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本 科 生 毕 业 论 文（设 计）
题 目：浅析大体积混凝土裂缝
学习中心： 哈尔滨奥鹏学习中心 层 次： 专科起点本科 专 业： 土木工程 年 级： 11年 秋 季 学 号： 111153403365 学 生： 王黎明 指导教师： 阳志文 完成日期： 14年 7月 1 日
浅析大体积混凝土裂缝
内容摘要
大体积混凝土开裂后，其性能与原状混凝土性能差异很大，尤其是对耐久性(渗透性)的影响更大；混凝土渗透反过来又会加速和促使混凝土的进一步恶化，严重影响其结构的长期安全和耐久运行。裂缝的产生大多在早期，因此，探讨裂缝产生的原因以防止裂缝的出现极具意义。本文首先讨论了大体积混凝土裂缝产生的主要原因，其次探讨了大体积混凝土裂缝的预防措施，然后分析了大体积混凝土裂缝的处理方法，最后结合工程实例，说明如何使混凝土的性状达到预期效果。
关键词：大体积混凝土；裂缝；应用
I
浅析大体积混凝土裂缝
目 录
内容摘要 ...........................................................................................................................I 引
言 ..............................................................................................................................1 1 大体积混凝土裂缝产生的主要原因分析 ................................................................2
1.1 水泥水化热 .....................................................................................................2 1.2 收缩裂缝 .........................................................................................................2 1.3 外界气温变化引起的裂缝 .............................................................................2 2 大体积混凝土裂缝的预防措施 ................................................................................4
2.1 注意原材料的选择 .........................................................................................4 2.2 采用合理的施工方法 .................................................................................4
2.3 科学、合理的养护措施 .................................................................................5 3 大体积混凝土裂缝的处理方法 ................................................................................6
3.1 表面修补法 .....................................................................................................6 3.2 填充法 .............................................................................................................6 3.3 结构补强法 .....................................................................................................6 3.4 灌浆法 .............................................................................................................7 4 案例分析 ....................................................................................................................8
4.1 案例一 .............................................................................................................8
