现浇大体积混凝土裂缝成因分析与防治措施

随着现代化大型生产设备 、 建 (构 )筑物 不断增 多 ， 建筑 工程技 术随之不断创新与发展 ， 大体积混凝土结 构也随之 得到越来 越广泛地 应用。然而 ， 大体积混凝土浇筑后 出现的裂缝问题 ， 尤其是贯 穿裂缝 的出现 ， 给结构 的安全与使用带来了极其不利的影响 ， 如 何预防大体积 混凝土浇筑后 出现有害裂缝 以及裂缝 出现 后该如何 处理 ， 则成 为工程质 量控制 中要解决 的关键技术问题 。

1  大体积混凝土 的定义

我 国《 大体积混凝土施工规范》(GB50496 —2009)中规定 ： 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} 昆凝 土结 构的最 小厚度 和体 积 由规范作 了规定 ， 同时考虑某些结构 的厚度与体积虽不大 ， 但因温度变化和收缩 而导致有 害裂缝 产生 ， 而需 要温控 和采取抗裂措 施 的这类 混凝土结构也称为大体积 混凝 土。

对于大体积混凝 土的施 工应编制专项施工方案 ， 对温度 、 温度应力和收缩应力进行验算 分析 ， 确定 温控指标 和制定温控技术措施 ， 防止或控制有害裂缝的产生 ， 以保证工程施工质量。

2 大体积混凝土裂缝类型及特征

混凝土裂缝按成因分 为两类 ： 一是结 构型 裂缝 ， 是 由外 荷载 引起的 ； 二是材料型裂缝 ， 是由非 受力变形 引起 的。材料型裂缝包括温度裂缝和收缩裂缝 (包括干燥 收缩 ， 塑性 收缩 ， 自身收缩 ， 碳 化收 缩等 )， 该裂缝随环境湿度和温度而变化 ， 随时间而发展 ， 本文讨论 的仅是材料型裂缝 。

材料型裂缝 以其形成的深度不同 ， 又分为贯穿裂缝 、 深层裂缝 及表面裂缝三种 。表面裂缝 的走 向一般无 规律性 ， 深层 和贯穿 裂缝 的走 向一般与 主筋平行 或接 近平行 。表 面裂缝 常 出现在 混凝土 浇筑 后 1 ～2d， 深层和贯穿裂缝常 出现在混凝 土浇筑后 21d 左右 。贯 穿裂缝切 断了结构断 面， 可能破坏结构 的整体 性和稳定 性 ， 其危害 性是较严重 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 发生于混凝土结 构的表层 范 围， 一般危 害性 较小 ， 但在 温度应 力 和外力 作用下 ， 可能会 发展成为深层裂缝或贯穿裂缝 。

3 大体积混凝土裂缝成 因分析

大体积混凝 土裂缝产生 的主要原 因是混凝土温度或收缩变形 受到约束时 ， 混凝 土内部所产生 的拉应力 超过其 同一时间 的混凝土抗 拉极限强度。

3 1  温度 裂缝

大体积混凝土主要 的特 点就是体积 大 ， 而表 面系数相对 较小 。水泥在水化过程中要释放出一定 的热量 ， 而大 体积混凝 土结构 因其 体积大 ， 而表面系数相对较小 ， 不利于混凝土结 构 内部 热量 向外散 发 ， 造成了热量在混凝土结构 内部聚集 ， 并在混 凝土浇筑 后的 3 —5d 达到 了最高温度值。混凝土内外温差越大时 ， 温度应力也越大 ， 当温度应力超过其同一时间的混凝土抗拉极限强度时 ， 混凝土将 产生温 度裂缝 ， 随即影响结构安全和正常使用。

大体积混凝土在施工过程中， 其浇筑温度随着外界气温变化而变化 。尤其是气温骤降时 ， 会增大混凝 土结构 的内外温差 ， 温 差越大 ， 温度应力则越大 ， 出现温度裂缝的可能性也就越大。

3 ． 2 收 缩裂 缝

水 泥硬 化过程 消耗 的水分仅 占混凝 土全部水分 的 20％左 右 ， 而约80％ 的水分则蒸发掉。随着多余水分的蒸发会 引起混凝土体 积的收缩变形 ， 产生很大 的收缩应力 ， 如果收缩应力超过同一时间的混凝土抗拉极 限强度 ， 就会 出现收缩裂缝 。此外 ， 如果混凝土收缩后再 处于水饱和状态 ， 随即恢 复膨胀并 可能达到原 有的体 积。这种于 湿交替会 引起混凝土体积的交替变化 ， 对于混凝土也是十分不利的 。

