大体积混凝土的开裂机理及防裂措施

大体积混凝土的开裂机理及防裂措施第一页，共二十六页，2022年，8月28日

大体积混凝土的定义

大体积混凝土含义一般是指其体积大到必须采取措施处理水化热产生的温差，合理解决温差变形引起的应力，并控制裂缝的产生或限制裂缝开展的现浇混凝土。《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）中给予大体积混凝土定义：混凝土结构物实体最小尺寸不小于lm的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。第二页，共二十六页，2022年，8月28日近几年来，工程规模日趋扩大，结构形式日益复杂，市政工程中大体积混凝土越来越多。由于其体积大，表面小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝和收缩变形裂缝，影响结构安全和正常使用，所以必须从根本上分析它，来保证施工的质量。第三页，共二十六页，2022年，8月28日大体积混凝土裂缝产生的原因：主要由温度变形、收缩变形导致内约束引起的表面裂缝外约束引起的深层裂缝砼浇筑初期，其内部与表面温差过大砼浇筑后期，砼降温、干缩变形引起的混凝土内部收缩受到外部约束第四页，共二十六页，2022年，8月28日大体积混凝土产生裂缝的原因设计方面施工方面采用过高强度等级的混凝土（设计强度过高，水泥用量过大）忽视配置控制温度和收缩变形的构造钢筋（温度应力和收缩应力变形不能受到约束）材料选用不当施工技术准备不周密浇筑过程施工措施不当浇筑后的养护和监控不完善第五页，共二十六页，2022年，8月28日(1)表面裂缝大体积混凝土浇筑初期，水泥水化热大量产生，使混凝土的温度迅速上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，其温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，热量不易散发，其温度上升较多。混凝土内部温度高、表面温度低，则形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。一：裂缝裂缝有三类：第六页，共二十六页，2022年，8月28日混凝土桥梁破坏状况

Thebreakageofsteelreinforcedconcretebridge上海市市政工程研究院第七页，共二十六页，2022年，8月28日（2）贯穿裂缝

大体积混凝土浇筑初期，混凝土处于升温阶段及塑性状态，弹性模量很小，变形变化所引起的应力很小，温度应力一般可忽略不计。

贯穿裂缝切断了结构断面，破坏了结构整体性、稳定性、耐久性、防水性等，影响正常使用。应当采取一切措施控制贯穿裂缝的开展。第八页，共二十六页，2022年，8月28日（3）深层裂缝基础约束范围内的混凝土，处在大面积拉应力状态，在这种区域若产生了表面裂缝，则极有可能发展为深层裂缝，甚至发展成贯穿性裂缝。深层裂缝部分切断了结构断面，具有很大的危害性，施工中是不允许出现的。如果设法避免基础约束区的表面裂缝，且混凝土内外温差控制适当，基本上可避免出现深层裂缝和贯穿裂缝。第九页，共二十六页，2022年，8月28日控制大体积混凝土裂缝的措施设计方面材料选用施工工艺（技术方案）施工质量（模板、浇筑）保温保湿养护第十页，共二十六页，2022年，8月28日1、对于大体积混凝土底板，应在满足抗弯及抗冲切计算要求的前提下，避免设计上“强度越高越好”的错误概念，可以利用混凝土60d或90d的后期强度，尽量采用C25-C40的混凝土，这样可以减少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土浇筑实体的温度升高。2、大体积混凝土除满足承载力要求外，还应增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开裂的构造钢筋。温度收缩钢筋可利用原有钢筋贯通布置，也可另行设置构造钢筋网，与原有钢筋按受拉钢筋的要求搭接或在周边构件中锚固。设计方面第十一页，共二十六页，2022年，8月28日2.1当板的厚度大于2m时，除应沿板的上、下表面布置纵、横方向的钢筋外，尚应沿板的厚度方向间距不超过lm设置与板面平行的构造钢筋网片，其直径宜为φl2—φl6，间距宜为100—150mm。为防止大承台水平裂缝，四周宜加设暗梁。4Ø16~4Ø

