城市主干路大体积混凝土裂缝控制探讨9p

1、大体积混凝土裂缝控制探讨一、工程概述何山路规划为苏州市直达太湖的城市主干路，远期对接玉屏路连接太湖大道南线。本标段何山路西延工程为东西走向，标段起点顺接2标明挖隧道，位于龙池东路和白马涧河塘之间NK2+207（SK2+213）处，采用双向六车道规模向西延伸，至龙池西路，预留远期主线六车道断头，设支线匝道转向北接龙池西路至马涧路。苏州高新区区何山路路西延工工程三标标段为明明挖暗埋埋隧道，主线隧隧道长9700m，起止止里程为为NK22+2007/SSK2+2133K33+1880。两条条匝道隧隧道长7200m，其中A匝道长3600m，起止止里程为为AK00+0000AAK0+3600，B匝道长36

2、00m，起止止里程为为BK00+0115BBK0+3755。隧道断断面为双双向六车车道，整整体式路路线采用用一箱两两孔形式式，分离离式路线线采用一一箱一孔孔形式。C40防水混混凝土抗抗渗等级级P8，砼结结构保护护层厚度度迎土侧侧为50mmm，背土土侧为40mmm。结构混凝土土为大体体积混凝凝土，设设计要求求混凝工工内部预预埋管道道，宜进进行水冷冷散热。但但招标未未考虑内内部预埋埋散热管管道，实实际施工工未落实实该降温温措施。结结构施工工拆模后后，结构构侧墙出出现接近近竖向裂裂缝，间间距2-3米不等等，有渗渗漏水现现象。本本文结合合项目实实际情况况对大体体积混凝凝土施工工中的裂裂缝控制制进行总总

3、结探讨讨。大体积混凝凝土裂缝缝形成机机理现役混凝土土结构基基本上都都是处于于带裂工工作的状状态，区区别在于于有些结结构的裂裂缝宽度度较小，无无碍于结结构的安安全使用用，按照照有关规规范的规规定，其其存在是是能够被被接受的的；而有有些裂缝缝的宽度度则超出出了规范范的要求求，并会会在各种种荷载或或外界理理化因素素的作用用下，导导致硅结结构深度度碳化、保保护层脱脱落、受受力筋锈锈蚀等后后果，进进而使得得硅结构构刚度与与强度降降低甚至至丧失，耐耐久性变变差，情情况恶劣劣时可能能有发生生结构崩崩塌的危危险，此此类裂缝缝危害极极大，必必须严加加控制。大体积混凝凝土自浇浇筑开始始，就会会受到外外界环境境和其

4、本本身各种种因素的的作用，使使混凝土土中任一一点的位位移和变变形会产产生不断断的变化化，从而而形成了了应力。一一般情况况下，当当应力超超过了混混凝土此此时的极极限强度度，或其其应力变变形超过过了混凝凝土的极极限变形形值，由由混凝土土构成的的结构物物就要产产生裂缝缝。裂缝缝发展到到严重程程度，结结构因失失去承载载能力而而破坏。而而这种破破坏力综综合起来来可分为为以下几几种：（1）温度度应力。包包括混凝凝土本身身水化热热产生的的和环境境温度变变化产生生的。（2）干缩缩应力。由由于混凝凝土的水水分扩散散系数极极小，结结构水分分散失多多发生在在混凝土土表层很很浅的部部位，而而且拉应应力也产产生在这这个

5、部位位。（3）外荷荷载应力力。包括括自重、水水压、泥泥沙压力力、地震震力、设设备重量量及其他他设计考考虑的活活荷载等等。（4）基础础变形和和模板走走样产生生的应力力。大体积混凝凝土的开开裂主要要是由于于水化热热使混凝凝土温度度升高，其其温度扩扩散缓慢慢，从而而产生较较大温差差而引起起开裂。温温度应力力引起的的原因：（1）自生生应力。没没有任何何边界上上完全约约束或静静止的结结构，如如果内部部温度是是非线形形分布的的，由于于结构本本身互相相约束而而会出现现温度应应力。大大体积混混凝土，结结构尺寸寸相对较较大，混混凝土冷冷却时表表面温度度低，内内部温度度高，在在表面出出现拉应应力，在在中间出出现压