4.1.1 工程概况 ..............................................................................................8 4.1.2 预防措施 ..............................................................................................8 4.1.3 取得效果 ............................................................................................12
5 结论 ..........................................................................................................................13 参考文献 ........................................................................................................................14
II
浅析大体积混凝土裂缝
引 言
随着经济建设规模的扩大，建筑业向着高、大、深、重和复杂结构的方向发展。工业建筑中的大型设备基础，大型构筑物的基础；高层、超高层和特殊功能建筑的箱形基础或筏式基础；有较高承载力的桩基厚大承台等都是体积较大的钢筋混凝土结构，大体积混凝土已大量地应用于工业与民用建筑中，国内一些学者对这个问题进行过大量的研究认为：混凝土材料结构是非均质的，有大量不规则的应力集中点，这些点由于应力首先达到抗拉极限强度，引起局部塑性变形，如果没有钢筋，继续受力，便在应力集中处出现裂缝，如适当配筋，钢筋将起到约束混凝土的塑性变形，分担部分混凝土的内应力，推迟裂缝的出现，提高混凝土极限拉伸的效果。也有部分学者认为混凝土配置钢筋不但起不到抵抗收缩应力的效果，反而会增加内部自约束应力，因为混凝土发生收缩，钢筋不收缩，相互之间会产生位移，由于钢筋和混凝土之间的黏结力存在，会引起自约束应力。本文主要研究大体积混凝土裂缝原因，预防措施及处理方法，并对实际案例进行研究，从而探讨大体积混凝土裂缝控制方法在实际中的应用。
浅析大体积混凝土裂缝
1 大体积混凝土裂缝产生的主要原因分析
大体积混凝土结构通常具有以下特点：混凝土是脆性材料，抗拉强度只有抗压强度的1／10左右。大体积混凝土的断面尺寸较大，由于水泥的水化热会使混凝土内部温度急剧上升；以及在以后的降温过程中，在一定的约束条件下会产生相当大的拉应力。大体积混凝土结构中通常只在表面配置少量钢筋，或者不配钢筋。因此，拉应力要由混凝土本身来承担
1.1 水泥水化热
水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的7 d左右，一般每克水泥可以放出500 J左右的热量，如果以水泥用量350—550kg/m3来计算，每m3混凝土将放出17 500～27 500 kJ的热量，从而使混凝土内部升高。(可达70℃左右，甚至更高)。尤其对于大体积混凝土来讲，这种现象更加严重。因为混凝土内部和表面的散热条件不同，因此混凝土中心温度很高，这样就会形成温度梯度，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会产生裂缝。
1.2 收缩裂缝
混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形，受到外部约束时(支承条件、钢筋等)．将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化，后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。
1.3 外界气温变化引起的裂缝
大体积混凝土结构在施工期间，外界气温的变化对防止大体积混凝土裂缝的产生起着很大的影响。混凝土内部的温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温升和结构的散热温度等各种温度叠加之和组成。浇筑温度与外界气温有着直接关系，外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也就会愈高；如果外界温度降低则又会增加大体积混凝土的内外温度梯度。如果外界温度的下降过快，会造成很大的温度应力，极其容易引发混凝土的开裂。另外外界的湿度对混凝土的裂缝也有很大的影响，
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外界的湿度降低会加速混凝土的干缩，也会导致混凝土裂缝的产生。
浅析大体积混凝土裂缝
2 大体积混凝土裂缝的预防措施
2.1 注意原材料的选择
