城市主干路工程大体积混凝土裂缝控制

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。苏州高新区何山路西延工程三标段为明挖暗埋隧道，主线隧道长970m，起止里程为NK2+207/SK2+213~K3+180。两条匝道隧道长720m，其中A匝道长360m，起止里程为AK0+000~AK0+360，B匝道长360m，起止里程为BK0+015~BK0+375。隧道断面为双向六车道，整体式路线采用一箱两孔形式，分离式路线采用一箱一孔形式。C40防水混凝土抗渗等级P8，砼结构保护层厚度迎土侧为50mm，背土侧为40mm。结构混凝土为大体积混凝土，设计要求混凝工内部预埋管道，宜进行水冷散热。但招标未考虑内部预埋散热管道，实际施工未落实该降温措施。结构施工拆模后，结构侧墙出现接近竖向裂缝，间距2-3米不等，有渗漏水现象。本文结合项目实际情况对大体积混凝土施工中的裂缝控制进行总结探讨。大体积混凝土裂缝形成机理现役混凝土结构基本上都是处于带裂工作的状态，区别在于有些结构的裂缝宽度较小，无碍于结构的安全使用，按照有关规范的规定，其存在是能够被接受的；而有些裂缝的宽度则超出了规范的要求，并会在各种荷载或外界理化因素的作用下，导致硅结构深度碳化、保护层脱落、受力筋锈蚀等后果，进而使得硅结构刚度与强度降低甚至丧失，耐久性变差，情况恶劣时可能有发生结构崩塌的危险，此类裂缝危害极大，必须严加控制。大体积混凝土自浇筑开始，就会受到外界环境和其本身各种因素的作用，使混凝土中任一点的位移和变形会产生不断的变化，从而形成了应力。一般情况下，当应力超过了混凝土此时的极限强度，或其应力变形超过了混凝土的极限变形值，由混凝土构成的结构物就要产生裂缝。裂缝发展到严重程度，结构因失去承载能力而破坏。而这种破坏力综合起来可分为以下几种：（1）温度应力。包括混凝土本身水化热产生的和环境温度变化产生的。（2）干缩应力。由于混凝土的水分扩散系数极小，结构水分散失多发生在混凝土表层很浅的部位，而且拉应力也产生在这个部位。（3）外荷载应力。包括自重、水压、泥沙压力、地震力、设备重量及其他设计考虑的活荷载等。（4）基础变形和模板走样产生的应力。大体积混凝土的开裂主要是由于水化热使混凝土温度升高，其温度扩散缓慢，从而产生较大温差而引起开裂。温度应力引起的原因：（1）自生应力。没有任何边界上完全约束或静止的结构，如果内部温度是非线形分布的，由于结构本身互相约束而会出现温度应力。大体积混凝土，结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。（2）约束应力。结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。而这两种温度应力往往和混凝土的干缩引起的应力共同作用。大体积混凝土中水泥水化热在1~3天的时候最多，水泥在水化反应过程中产生大量的水化热，这成为大体积混凝土内部温升的主要热量来源。由于大体积混凝土截面尺寸大及混凝土导热性能较差，水化热集聚在混凝土结构内部难以散失，所以会引起混凝土结构内部温度急骤攀升。一般来说，水泥的水化过程从水化速率的角度来讲，可以分为三个阶段：第一阶段可以称为弹性阶段，在初始时刻，水泥颗粒和水接触并反应，放热率很快，但是由于石膏的存在，在水泥粒子的表面会形成一层钝化模，使放热率降低，第二阶段可以称为塑性临界阶段，这一阶段水泥水化热释放率最快，水泥颗粒也随之增长很快，第三阶段可以称为塑性阶段，水泥的水化产物在水泥粒子的表面堆积的厚度逐渐增厚，水泥的水化放热率逐渐降低，这个时候的反应由扩散控制。