6、应应力。（2）约束束应力。结结构的全全部或部部分边界界受到外外界的约约束，不不能自由由变形而而引起的的应力。而而这两种种温度应应力往往往和混凝凝土的干干缩引起起的应力力共同作作用。大体积混凝凝土中水水泥水化化热在13天的时时候最多多，水泥泥在水化化反应过过程中产产生大量量的水化化热，这这成为大大体积混混凝土内内部温升升的主要要热量来来源。由由于大体体积混凝凝土截面面尺寸大大及混凝凝土导热热性能较较差，水水化热集集聚在混混凝土结结构内部部难以散散失，所所以会引引起混凝凝土结构构内部温温度急骤骤攀升。一一般来说说，水泥泥的水化化过程从从水化速速率的角角度来讲讲，可以以分为三三个阶段段：第一一阶段可

7、可以称为为弹性阶阶段，在在初始时时刻，水水泥颗粒粒和水接接触并反反应，放放热率很很快，但但是由于于石膏的的存在，在在水泥粒粒子的表表面会形形成一层层钝化模模，使放放热率降降低，第第二阶段段可以称称为塑性性临界阶阶段，这这一阶段段水泥水水化热释释放率最最快，水水泥颗粒粒也随之之增长很很快，第第三阶段段可以称称为塑性性阶段，水水泥的水水化产物物在水泥泥粒子的的表面堆堆积的厚厚度逐渐渐增厚，水水泥的水水化放热热率逐渐渐降低，这这个时候候的反应应由扩散散控制。上上面的一一部分关关于放热热的，在在水化的的初期，水水泥粒子子之间为为彼此分分离的，水水泥处于于塑性状状态，不不存在强强度，在在水泥粒粒子不断断

8、水化增增长的过过程中，水水泥粒子子之间的的接触面面积逐渐渐增大，这这一微观观现象的的宏观表表现即为为水泥强强度的增增长。粒粒子之间间的接触触面积越越大，水水泥的抗抗压强度度，弹性性模量也也增大。温度应力的的形成过过程又有有可分为为三个时时期： 初期：自浇筑筑混凝土土开始至至水泥释释放热基基本结束束。这个个阶段具具有两个个特征：a.水泥放放出大量量的水化化热；b.混凝土土弹性模模量的急急剧变化化，这一一时期在在混凝土土内部形形成残余余应力。中中期：自自水泥释释放热作作用基本本结束时时起至混混凝土冷冷却到稳稳定温度度时止，这这个时期期中，温温度应力力主要是是由于混混凝土的的冷却及及外界气气温变化化

9、所引起起，这些些应力与与早期残残余的应应力相叠叠加，在在此期间间混凝土土的弹性性模量变变化不大大。末期期：混凝凝土完全全冷却以以后的运运转时期期。温度度应力主主要是外外界气温温变化所所引起的的，这些些应力与与前两种种残余应应力相叠叠加。混凝土由于于外界气气温以及及混凝土土内部水水化热量量造成内内外温度度的不同同，容易易在混凝凝土浇筑筑完毕之之后产生生收缩裂裂缝。混混凝土收收缩裂缝缝主要包包括三个个方面：混凝土土的沉缩缩变形、混混凝土的的干缩变变形以及及水泥的的合缩。1.沉缩变变形：混凝土拌合合物是固固体颗粒粒(水泥和和集料)、水和和空气交交混而成成的三相相体系。浇浇灌成型型后，绝绝大部分分空气

10、逸逸出，固固体粒子子互相接接触，形形成一个个孔隙中中充满着着水的空空间构架架。由于于粒子之之间仅有有微弱的的摩擦力力，不足足以阻止止相互的的滑移，它它们将继继续凭借借其重力力沉降，彼彼此互相相靠近，并并使空隙隙减小。与与此同时时，混凝凝土与外外界接触触的表面面(包括浇浇灌层的的顶面和和模板漏漏缝)上毛细细管抽吸吸作用也也促进了了空隙水水的排出出。随着着这种受受制沉降降的进行行，混凝凝土的体体积必将将逐渐减减缩，直直至水泥泥水化形形成的结结构联系系足以阻阻止粒子子不再继继续滑动动为止。混混凝土的的这种起起因于固固体沉降降、空隙隙减小的的体积减减缩可以以称为沉沉缩。从理论上说说，混凝凝土的沉沉缩就