理论研究表明大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。于是，我们对于桥梁中的大体积混凝土应该选择低热或者中热的水泥品种。而水泥释放温度的大小及速度取决于水泥内矿物成分的不同。水泥矿物中发热速率最快和发热量最大的是铝酸三钙，其他成分依次为硅酸三钙、硅酸二钙和铁铝酸四钙。另外，水泥越细发热速率越快，但是不影响最终发热量。因此我们在大体积混凝土施工中应尽量使用矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥。我们应该充分利用混凝土的后期强度，以减少水泥的用量。因为大体积混凝土施工期限长，不可能28 d向混凝土施加设计荷载，因此将试验混凝土标准强度的龄期向后推迟至56 d或者90 d是合理的。这是基于这一点，国内外很多专家均提出类似的建议。这样充分利用后期强度则可以每m3混凝土减少水泥40—70 kg左右，混凝土内部的温度相应降低4—7℃。
2.2 采用合理的施工方法
混凝土施工包括混凝土的生产、运输、浇筑和温度及表面保护，是保护大体积混凝土温度裂缝的关键环节。而热应力的控制手段主要是控制混凝土的内外温差△T △T=Tp+Tr-Tf
式中：Tp为起始浇筑温度；Tr为水泥水化温升；Tf为天然或人工冷却后浇筑块的稳定温度。在温度较高的情况下进行施工，我们一定要注意降低混凝土浇筑时的温度。可以在施工现场对堆在露天的砂石用布覆盖，以减少阳光对其的辐射，同时对浇筑前的砂石用冷水降温。在搅拌过程中向混凝土中添加冰水。以上这些措施都可以有效的降低混凝土的人模温度。在混凝土的内部通人冷却循环水，采用循环法保温养护，以便加快混凝土内部的热量散发。混凝土表面应该覆盖一些织物进行保温、保湿养护。这样不但可以降低混凝土内外温差，防止表面产生裂缝，还可以防止混凝土骤然降温产生贯穿裂缝，并且还可以使水泥顺利水化，防止产生湿度裂缝。为了及时掌握混凝土内部温升与表面温度变化值，可以在混凝土内埋设一定量的测温点，从而可以更好的了解混凝土的温度变化情况，一旦内
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外温差超过允许值25℃，好及时采取措施。如果是在冬季进行施工，因为要防止早期混凝土被冻问题。所以要求混凝土浇筑时应该具有较高的浇筑温度。但另一方面，正是由于天气寒冷，混凝土稳定温度一定较低，往往超过允许温差，不能防止混凝土裂缝要求。所以，混凝土浇筑温度在冬季施工时一般以5—10℃为宜，在浇筑混凝土以前还应该对基础及新混凝土接触的冷壁用蒸汽预热，对原材料应视气温高低进行加热。加热石料时应避免过热和过分干燥，最高温度不应超过75℃。另外还要注意运输中的保温、浇筑过程中减少热量的损失以及保温养护。
2.3 科学、合理的养护措施
混凝土裂缝产生的原因是多方面的，对混凝土配合比进行合理设计后，必须有合理的施工措施配合。合理的施工措施，可以提高混凝土工程质量，降低裂缝数量。在工程中为控制混凝土裂缝所采取的施工控制措施主要有：浇筑控制、振捣控制以及对混凝土温度的控制。
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3 大体积混凝土裂缝的处理方法
如果没有有效的预防措施，或者大体积混凝土的使用条件恶劣，会使大体积混凝土工程产生裂缝，对于这些已经产生的裂缝，需要有一些处理方法，来保证大体积混凝土的正常工作。本章就大体积混凝土裂缝的处理方法进行分析总结。
3.1 表面修补法
表面修补法是一种简单、常见的修补方法，包括表面涂抹法和表面贴面法。它主要适用于修补稳定裂缝，同时裂缝宽度较细、较浅（宽度小于0.3mm）。当表面裂缝不多时，可在裂缝处用水冲洗，然后涂刷水泥净浆或将混凝土表面清洗干净并干燥后涂刷环氧树脂、沥青、油漆等；当表面有较多裂缝时，可沿裂缝附近用钢丝刷刷干净再用压力水清洗并湿润后，用水泥砂浆抹平或在表面刷洗干净并干燥后涂抹2～3mm厚的环氧树脂水泥。对于有防水抗渗要求的迎水面，可在混凝土表面刷洗干净并干燥后，粘贴2～3层环氧树脂玻璃或橡胶沥青绵纸等以封闭裂缝。
3.2 填充法
填充法主要适用于修补水平面上较宽的裂缝（大于0.3mm），根据裂缝的情况，可以直接向缝内填入不同粘度的树脂。宽度小于0.3mm的裂缝则应先将开裂部位剔凿成V形或U形槽口，然后清除浮灰，冲洗干净后先涂上一层界面剂或低粘度的树脂，以增加填充材料与混凝土的粘结力。
3.3 结构补强法
结构补强法是在结构构件外部或结构裂缝四周浇铸钢筋混凝土围套或包钢筋、型钢龙骨，将结构构件箍紧，以增加结构构件受力面积，提高结构的刚度和承载力的一种结构补强加固方法。这种方法适用于对结构整体性、承载能力有较大影响的深进及贯穿性裂缝的加固处理。常用的方法有以下几种：加大混凝土结构的截面面积、在构件的角部外包型钢、采用预应力法加固、粘贴钢板加固、增设支点加固以及喷射混凝土补强加固。
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3.4 灌浆法
混凝土裂缝灌浆有水泥灌浆和化学灌浆两种，一般混凝土裂缝灌浆处理多采用化学灌浆。大体积混凝土施工裂缝的接缝灌浆、较宽混凝土裂缝的灌浆一般都采用水泥灌浆。上世纪60年代初，国内开始研究和处理工艺技术灌浆，应用环氧树脂、甲基丙烯酸酯进行混凝土裂缝灌浆处理，
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4 案例分析
4.1 案例一
4.1.1 工程概况