上面的一部分关于放热的，在水化的初期，水泥粒子之间为彼此分离的，水泥处于塑性状态，不存在强度，在水泥粒子不断水化增长的过程中，水泥粒子之间的接触面积逐渐增大，这一微观现象的宏观表现即为水泥强度的增长。粒子之间的接触面积越大，水泥的抗压强度，弹性模量也增大。温度应力的形成过程又有可分为三个时期：初期：自浇筑混凝土开始至水泥释放热基本结束。这个阶段具有两个特征：a.水泥放出大量的水化热；b.混凝土弹性模量的急剧变化，这一时期在混凝土内部形成残余应力。中期：自水泥释放热作用基本结束时起至混凝土冷却到稳定温度时止，这个时期中，温度应力主要是由于混凝土的冷却及外界气温变化所引起，这些应力与早期残余的应力相叠加，在此期间混凝土的弹性模量变化不大。末期：混凝土完全冷却以后的运转时期。温度应力主要是外界气温变化所引起的，这些应力与前两种残余应力相叠加。混凝土由于外界气温以及混凝土内部水化热量造成内外温度的不同，容易在混凝土浇筑完毕之后产生收缩裂缝。混凝土收缩裂缝主要包括三个方面：混凝土的沉缩变形、混凝土的干缩变形以及水泥的合缩。1.沉缩变形：混凝土拌合物是固体颗粒(水泥和集料)、水和空气交混而成的三相体系。浇灌成型后，绝大部分空气逸出，固体粒子互相接触，形成一个孔隙中充满着水的空间构架。由于粒子之间仅有微弱的摩擦力，不足以阻止相互的滑移，它们将继续凭借其重力沉降，彼此互相靠近，并使空隙减小。与此同时，混凝土与外界接触的表面(包括浇灌层的顶面和模板漏缝)上毛细管抽吸作用也促进了空隙水的排出。随着这种受制沉降的进行，混凝土的体积必将逐渐减缩，直至水泥水化形成的结构联系足以阻止粒子不再继续滑动为止。混凝土的这种起因于固体沉降、空隙减小的体积减缩可以称为沉缩。从理论上说，混凝土的沉缩就是增实作用的延续，对混凝土各种性能会有积极影响。然而，实际上发生的不均匀沉缩却会导致产生一些不规则的混凝土塑性收缩裂缝。这种裂缝通常是互相平行的，间距一般为0.2~1.0m，并且有一定的深度，它不仅可以发生在大体积混凝土中，而且可以发生在平面尺寸较大、厚度较薄的结构构件中。2.干缩变形混凝土硬化以后，仍然含有相当数量的可以蒸发的水。如果暴露在干燥空气之中(相对湿度低于95%)，这些水必将逐渐蒸发离去。与此同时，混凝土的外包体积将有相应的减缩。这种体积变化称为混凝土的干缩。水总是从表面蒸发离去的。在干燥空气中，混凝土表层的孔隙水很快离去，然而外界的空气扩散进入表层内，取代已经离去的水原先所占据的空间。此后一方面下一层混凝土的孔隙水蒸发，使已经进入混凝土体内的空气的湿度提高，另一方面湿空气又凭借扩一散作用与外界的干燥空气进行交换，使湿度降低，从而使孔隙水得以继续蒸发。这种干燥过程一直进行到混凝土内部最深处的蒸汽压与外界空气的蒸汽压持平为止。3.水泥合缩水泥化合物与水化合时，只有一部分水进入反应产物的结构，而另外还需要一部分水用以填补反应物结构中的空格而被耗费掉。因此，反应产物的分子体积总是较反应物的分子体积和所消耗的水的体积的总和要小。这种起因于化学结合的体积减缩可以称为合缩。根据水泥的品种不同，其合缩的数量也存在较大差异，对于合缩强烈的水泥，施工时对混凝土的保湿养护应当及早开始进行，否则将会导致混凝土表面层产生裂缝。泻裂缝成因分析犯及分类回混凝土内出现株的裂缝按深度镇的不同，分为壁贯穿裂缝、深涝层裂缝及表面涝裂缝三种。