11、是是增实作作用的延延续，对对混凝土土各种性性能会有有积极影影响。然然而，实实际上发发生的不不均匀沉沉缩却会会导致产产生一些些不规则则的混凝凝土塑性性收缩裂裂缝。这这种裂缝缝通常是是互相平平行的，间间距一般般为0.221.0m，并且且有一定定的深度度，它不不仅可以以发生在在大体积积混凝土土中，而而且可以以发生在在平面尺尺寸较大大、厚度度较薄的的结构构构件中。2.干缩变变形混凝土硬化化以后，仍仍然含有有相当数数量的可可以蒸发发的水。如如果暴露露在干燥燥空气之之中(相对湿湿度低于于95%)，这些些水必将将逐渐蒸蒸发离去去。与此此同时，混混凝土的的外包体体积将有有相应的的减缩。这这种体积积变化称称为混

12、凝凝土的干干缩。水水总是从从表面蒸蒸发离去去的。在在干燥空空气中，混混凝土表表层的孔孔隙水很很快离去去，然而而外界的的空气扩扩散进入入表层内内，取代代已经离离去的水水原先所所占据的的空间。此此后一方方面下一一层混凝凝土的孔孔隙水蒸蒸发，使使已经进进入混凝凝土体内内的空气气的湿度度提高，另另一方面面湿空气气又凭借借扩一散散作用与与外界的的干燥空空气进行行交换，使使湿度降降低，从从而使孔孔隙水得得以继续续蒸发。这这种干燥燥过程一一直进行行到混凝凝土内部部最深处处的蒸汽汽压与外外界空气气的蒸汽汽压持平平为止。3.水泥合合缩水泥化合物物与水化化合时，只只有一部部分水进进入反应应产物的的结构，而而另外还

13、还需要一一部分水水用以填填补反应应物结构构中的空空格而被被耗费掉掉。因此此，反应应产物的的分子体体积总是是较反应应物的分分子体积积和所消消耗的水水的体积积的总和和要小。这这种起因因于化学学结合的的体积减减缩可以以称为合合缩。根根据水泥泥的品种种不同，其其合缩的的数量也也存在较较大差异异，对于于合缩强强烈的水水泥，施施工时对对混凝土土的保湿湿养护应应当及早早开始进进行，否否则将会会导致混混凝土表表面层产产生裂缝缝。裂缝成因分分析及分分类混凝土内出出现的裂裂缝按深深度的不不同，分分为贯穿穿裂缝、深深层裂缝缝及表面面裂缝三三种。贯贯穿裂缝缝是由混混凝土表表面裂缝缝发展为为深层裂裂缝，最最终形成成贯穿

14、裂裂缝。它它切断了了结构的的断面，可可能破坏坏结构的的整体性性和稳定定性，其其危害性性是较严严重的；而深层层裂缝部部分地切切断了结结构断面面，也有有一定危危害性；表面裂裂缝一般般危害性性较小。但但出现裂裂缝并不不是绝对对地影响响结构安安全，它它都有一一个最大大允许值值。处于于室内正正常环境境的一般般构件最最大裂缝缝宽度0.33mm；处于于露天或或室内高高湿度环环境的构构件最大大裂缝宽宽度0.22mm。对于于地下或或半地下下结构，混混凝土的的裂缝主主要影响响其防水水性能。一一般当裂裂缝宽度度在0.10.22mm时，虽虽然早期期有轻微微渗水，但但经过一一段时间间后，裂裂缝可以以自愈。如如超过0.2

