取代一部分水泥。掺加适宜的外加剂。通过掺入高效缓凝减水剂，可延缓混凝土拌合物的凝结时间，从面方便施工，避免出现冷缝；缓凝剂的掺入可使水泥的水化热释放速度减慢，有利于执量消散，能使混凝土内部的温升有所降低，这对避免产生温度裂缝是有利的；减水剂吸附在水泥颗粒表面，起抵制和延缓水泥水化的作用，在相同强度、和易性和耐久性的条件下，可减少混凝土中水泥用量。前者使水泥的初期水化速率减慢，因而使水化热延缓产生，后者可降低总水化热。选择适宜的骨料。粗骨料选择时，应选择连续级配、颗粒较大的骨料，但骨料粒径也不可过在，过大易引起混凝土的离析，还应符合泵送要求；细骨料采用中、粗砂，砂率在满足泵送前提下尽量取小，可降低水化热，可抑制混凝土的变形。同时石子的含泥量不得大小 1，砂的含泥量不得大于 2。控制混凝土的入模温度。为控制混凝土内部温度的基值，应严格控制混凝土的入模温度。大体积混凝土温度，GB5024 规定不宜超过 28。采取表面保护、保温、隔热措施。混凝土浇筑后用长刮尺按标高刮平，在混凝土初凝前再用滚筒碾压数遍，在混凝土初凝后终凝前应再用抹板抹平一次，可避免塑性裂缝产生。混凝土经最后抹平后，应立即覆盖保温材料，这样不仅可以减少升温阶段的内外温差，防止产生表面裂缝，而且可以使水泥顺利水化，提高混凝土的极限拉伸值，防止产生过大的温度应力和温度裂缝。浅析大体积混凝土裂缝63 大体积混凝土裂缝的处理方法3.1 无害裂缝处理方法3.1.1 二次压面法对于新浇混凝土收缩裂缝，该裂缝多在新浇筑并暴露于空气中的结构构件表面出现，有塑态收缩、沉降收缩、干燥收缩、碳化收缩、凝结收缩等收缩裂缝，这种裂缝不深也不宽，处理方法如下：（1）如混凝土仍有塑性，可采取压抹一遍的方法，并加强养护。（2）如混凝土已硬化，可向裂缝内渗入水泥浆，然后用铁抹子抹平压实。3.1.2 表面涂抹砂浆法处理时将裂缝附近的混凝土表面凿毛或沿裂缝凿成深 1520mm 宽 100200mm凹槽，扫净并洒水湿润。先刷水泥净浆（业主批准适用的界面剂）一度，然后用1：12 水泥砂浆分 23 层，涂抹总厚 1020mm 压光。有渗漏水时，应用水泥净浆（厚 2mm）和 1：2.5 水泥砂浆（厚 4-5mm,可惨入 13%于水泥重量的氯化铁防水剂）交替抹压 4-5 层，涂抹后 3-4 小时进行覆盖并洒水养护。3.1.3 表面涂抹环氧胶泥（或粘贴环氧玻璃布）法涂抹前，将裂缝附近表面清洗干净（油污应用丙酮或二甲苯擦洗净）、干燥。较宽裂缝用环氧