贯靠穿裂缝是由混座凝土表面裂缝只发展为深层裂与缝，最终形成屈贯穿裂缝。它情切断了结构的毅断面，可能破绝坏结构的整体烘性和稳定性，档其危害性是较牲严重的；而深志层裂缝部分地倡切断了结构断青面，也有一定嘴危害性；表面会裂缝一般危害菊性较小。但出怀现裂缝并不是史绝对地影响结农构安全，它都权有一个最大允皱许值。处于室挣内正常环境的丈一般构件最大柱裂缝宽拥度亲≤晴0.3m杏m国；处于露天或醒室内高湿度环疼境的构件最大题裂缝宽指度长≤排0.2m姥m色。对于地下或瞒半地下结构，也混凝土的裂缝划主要影响其防拼水性能。一般灰当裂缝宽度按在铸0.污1思～积0.2m沃m受时，虽然早期慢有轻微渗水，敲但经过一段时倍间后，裂缝可峰以自愈。如超印过魔0.拣2病～决0.3m的m堪，则渗漏水量穴将随着裂缝宽乞度的增加而迅棍速加大，将大友大影响结构的补使用。陕大体积混凝土艳产生裂缝的原剩因很多，包括枯混凝土自身的束因素、环境的帜因素、人为的鬼因素等。混凝芦土自身的因素秆包括水泥水化货放热后混凝土茎降温过程中产渣生的温度裂缝泄、水泥浆硬化割时体积收缩所尊产生的硬化收讽缩、混凝土干罪燥时产生的干迎缩等；环境的每因素包括外界担的约束、外界祥温度升降使混虽凝土膨胀或收跳缩；人为的因捕素包括设计的渡不合理、混凝颗土配合比不当馋、材料质量不杨合格、施工质貌量差等。在这戚些因素中，比帝较普遍且影响绩较大的有：混答凝土因水泥水习化放热而升温旷降温、混凝土当收缩、外界约晋束的存在、混菊凝土配合比的段选择等。大体厚积混凝土体积志庞大，在水泥虽水化的过程中卫容易产生大量必的水化热，从茂而不可避免的立造成混凝土裂宫缝。大体积混蚁凝土施工阶段娱所产生的温度鹅裂缝，一方面颗是混凝土内部荣因素：由于内滥外温差而产生搅的；另一方面童是混凝土的外展部因素：结构蛇的外部约束和鱼混凝土各质点吃间的约束，阻馅止混凝土收缩装变形，混凝土欲抗压强度较大累，但受拉力却肿很小，所以温炭度应力一旦超读过混凝土能承竭受的抗拉强度撤时，即会出现抹裂缝。这种裂待缝的宽度在允士许限值内，一蛛般不会影响结够构的强度，但伟却对结构的耐白久性有所影响科。划下面具体列举稻一些常见裂缝智成因：巡（殿1策）大体积混凝津土水化时产生杏的大量水化热绸得不到散发，坐导致混凝土内倦外温差较大使涂混凝土的形变挎超过极限而引锦起的裂缝壳。膏培（砖2痒）混凝土在硬聋化的过程中由其于干缩引起的曲体积变形受到降约束时产生的壁裂缝，这种裂秩缝的宽度有时沾会很大，甚至武会贯穿整个构肥件策。抗珠（棕3州）在大厚度的兔构件中，由于纹混凝土的塑性涨塌落受到模板码或顶部钢筋的母抑制，在浇捣咐后数小时会发墓生这种由于混为凝土塑性塌落纸引起的裂缝颈。爬闯（韵4逼）当有约束时犁，混凝土热胀膨冷缩所产生的尽体积胀缩因为叉受到约束力的吩限制，在内部录产生了温度应旅力，由于混凝之土抗拉强度较乓低，容易被温虑度引起的拉应房力拉裂从而产湖生温度裂缝尖。捏才（摇5诚）混凝土加水善拌和后，水泥坊中的碱与活性舞骨料中的活性北氧化硅起反应传，析出的胶状蜂碱禾―祖―瞎硅胶从周围介咳质中吸水膨胀蜡，体积增大到才三倍从而使混愈凝土胀裂产生熄裂缝许。跃绸（怠6炉）在炎热或大爸风天气，混凝朗土表面水分蒸中发过快以及混劝凝土水化热高构等，在混凝土章浇筑后数小时展仍处于塑性状妙态时易产生塑夺性收缩裂缝忘。顺知（跌7拌）构件承受荷态载所产生的裂钞缝：如、构件列在均布荷载或甘集中荷载作用凤下产生内力弯砖矩，出现垂直轮于构件纵轴的坑裂缝；构件在栽较大剪力作用桑下，产生斜裂骗缝，并向上、攀下延伸推。