15、0.33mm，则渗渗漏水量量将随着着裂缝宽宽度的增增加而迅迅速加大大，将大大大影响响结构的的使用。大体积混凝凝土产生生裂缝的的原因很很多，包包括混凝凝土自身身的因素素、环境境的因素素、人为为的因素素等。混混凝土自自身的因因素包括括水泥水水化放热热后混凝凝土降温温过程中中产生的的温度裂裂缝、水水泥浆硬硬化时体体积收缩缩所产生生的硬化化收缩、混混凝土干干燥时产产生的干干缩等；环境的的因素包包括外界界的约束束、外界界温度升升降使混混凝土膨膨胀或收收缩；人人为的因因素包括括设计的的不合理理、混凝凝土配合合比不当当、材料料质量不不合格、施施工质量量差等。在在这些因因素中，比比较普遍遍且影响响较大的的有：

16、混混凝土因因水泥水水化放热热而升温温降温、混混凝土收收缩、外外界约束束的存在在、混凝凝土配合合比的选选择等。大大体积混混凝土体体积庞大大，在水水泥水化化的过程程中容易易产生大大量的水水化热，从从而不可可避免的的造成混混凝土裂裂缝。大大体积混混凝土施施工阶段段所产生生的温度度裂缝，一一方面是是混凝土土内部因因素：由由于内外外温差而而产生的的；另一一方面是是混凝土土的外部部因素：结构的的外部约约束和混混凝土各各质点间间的约束束，阻止止混凝土土收缩变变形，混混凝土抗抗压强度度较大，但但受拉力力却很小小，所以以温度应应力一旦旦超过混混凝土能能承受的的抗拉强强度时，即即会出现现裂缝。这这种裂缝缝的宽度度

17、在允许许限值内内，一般般不会影影响结构构的强度度，但却却对结构构的耐久久性有所所影响。下面具体列列举一些些常见裂裂缝成因因：（1）大体体积混凝凝土水化化时产生生的大量量水化热热得不到到散发，导导致混凝凝土内外外温差较较大使混混凝土的的形变超超过极限限而引起起的裂缝缝。 （2）混凝凝土在硬硬化的过过程中由由于干缩缩引起的的体积变变形受到到约束时时产生的的裂缝，这这种裂缝缝的宽度度有时会会很大，甚甚至会贯贯穿整个个构件。 （3）在大大厚度的的构件中中，由于于混凝土土的塑性性塌落受受到模板板或顶部部钢筋的的抑制，在在浇捣后后数小时时会发生生这种由由于混凝凝土塑性性塌落引引起的裂裂缝。 （4）当有有约

18、束时时，混凝凝土热胀胀冷缩所所产生的的体积胀胀缩因为为受到约约束力的的限制，在在内部产产生了温温度应力力，由于于混凝土土抗拉强强度较低低，容易易被温度度引起的的拉应力力拉裂从从而产生生温度裂裂缝。 （5）混凝凝土加水水拌和后后，水泥泥中的碱碱与活性性骨料中中的活性性氧化硅硅起反应应，析出出的胶状状碱硅胶从从周围介介质中吸吸水膨胀胀，体积积增大到到三倍从从而使混混凝土胀胀裂产生生裂缝。 （6）在炎炎热或大大风天气气，混凝凝土表面面水分蒸蒸发过快快以及混混凝土水水化热高高等，在在混凝土土浇筑后后数小时时仍处于于塑性状状态时易易产生塑塑性收缩缩裂缝。 （7）构件件承受荷荷载所产产生的裂裂缝：如如、构

19、件件在均布布荷载或或集中荷荷载作用用下产生生内力弯弯矩，出出现垂直直于构件件纵轴的的裂缝；构件在在较大剪剪力作用用下，产产生斜裂裂缝，并并向上、下下延伸。 （8）当结结构的基基础出现现不均匀匀沉降时时，结构构构件受受到强迫迫变形，而而使结构构构件开开裂，随随着不均均匀沉陷陷的进一一步发展展，裂缝缝会进一一步扩大大。 四、大体积积混凝土土裂缝的的预防措措施通过对大体体积混凝凝土的深深入研究究和工程程实践经经验的反反馈，控控制大体体积混凝凝土开裂裂应从两两方面入入手。一一方面，提提高混凝凝土的抗抗拉强度度，使其其足够大大，大到到各种因因素引起起的开裂裂应力小小于它。另另一方面面，控制制各种温温度应