混凝 土的收缩 主要包括干燥 收缩 、 自身收缩 、 塑性 收缩 、 碳化 收缩等。影响混凝土收缩 ， 主要是水泥 品种 、 混凝 土配合 比、 外加剂 和掺合料的品种 、 施工工艺 、 温控与养 护等。

4 大体 积混凝 土裂缝 的预 防措施

(1)选择混凝土配合 比时 ， 除进行常规配合 比试验外 ， 还 应进行水化热 、 泌水率 、 可泵性等试验 ， 必要 时配合 比设计应 当通过试 泵送 。应选用低 、 中热硅酸盐水泥或低 热矿 渣硅酸盐 水泥 ， 所 用水泥其 3d 的水化热不宜大于 240kJ／ kg， 7d 的水化热 不宜大 于 270kJ／ kg， 当有抗 渗指标要求时 ， 水泥的铝酸三钙含量 不宜 大于 8％ 。骨料质 量应符 合规 范要求且级配 良好 ， 粗骨料宜选 用连续级 配 、 粒径较 大(5 ～31． 5mm )， 含泥量不大于 1％ ， 细骨料宜选 用中砂 ， 其细度模数宜大于 2． 3 ， 含泥量 不大于 3％ ， 并不得使用海砂 ， 砂率宜 为 38％ ～ 42％。粉煤灰 掺量不宜 超过胶凝材料 用 量 的 40％ ， 矿 渣 粉 的掺 量 不 宜 超 过胶 凝 材 料 用 量 的50％ ， 两者总量不宜大于胶凝 材料 用量的 50％。适 当选用 高效减水 剂和引气剂 ， 外加剂使用前应经试验确定 ， 不能盲 目使 用。拌 和水用 量不宜大于 175ke , ／ m ， 水胶 比不宜 大 于 0． 55 ， 拌 合物 泌水 量 宜小 于 10L／m3。

(2 )适 当增加温控和 收缩构造 配筋 或使用抗 裂纤 维 ， 提 高抗裂 性能 。在易裂 的边缘部位设置暗梁 ， 提高该 部位 的配筋率或使 用抗 裂纤维， 提高混凝土的极限抗拉强度。充分考虑施工期间的天气状况， 合理设 置后浇带 。减少混凝土的外部约束 ， 在易产生 应力集 中的薄弱 环节采取加强措施 。

(3)施工前宜对浇筑体的温 度、 温度应力及 收缩应力进行验 算 ， 确定 升温峰值 、 里表温差及降温速率 等控 制指标 。温控指标 宜符合 下列规定： 混凝土浇筑体在入模温度基础上的温升值不宜大于 50％； 混凝土浇筑块体 的里表温差 (不含混凝土收缩的当量温度 )不 宦大于 25℃ ；混凝土浇筑体 的降温速 率不宜大 于 2℃／ d； 混 凝土 浇筑体 表面 与大气温差不宜大于 2O℃ 。

(4)施工前应根据天气预 报信息 掌握施 工期 间的天 气情况 ， 做好各项准备工作 。尽量避 开恶 劣天气进行混凝土浇筑 ， 当无法避开时 ， 应有应急保障措施。夏季施工要做 好降温工 作 ， 宜采 用遮盖 、 洒 水 、 拌 冰屑等降低混凝土原材料温度的措施， 混凝土入模温度宜控制在 3O℃以下 ， 并应尽量避开高温时段 浇筑混凝土 。冬季施工要做好保温工作 ， 选择导热系数低的模板 ， 宜采用热水拌和 、 加热骨料等提高混凝土原材料温度的措施 ， 混凝土入模温度 不宜低 于 5℃。混凝 土搅拌 运输 车应具有防风、 防晒、 防雨及防寒设施 ， 运输过程中坍落度损失或离析严重 ， 经补充外加剂或快速搅拌已无法恢 复混凝 土拌和物 的工艺性 能时 ， 不 得浇筑 。混凝土结构 内部应根据温控要求设 置冷却 管道 及测温点 ， 降温速 度不宜超过 0． 5℃ ～1． 0℃／ h。宜采用 整体分层 连续浇 筑施工 或推移式连续浇筑施工 ， 以利于水化热 散发和减 少约束作 用。加强混 凝土的浇灌振捣 ， 提高密实度 ， 尽量采用两 次振捣技 术 ， 浇筑 面应及 时进行