222.2为了避免结构突变或断面突变产生应力集中，转角和孔洞处应增设构造加强筋。

构造钢筋第十二页，共二十六页，2022年，8月28日1、合理选择水泥品种2、合理选用骨料选用C3S及C3A含量低的中、低热水泥。材料选用方面3、合理选用外加剂尽量选用粒径较大、级配良好的石子，以减少用水量和水泥用量、混凝土的收缩和泌水性。掺加块石。在无筋或少筋的大块混凝土中，可掺入不超过混凝土体积的25%的大块石，以减少水泥用量，降低水化热。细骨料以中、粗砂为宜。严格控制砂、石的含泥量。石子控制在小于1%，黄砂控制在小于2%。第十三页，共二十六页，2022年，8月28日合理选用外加剂3.1在混凝土中加入适量的外加剂，可以改善混凝土的特性，减少水泥用量，减少混凝土的温升。同时可降低水化热释放的速度，延缓温度峰值出现的时间。3.2混凝土中掺入一定量的粉煤灰不仅能改善混凝土特性，而且能代替部分水泥，减少水化热。但应注意掺加粉煤灰后混凝土早期强度有所降低。3.3采用UEA补偿收缩混凝土：在混凝土内掺水泥用量10%~12%的U型混凝土膨胀剂，以实现超长结构的无缝施工。第十四页，共二十六页，2022年，8月28日其他：在高坝建设中，为解决碾压混凝土拱坝施工期温度应力及防裂措施。采用诱导缝，增加了防裂可靠性。采用低热水泥、低水泥用量、限制浇筑厚度和短间歇期、人工冷却混凝土、预埋冷却水管，保护混凝土暴露面，仍是有效温控和防裂措施。为防止表面温度骤降，采用外贴聚乙烯苯板等保温板或喷涂泡沫保温材料，采用自动上升帐篷制造人工气候防裂。第十五页，共二十六页，2022年，8月28日1、控制混凝土出机温度和浇筑温度2、预埋水管，降低最高温升施工方面3、改进混凝土搅拌和振捣工艺可采取加冰拌和，砂石料遮阳覆盖，泵送管道用草袋包裹洒水降温等技术措施。4、合理选择混凝土浇筑方案冷却水管大多采用直径为25mm的薄壁钢管，按照中心距1.5~3.0m交错排列,水管上下间距一般也为1.5~3.0m，并通过立管相连接。采用二次投料和二次振捣的新工艺，提高混凝土的强度。可采用分层连续浇筑或分段分层踏步式推进的浇筑方法。一般情况下，应尽量采用分层连续浇筑。对于工程量较大，浇筑面积也大，一次连续浇筑层厚度不大，且浇筑能力不足时的混凝土工程，宜采用分段分层踏步式推进的浇筑方法。第十六页，共二十六页，2022年，8月28日六合古棠桥锚墩采用混凝土内部埋水管冷却。第十七页，共二十六页，2022年，8月28日5、做好混凝土的泌水处理6、混凝土的表面处理施工方面7、加强混凝土的养护应采取在侧模留设孔洞等措施将浇筑混凝土过程中形成的泌水排出坑外。

8、温度监测先用长刮尺刮平，在初凝前用铁滚筒碾压数遍，再用木抹子打磨压实，以闭合收水裂缝。应对混凝土的内表温度、顶面及底面温度，室外温度进行监测，根据监测结果对养护措施作出相应的调整，确保温控指标的要求。可采用在每个测温点上埋设测温片，常用的有铜热电阻或铜-康铜热电偶测温。或采用埋设钢管的简易测温方法。可采用薄膜加草袋或蓄水的养护方法。及早回填是最好的养护方法。第十八页，共二十六页，2022年，8月28日通过大量的工程实践证明：砼的温升和温差与表面系数有关，单面散热的结构断面最小厚度在75cm以上，双面散热的结构断面最小厚度在100cm以上，水化热行引起的砼内外最大温差预计可能超过25℃，应按大体积砼施工。温差控制第十九页，共二十六页，2022年，8月28日合理选择混凝土浇筑方案整体分层连续浇筑（全面分层）斜面分层阶梯状分层推移式连续浇筑第二十页，共二十六页，2022年，8月28日四：混凝土浇筑

混凝土浇筑可根据面积大小和混凝土供应能力采取全面分层、分段分层或斜面分层连续浇筑，分层厚度300~500mm且不大于震动棒长1.25倍。分段分层多采取踏步式分层推进，一般踏步宽为1.5~2.5m。斜面分层浇灌每层厚30~35cm，坡度一般取1：6~1：7。第二十一页，共二十六页，2022年，8月28日⑴、大体积砼浇筑时，必须密切注意保护好温度监控点，做好醒目标志，同时进行监测，专人检测表面温度及结构中心温度，测温过程中如发现温差大于25℃时，要采取有效措施，如加厚覆盖保温等。⑵、大体积砼浇筑时，易使钢筋产生位移，因此浇筑砼过程中应随时复核钢筋的位置，并采取措施，以保证位置正确。⑶、砼养护强度达到1.3Mpa后，才允许下一工序施工，并应在砼表面覆盖麻袋等防止施工损伤。⑷、为了减少收缩裂缝，待砼表面无水渍时，宜用电动收光机进行第二次研压抹光。第二十二页，共二十六页，2022年，8月28日混凝土初凝前一次抹压混凝土终凝前1~2h多次抹压混凝土表面收缩裂缝处理第二十三页，共二十六页，2022年，8月28日1）蓄热法养护混凝土：盛夏，混凝土终凝后立即覆盖塑料膜和保温层。保温层厚度及保温层外是否再加一层塑料膜，通过计算决定。2）当设计无特殊要求时，混凝土硬化期的实测温度应符合下列规定：①混凝土内部温差(中心与表面下100或50mm处)不大于20℃；②混凝土表面温度(表面以下100或50mm)与混凝土表面外50mm处的温度差不大于25℃；对补偿收缩混凝土，允许介于30~35℃之间；③混凝土降温速度不大于1.5℃/d；④撤除保温层时混凝土表面与大气温差不大于20℃。3）混凝土的养护期限：除满足上条规定外，混凝土的养护时间自混凝土浇筑开始计算，使用普通硅酸盐水泥不少于14d，使用其他水泥不少于21d，炎热天气适当延长。4）养护期内(含撤除保温层后)混凝土表面应始终保持温热潮湿状态(塑料膜内应有凝结水)。五、混凝土的养护与温控第二十四页，共二十六页，2022年，8月28日混凝土养护边施工边铺养护袋第