20、力力，使其其尽可能能小，使使之小于于混凝土土的抗拉拉强度。而而混凝土土温度应应力取决决于其浇浇筑温度度、水泥泥水化热热和混凝凝土表面面温度。即即通过优优化配合合比、选选择水泥泥品种、改改善混凝凝土养护护条件等等亦可达达到控制制大体积积混凝土土裂缝的的目的。因因此，防防止大体体积混凝凝土出现现裂缝应应从以下下几个方方面加以以有效控控制。（一）减小小混凝土土内外温温差1.降低水水化热温温升（1）选用用低标号号低水化化热水泥泥。实测测值与中中低热水水泥水化化热标准准值对比比表（2）适当当降低水水泥用量量。经验验认为，每1M3混凝土水泥用量减少10KG，混凝土温升值就会降低10。降低水泥用量可以作为控

21、制温度应力的另一主要手段，且越是厚大体积混凝土其效果越明显。2.降低混混凝土入入模温度度。研究究表明，混混凝土的的浇筑温温度越高高，水泥泥的水化化反应速速度越快快。一般般认为，混混凝土浇浇筑温度度每升高高10则混凝凝土内部部温度的的峰值将将提高35，大体体积混凝凝土的浇浇筑温度度最好控控制在25以下。搅搅拌后混混凝土热热量与搅搅拌前原原材料所所含热量量是相等等的，要要想控制制混凝土土的出机机温度就就要从控控制原材材料的温温度入手手。因为为砂石料料降温较较困难，因因此主要要是采取取措施降降低水温温和水泥泥温度。在在夏季施施工时，加加强组织织协调，缩缩短混凝凝土从出出机到入入模的时时间。将将泵送管

22、管路用湿湿麻袋覆覆盖，防防止日晒晒升温。还还可在混混凝土罐罐车的转转筒上浇浇水降温温。3.加强保保温，控控制混凝凝土内外外温差。根根据以往往施工经经验，混混凝土中中心温度度和表面面温度之之差控制制在2030以内，一一般可以以防止有有害裂缝缝的产生生。为了了防止大大体积混混凝土表表面温度度下降速速率太快快，条件件允许时时应该尽尽量延长长拆模时时间。拆拆模以后后也要尽尽快覆盖盖保温层层，防止止风吹。正正常施工工时的保保温，混混凝土表表面铺设设一层塑塑料薄膜膜，然后后是两层层麻袋，为为了防止止雨冷击击，麻袋袋外再设设一层薄薄膜。冬冬季施工工时采用用蓄热法法保温养养护，混混凝土顶顶面铺双双层塑料料薄膜

23、，内内夹三层层草帘；侧模采采用保温温模板，即即模板外外侧挂三三层草帘帘，外罩罩篷布或或加塑编编织布。模模板拆除除以后，混混凝土侧侧表面围围保温被被。（二）减小小约束应应力的措措施1.结构段段，减小小结构长长度对约约束应力力的影响响。为了了减少出出现有害害裂缝的的机会，施施工中建建议设计计结构段段长为15M以内，规规范要求求为515M。经验验得出结结论，结结构段长长在15M以内时时出现裂裂缝的可可能性大大大减少少。2.设置施施工缝 。（1）水平平施工缝缝的设置置。在底底板上连连续浇筑筑墙体时时，其上上水平缝缝严格按按规范设设置。该该措施可可以避免免大断面面约束小小断面情情况的出出现。（2）竖向向

24、施工缝缝的设置置。施工工中采用用设置闭闭合块的的方法，进进行分块块浇筑，共共设置4个闭合合块，减减小了一一次浇筑筑的长度度，一方方面降低低了约束束应力，另另一方面面将水化化热从时时间和空空间上均均分散开开来，增增加了散散热面积积，降低低了温升升。3.凝土浇浇筑间歇歇期。混混凝土的的弹性约约束应力力是在降降温过程程中由其其自身收收缩产生生的。降降温速度度越快，约约束应力力越大，施施工中通通过测温温和采取取保温措措施调整整降温速速率，注注意防止止寒潮侵侵袭，充充分利用用混凝土土徐变特特性产生生的松弛弛效应，避避免裂缝缝的产生生。（三）减小小环境气气候的影影响为了降低入入模温度度，通常常不要选选择在