朴仿（宏8某）当结构的基蒸础出现不均匀袖沉降时，结构年构件受到强迫近变形，而使结催构构件开裂，捏随着不均匀沉滚陷的进一步发剂展，裂缝会进棵一步扩大幕。绘聪四、京大体积混凝土拍裂缝的预防措掏施肥通过对大体积盐混凝土的深入央研究和工程实废践经验的反馈他，控制大体积堡混凝土开裂应贫从两方面入手愈。一方面，提创高混凝土的抗溜拉强度，使其咏足够大，大到誉各种因素引起养的开裂应力小格于它。另一方礼面，控制各种辽温度应力，使苍其尽可能小，钓使之小于混凝揉土的抗拉强度祖。而混凝土温禽度应力取决于诉其浇筑温度、辰水泥水化热和竟混凝土表面温翻度。即通过优听化配合比、选派择水泥品种、两改善混凝土养央护条件等亦可循达到控制大体吸积混凝土裂缝森的目的。因此沃，防止大体积断混凝土出现裂辩缝应从以下几芬个方面加以有盯效控制。捉（一）减小混御凝土内外温差钢1甲.吵降低水化热温干升事（颤1技）选用低标号扫低水化热水泥陷。实测值与中塞低热水泥水化馆热标准值对比浙表舱（吊2幼）适当降低水搅泥用量。经验蹄认为，土每璃1M课3涉混凝土水泥用毙量减乒少袋10K摸G导，混凝土温升递值就会降吵低肃1念0折℃享。降低水泥用扛量可以作为控过制温度应力的停另一主要手段区，且越是厚大诱体积混凝土其邪效果越明显。茄2第.幼降低混凝土入设模温度。研究逼表明，混凝土育的浇筑温度越榴高，水泥的水赤化反应速度越救快。一般认为酿，混凝土浇筑斥温度每升挪高钱1烦0哑℃绕则混凝土内部灯温度的峰值将舌提桌高宣3请～叙5捐℃摧，大体积混凝揉土的浇筑温度似最好控制述在另2扁5显℃帅以下。搅拌后婆混凝土热量与门搅拌前原材料蛙所含热量是相牢等的，要想控细制混凝土的出露机温度就要从荷控制原材料的忙温度入手。因唤为砂石料降温攀较困难，因此带主要是采取措影施降低水温和验水泥温度。在末夏季施工时，肝加强组织协调围，缩短混凝土诵从出机到入模壮的时间。将泵勒送管路用湿麻丽袋覆盖，防止劳日晒升温。还倍可在混凝土罐摆车的转筒上浇查水降温。窑3变.砖加强保温，控艰制混凝土内外足温差。根据以筛往施工经验，慢混凝土中心温震度和表面温度迷之差控制持在受2宝0录～才3船0辅℃与以内，一般可杂以防止有害裂蒜缝的产生。为赏了防止大体积恶混凝土表面温径度下降速率太慢快，条件允许创时应该尽量延拨长拆模时间。葬拆模以后也要件尽快覆盖保温浴层，防止风吹素。正常施工时设的保温，混凝阅土表面铺设一嘱层塑料薄膜，挠然后是两层麻夜袋，为了防止瓦雨冷击，麻袋小外再设一层薄荣膜。冬季施工硬时采用蓄热法巷保温养护，混汉凝土顶面铺双丢层塑料薄膜，便内夹三层草帘目；侧模采用保违温模板，即模仙板外侧挂三层吐草帘，外罩篷琴布或加塑编织则布。模板拆除暗以后，混凝土窝侧表面围保温悔被。绣（二）减小约跑束应力的措施洁1顷.笼结构段，减小称结构长度对约课束应力的影响纪。为了减少出捡现有害裂缝的五机会，施工中蹄建议设计结构车段长判为密15椅M床以内，规范要困求岸为蔑5雪～肠15弊M集。经验得出结穗论，结构段长覆在坟15饭M耍以内时出现裂黄缝的可能性大婚大减少。圣2棵.颂设置施工祖缝累源。牛（蛮1杀）水平施工缝砌的设置。在底党板上连续浇筑奏墙体时，其上夕水平缝严格按追规范设置。该孤措施可以避免觉大断面约束小咬断面情况的出处现。压（右2彩）竖向施工缝技的设置。施工酸中采用设置闭相合块的方法，阅进行分块浇筑叙，共设容置跑4炭个闭合块，减并小了一次浇筑涉的长度，一方猴面降低了约束船应力，另一方永面将水化热从患时间和空间上烤均分散开来，额增加了散热面班积，降低了温挨升。群3帮.