二次抹 压处理。尽可能晚拆模 ， 拆模后混凝 土表面温度不应下降 15℃以上。

(5)在混凝土浇筑完毕后 ， 除应按普通混凝 土进行常规 养护外 ， 还应及时按温控技 术要求进行保温保 湿养护 ， 并做好记 录。连续保 湿养护时间不得少于 14d， 并应经常检查保湿覆盖层 的完整性 ， 保持 混凝土表面湿润。养护时的温控方法一般有两种： 一种是降温法， 即在混凝土浇筑成型后， 通过循环冷却水(气)降温， 从混凝土内部降低温度进行温度控制 ； 另一种是保 温法 ， 即混凝土浇筑成型后 ， 通过保温材 料 、 碘钨灯或浇 (蓄)热水等办法 ， 提高混凝土外 部温度进行温度控制 。

为 了掌握大体积混凝 土的温度变 化规律 ， 以及各种 材料在各种 条件下的温度影响 ， 需要 对混凝 土进行温度监测。在测温 过程 中 ， 当发现温差超过 25℃时， 应及时采 取内部降 温或外 部保温 的应急 措施 ， 以防止混凝土产生过大的温 差应力而产生裂缝 。

5 大体积混凝土裂缝 的处理方法

根据 裂缝的类 型和具体情况而区别对待 ， 及 时有效地进行处 理 ， 以确保结构的安全和使用。混凝土裂缝的处理方法主要有几种： 表面修补法 、 压浆法 、 嵌缝法 、 加固法 、 置换法 、 电化学防护法及仿 生 自愈合法 。本文仅介绍前面五种处理方法 ， 关 于最后两种处 理方法 的介 绍可查 阅相关资料 ， 本文不予赘述 。

5． 1 表 面修补 法

表面修补法是一种简单常用的修补方法， 其主要适用于稳定的表面裂缝 以及对结构承载力没有影响的深进裂缝 的处理 。通常 的处理方法是在裂缝的表面涂抹水泥浆 、 环氧胶泥 、 油漆 、 沥青等材料 ， 如果需要防止以上裂缝受各种作用而继续开裂 ， 则 可 以采 用在裂缝表 面涂刷环氧树脂及粘贴玻璃纤维布等方法 。

5 ． 2 压 浆 法

压浆 法主要适用于对结构整体性有影响或有防渗要求 的混凝土 裂缝 的处理 。通常做法是利用压力设备将胶结 材料 (水泥浆 、 环氧树脂 、聚氨酯等)压 入裂缝里 ， 胶结材料固化后与 混凝土形成一 体 ， 以起到 封堵加固的作用。

5． 3 嵌缝法

嵌缝法是一种最常用 的裂缝封堵 方法 ， 其适 用于静止 和活动 的裂缝处理。通常做 法： 对 混凝 土表 面清理后 ， 沿裂缝 走 向骑 缝凿 出 V 形槽或 u 形槽。对于静止裂缝 ， 可采用 V 形槽或 u 形槽 ， 当为 V 形槽 时 ，槽宽不宜小于 10mr n， 槽深不应小于 15r a m ； 对 于活动裂缝 ， 可采用 u 形槽 ， 槽宽应根 据预测 的裂缝张开量 t确 定 ， 通常取 10r am + 5t， 槽深不应小于 20r a m 。为了避 免过度 损害原 构件 ， 开槽 的深度 不应过大 。常用嵌缝 材料有 聚合物砂浆 、 聚氯 乙烯胶泥 、 塑料油膏 、 丁基橡胶等。

5 ． 4 加 固 法

加固法 主要适用于影响到混凝土结构性能的裂缝处理。常用的处理方法 ： 加大混凝土结构 的截 面积 ， 在 构件 的角部外包 型钢 、 预应力 法加固 、 粘贴钢板加 固、 增设支点加 固以及喷射混凝土补强加固等。

5 ． 5 置换 法

置换法 主要适用于对混凝土结构造成严重损坏的裂缝处理 。通 常做法 ： 先将损坏 的混凝土凿除 ， 然后再置人新 的混凝土或其他材料 。置入的材料常 为普通混凝土或水泥砂浆 、 聚合物 、 聚合物混 凝土或砂浆 。

6 结束语

大体积混凝土裂缝的防治是一个综合性的问题 ， 其涉及设计 、 材料选用 、 施工工艺 、 温控 、 养护及各种 补救方法 等。为此 ， 要树 立系统 的 、整体的观念， 在大体积混凝土裂缝控制的各个方面严格把关， 并在技术和管理上持续改进及不断创新， 以使大体积混凝土裂缝的防治更为科学、 合理 、 有效， 最终保证了工程质量， 同时获得可观的经济效益。

参考文献

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