25、夏夏季高温温时浇筑筑混凝土土，可在在夜间作作业；为为了减小小混凝土土内外温温差和防防冻，也也不宜在在冬季低低温时浇浇筑混凝凝土。在在混凝土土浇筑前前要充分分了解天天气情况况，对于于浇筑时时气候对对混凝土土可能产产生的影影响要有有一定预预见性并并能做好好充分的的准备。在浇筑混凝凝土以前前，对基基础、预预埋铁件件及与新新混凝土土接触的的冷壁（老老混凝土土、预制制混凝土土模板等等），应应用蒸汽汽清除所所有的冰冰、雪、霜霜冻，并并使其表表面温度度上升。如如果基础础及冷壁壁的内部部温度较较低，还还需要提提前进行行预热。如如果不进进行预热热，浇筑筑混凝土土以后，接接触面附附近的新新混凝土土温度将将很快降降

26、至零度度以下。预预热所需需温度、深深度和持持续时间间，由温温度计算算决定。计计算原则则应使接接触面附附近的新新混凝土土在达到到临界强强度之前前不冻结结。一般般来说，应应使基础础深度1000mm内温度度在5以上。（四）加强强对大体体积混凝凝土的保保温和养养护混凝土在浇浇筑的初初期，强强度低、抵抵抗变形形能力小小，如果果遇到不不利的外外界条件件，其表表面容易易发生有有害的冷冷缩和干干缩裂缝缝。保温温的目的的是减小小混凝土土表面与与内部温温差及表表面混凝凝土温度度梯度，防防止表面面裂缝的的发生。无无论在常常温还是是在负温温下施工工，混凝凝士表面面都需覆覆盖保温温层。常常温保温温层，可可以对混混凝土表

27、表面因受受大气温温度化或或雨水袭袭击的温温度影响响起到缓缓冲作用用；负温温保温层层则根据据工程项项目地点点、气温温以及控控制混凝凝土内外外温差等等条件进进行设计计。但负负温保温温层必须须设置不不透风材材料覆盖盖层，否否则效果果不够理理想。保保温层兼兼有保湿湿的作用用，如果果用湿砂砂层，湿湿锯末层层或积水水保湿效效果尤为为突出，保保湿可以以提高混混凝土的的表面抗抗裂能力力。五、项目实实例苏州高新区区何山路路西延工工程三标标段为明明挖暗埋埋隧道，基基坑开挖挖深度2-117米，隧隧道断面面为双向向六车道道，整体体式路线线采用一一箱两孔孔形式，分分离式路路线采用用一箱一一孔形式式。C40防水混混凝土抗

28、抗渗等级级P8，砼结结构保护护层厚度度迎土侧侧为50mmm，背土土侧为40mmm。结构构混凝土土为大体体积混凝凝土，设设计要求求混凝工工内部预预埋管道道，宜进进行水冷冷散热。但但招标未未考虑内内部预埋埋散热管管道，实实际施工工未落实实该降温温措施。结结构施工工拆模后后，结构构侧墙出出现接近近竖向裂裂缝，间间距2-3米不等等，有渗渗漏水现现象。经经建设、设设计、监监理、施施工组织织专家召召开专题题会议，分分析原因因：1、结构构施工高高峰期正正处夏季季高温时时期；2、大方方量混凝凝土供应应不及时时，塌落落度控制制不稳定定；3、混凝凝土振捣捣局部不不到位，表表面局部部气泡明明显；4、养护护时间不不足；5、底板板与侧墙墙顶板间间歇时间间过长；6、节段段长度过过大；经专家讨论论，建议议以下优优化措施施：1、对混凝凝土配合合比（C400P8）进行行优化：水泥用用量合理理，无需需优化；用水量量1700Kg/m3偏大，建建议优化化到16