霸凝土浇筑间歇吧期。混凝土的骆弹性约束应力椅是在降温过程成中由其自身收挽缩产生的。降窗温速度越快，午约束应力越大辽，施工中通过姐测温和采取保恰温措施调整降刃温速率，注意植防止寒潮侵袭拨，充分利用混吴凝土徐变特性晶产生的松弛效帆应，避免裂缝吨的产生。砍（三）减小环镇境气候的影响汽为了降低入模眼温度，通常不抬要选择在夏季命高温时浇筑混浅凝土，可在夜旨间作业；为了宗减小混凝土内苗外温差和防冻障，也不宜在冬密季低温时浇筑挺混凝土。在混别凝土浇筑前要堵充分了解天气凝情况，对于浇牧筑时气候对混嚷凝土可能产生斑的影响要有一清定预见性并能蠢做好充分的准模备。剑在浇筑混凝土脏以前，对基础继、预埋铁件及棉与新混凝土接院触的冷壁（老谢混凝土、预制连混凝土模板等陵），应用蒸汽好清除所有的冰礼、雪、霜冻，倒并使其表面温隙度上升。如果服基础及冷壁的知内部温度较低锅，还需要提前剥进行预热。如生果不进行预热较，浇筑混凝土蒙以后，接触面情附近的新混凝骄土温度将很快涝降至零度以下棚。预热所需温艳度、深度和持泉续时间，由温遇度计算决定。更计算原则应使椅接触面附近的负新混凝土在达兆到临界强度之忧前不冻结。一扰般来说，应使谁基础深数度想100m牧m另内温度嘱在挖5左℃块以上。长（四）加强对么大体积混凝土史的保温和养护辅混凝土在浇筑狸的初期，强度斑低、抵抗变形播能力小，如果同遇到不利的外耕界条件，其表喂面容易发生有凳害的冷缩和干及缩裂缝。保温汗的目的是减小兵混凝土表面与滴内部温差及表盾面混凝土温度赴梯度，防止表循面裂缝的发生章。无论在常温贵还是在负温下吓施工，混凝士舌表面都需覆盖鼠保温层。常温做保温层，可以里对混凝土表面备因受大气温度窃化或雨水袭击鬼的温度影响起懂到缓冲作用；问负温保温层则轿根据工程项目舒地点、气温以盆及控制混凝土段内外温差等条络件进行设计。定但负温保温层龄必须设置不透填风材料覆盖层扰，否则效果不胃够理想。保温脖层兼有保湿的方作用，如果用语湿砂层，湿锯傍末层或积水保福湿效果尤为突质出，保湿可以决提高混凝土的既表面抗裂能力麻。格朱五、项目实例弹苏州高新区何幕山路西延工程株三标段为明挖拼暗埋隧道，基舞坑开挖深巩度倾2-1聚7文米，隧道断面援为双向六车道品，整体式路线赛采用一箱两孔女形式，分离式阳路线采用一箱非一孔形式揉。陈C4劲0贫防水混凝土抗唇渗等犬级芹P预8喷，砼结构保护些层厚度迎土侧消为奉50m叮m辆，背土侧堪为棉40m说m快。结构混凝土歼为大体积混凝无土，设计要求救混凝工内部预否埋管道，宜进旨行水冷散热。输但招标未考虑逮内部预埋散热嗓管道，实际施剂工未落实该降吧温措施。结构距施工拆模后，傻结构侧墙出现尝接近竖向裂缝凭，间语距溪2-匠3叨米不等，有渗舰漏水现象。经赌建设、设计、客监理、施工组绳织专家召开专落题会议，分析怒原因释：候1暑、结构施工高置峰期正处夏季段高温时期驳；陈2虾、大方量混凝知土供应不及时沸，塌落度控制备不稳定剪；听3碧、混凝土振捣鱼局部不到位，豪表面局部气泡汤明显百；裂4小、养护时间不杠足借；薪5挣、底板与侧墙许顶板间歇时间壶过长久；去6你、节段长度过暮大；利经专家讨论，针建议以下优化闻措施：堡1扬、对混凝土配像合比用（呈C40P飘8楼）进行优化：娃水泥用量合理扯，无需优化；锣用水抄量瓣170Kg/仆m味3益偏大，建议优特化童到兴165Kg塞/m局3裹；砂狱率式42.5恐%帖偏窑高苦,语建议控制历在粒37服%循—补38毅%洒，并严格控制或含泥量；石子避粒皆径权5m松m逃—尝25m傍m技建议提高殿到象5字—砍31.5m确