浅谈大体积混凝土施工技术及裂缝产生原因和防治措施

毕业论文综合实践报告浅谈大体积混凝土施工技术及裂缝产生原因和防治措施什么是大体积混凝土？大体积混凝土目前尚无一个明确的定义，国外的定义也不尽相同。日本建筑学会标准（JASS5）规定：“结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称为大体积混凝土”。美国混凝土学会（ACI）规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。而我国《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009里规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m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，称之为大体积混凝土。大体积混凝土与普通混凝土相比,具有结构厚、体形大、钢筋密、一次浇筑量多，施工难度大等特点。大体积混凝土除需满足普通混凝土强度、刚度、整体性和耐久性等要求外，还必须控制混凝土温度变形裂缝的产生和发展。由于大体积混凝土施工条件复杂、施工情况各异，砼原材料质量性能差别很大，因此控制砼温度裂缝就不单纯是结构理论问题，还涉及到结构计算与设计、材料组成和其物理力学指标、施工工艺等方面的综合技术问题。大体积混凝土的裂缝产生是一个比较复杂的问题，大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是严重的，而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。但出现裂缝并不是绝对地影响结构安全，它都有一个最大允许值。处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度≤0.3mm；处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度≤0.2mm；对于地下或半地下结构，混凝土的裂缝主要影响其防水性能。一般当裂缝宽度在0.1～0.2mm时，虽然早期有轻微渗水，但经过一段时间后，裂缝可以自愈。如超过0.2～0.3mm则渗漏水量将随着裂缝宽度的增大而迅速加大。所以，在地下工程中应尽量避免超过0.3mm，贯穿全断面的裂缝。如出现这种裂缝，将大大影响结构的使用，必须进行化学灌浆加固处理。大体积混凝土施工阶段所产生的裂缝，一方面是混凝土内部因素：由于内外温差而产生的；另一方面是混凝土的外部因素：结构的外部约束和混凝土各质点间的约束，阻止混凝土收缩变形，混凝土抗压强度较大，但抗拉能力却很小，所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。本文结合工程管理及学术交流中的一些实践经验和体会，探讨大体积混凝土裂缝的成因及防治措施，供参考。一、裂缝产生原因分析混凝土结构裂缝分微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝是包括骨料与水泥石结合面的裂缝、水泥石自身裂缝及骨料本身裂缝等。微观裂缝的分布无规则、不贯通，一般用肉眼看不见。而宏观裂缝是由微观裂缝发展扩大而来，是用肉眼看得见的，其宽度一般不小于0.05mm。混凝土结构裂缝的产生主要由以下三个方面的原因：一是由外荷载引起或由主要计算应力引起；二是由于结构的实际工作与计算假设理想模型间的差异而产生的结构次应力引起的；三是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形，当结构变形受到约束时就产生应力，且应力大于混凝土抗拉强度时就产生裂缝。建筑结构中的大体积混凝土所承受的变形主要由温差和收缩所产生，是我们控制的主要内容之一。建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所产生的热量不能及时排散而产生温度变化和收缩作用。由此产生的温度收缩应力是导致砼产生裂缝的主要原因。温度裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。砼表面裂缝一般无规则可言，且深度小于钢筋保护层厚度；而贯通裂缝是在大体积混凝土强度发展过程中，由于温差超过一定限度（一般按20-25℃考虑）而引起的温差变形以及砼失水引起的体积收缩变形，受到地基或其它结构的约束限制时引起拉应力超过混凝土抗拉极限强度时可能产生贯通整个混凝土截面的裂缝。这两种裂缝对结构物均具有危害性。二、控制裂缝开展的方法混凝土表面裂缝在无侵蚀性有害气体或液体的使用环境下对结构的危害较小，而贯通裂缝由会影响结构的整体性、耐久性，严重的会产生结构断裂，影响结构的正常使用。有效控制表面裂缝的开展，防止贯通裂缝的发生可采取多种方式：1、设置永久性伸缩缝：在超长的现浇砼结构中间设置若干变形缝，以释放大部分变形。如宁波建龙炼钢连铸系统的在线连铸机设备基础，在设计中便考虑了每跨设置一道变形缝。变形缝一般控制在40-60m左右。2、设置后浇带：在施工中设置后浇带，可有效控制温度裂缝的扩展。如宁波建龙连铸车间的横移台车基础便在中间设了两道后浇带，上海浦东宏力半导体钢结构厂房1000mm厚钢砼地面施工中也采用了后浇带法来防止温度应力引起地面破坏。3、采用分段间隔浇筑和水平分层间歇浇注法，如山东东明中谷国家粮食储备库地面施工中，即采用分仓浇筑法。而一般的砼浇筑均采用分层浇筑来减小温度应力引起的结构破坏。4、采用改善配筋，减少砼收缩，提高砼抗拉强度等方法，以抵抗温度和收缩变形所产生的应力。5、通过施工技术措施控制温度和收缩裂缝。三、控制温度和收缩裂缝的技术措施结合工程实际，从控制混凝土的水化升温、延缓降温速度、减小砼收缩、提高砼极限抗拉强度、改善约束条件和设计构造等方面来控制温度裂缝的产生和发展。1、降低水泥水化热（1）采用低水化热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥来配制混凝土。如在宁波建龙连铸主机区设备基础底板砼中就采用了矿渣硅酸盐水泥，达到了预期效果。（2）利用混凝土后期强度，以减少砼的水泥用量。根据有关资料显示，每增减压10Kg/m3水泥，水化热将使砼温度相应升降1℃。（3）掺加粉煤灰或掺加相应的减水剂，改善砼和易性、降低水灰比以达到减少水泥用量、降低水泥水化热的目的。（4）少筋或无筋的大体积砼中，抛入20-30%的大石块（15-30cm），既节省水泥和减少水化热，又能减少砼用量。2、降低混凝土入模温度（1）选择较适宜的气温浇筑混凝土，避开炎热天气和高温时段，也可用低温水或冰水搅拌混凝土，以达到降温的目的。（2）掺入缓凝型减水剂，如木质素磺酸钙等。3、加强施工中的温度控制（1）砼浇筑完后及时做好砼保温保湿养护，夏季避免暴晒，注意保湿，冬天采取保温覆盖，以免发生温度剧变。（2）采用长时间养护，规定合理拆模时间，延缓降温时间和速度，充分发挥砼的“应力松驰效应”。（3）加强温度监控与管理，将砼内外温差控制在20-25℃以内。（4）合理安排施工程序，减缓分层浇筑速度，分层浇筑厚度控制在30-50cm以内。结构施工完要及时回填土，避免砼长期暴露。4、采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当位置设后浇带，以改善约束条件，降低温度应力。5、提高混凝土的极限抗拉强度（1）选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量，加强砼振捣，提高砼密实度和抗拉强度，减少砼收缩变形。（2）采取二次投料、二次振捣法，浇筑后及时排除表面积水，加强早期养护，提高砼早期强度的抗拉强度和弹性模量。（3）在大体积砼内设置必要的温度配筋，在截面突变和转折处、墙体与底