哈尔滨市哈电大厦位于哈尔滨市香坊区三大动力路。本工程结构体系为混凝土框筒结构，地下2层，主楼18层，裙房6层，总高度为66.8m，总建筑面积为38000m2，基础采用850钢筋混凝土钻孔灌注桩，桩基总根数为494根，基础长度为127.28m，宽度为65m，埋深l0.5m，整个基础长向分3块，设2条“后浇带”，中间一块最长为74.3m，整个建筑物主楼与裙房的荷载通过基础底板传到桩基，基础底板厚2.3m，混凝土C35，S8，60d龄期，总方量为17600m3，其中A块2400m3，B块10600m3，C块4600m3，一次连续浇捣。底板钢筋配置情况：上部筋为直径32 ø 180双向两皮，下部筋为直径32 ø 140双向两皮，底板面筋的支承采用角铁支架，上铺10号槽钢，底板侧模采用以砖代模。本工程基础底板处于高水位软土地基中，并一次性浇捣。施工正值多雨炎热季节(7月中旬)，因此必须采取有效的技术和管理措施来组织施工，以防混凝土有害裂缝的发生。
4.1.2 预防措施
大体积混凝土产生裂缝的原因是复杂的，而且往往是各种因素的综合，为防止混凝土产生裂缝，应着重控制温升，延缓降温速度，减少混凝土收缩，提高混凝土极限拉伸等方面采取一系列技术措施。 1． 从设计方面采取技术措旌 (1) 利用混凝土后期强度：
大量试验证明，水泥用量每增减lOkg，水化热使温度相应升降1oC．本工程采用60d龄期的混凝土强度来代替28d龄期强度，控制温升速度，推移温升峰值出现时间。坍落度控制在120士20mm，初凝时间6h以上，砂率为42%。 (2) 设置“后浇带”：
本工程基础长度达127．28m，而建筑上又不宜设伸缩缝，所以通过设置“后浇带”来控制由于混凝土温差和收缩引起的裂缝发展，并达到不设永久性伸缩缝的目的，后浇带的宽度为lOOcm，并贯通地下、地上整个结构，但该部位钢筋连续
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不断。
(3) 设置缓冲层
在底板的地梁、坑内水沟等键槽部位，可用厚度为30～50mm的聚苯乙烯泡沫或沥青木丝板作垂直隔离，以缓和地基对基础收缩时的侧向压力。(见下图)
图1 设置缓冲层
(4) 避免应力集中
在大体积混凝土结构的孔洞或截面突变处，由于温度和收缩作用，会产生应力集中而导致开裂。应采取增配钢筋或设置过渡段的措施。 (见下图)
图2 避免应力集中
(5) 增设暗梁
在现浇钢筋混凝土地下室、水池等结构施工时，为了防止底板与边墙、边墙之间因约束应力产生的裂缝及边墙上部因边缘效应引起的裂缝，可在施工缝上下等薄
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弱部位增配4 ø 16～4 ø 22的钢筋予以加强。(见下图)
图3 增设暗梁
2． 裂缝控制的理论计算
(1) 绝热温升的计算。根据计算公式： Tmax=WQ。/CR 式中：W一每m混凝土的水泥用量，本工程采用375kg／m； Q。——单位水泥28d的累积水化热，本工程用425号矿渣水泥； c一混凝土比热993．7J／kg·K； R--混凝土容重为2400kg／m3
所以Tmax=WQ。／CR=375×334770／993．7×2400=52．6oC，在浇捣施工时，基础处于一维散热，影响系数取0．85。
则Tmax=O．85×52．6=44．7oC 估计浇捣时入模温度为30～35oC，取32．5oC。则：预测基础中心温度为32.5+44.7=77.2oC (2) 各龄期混凝土的温度升降值及降温差△T(t)。根据2．5m厚基础实测温度曲线，推算出本工程2．3m厚底板温度升降曲线(图4)．
33浅析大体积混凝土裂缝
图5 预计基础中心降温曲线
3． 从原材料方面采取技术措施
(1)水泥。为降低大体积混凝土的水化热，本工程采用低水化热的上海水泥厂散装425号矿渣硅酸盐水泥，水泥用量为375kg／m3。
(2)外加剂。本工程商品混凝土中掺入EA-2缓凝型减水剂，降低水化热峰值，掺量为水泥用量的0．6％。
(3)掺加料。混凝土中掺入一定数量的粉煤灰，不仅能代替部分水泥，还能改善混凝土的可泵性，降低混凝土中的水泥水化热量，使混凝土温升峰值得到控制。 本工程采用Ⅱ级磨细粉煤灰，掺量为60kg／m3。
(4)粗、细骨料。大体积混凝土尽可能选用5～40mm的石子，因为增大骨料粒径可减少用水量，混凝土的收缩和泌水可随之减少。本工程采用粒径为5～40mm优质粗骨科，要求筛分比标准，石子含泥量小于1％。黄砂采用中粗砂，细度模数2．3以上，黄砂含泥量小于2％。 4． 从施工工方面采取技术措施
本工程混凝土浇捣时间为7月中旬，最高气温达到36oC。为了确保混凝土能连续浇捣，减少混凝土在白天气温下的冷量损失和降低混凝土的入模温度，在施工方面采取了如下技术措施：
(1) 配备足够的混凝土搅拌车及泵车，确保工程能一次连续浇捣完毕，本工程运输共有真如、长桥搅拌站和华夏预拌混凝土公司参加，华夏预拌站为备拌站，搅拌运输车辆共配置63辆，其中真如18辆、长桥25辆、华夏20辆。汽车泵配置5
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台(1台备用)。
(2) 混凝土搅拌站预先将砂、石料入库，防止日光曝晒，同时在砂、石堆场上洒水，以降低温度。
(3) 在储车场配置水源，在混凝土输送车的转筒上经常浇水散热，在混凝土输送管道上全部用湿草包包裹，并经常浇水湿润散热。
(4) 现场设临时指挥小组，加强车辆调度、平衡，尽量减少商品混凝土的运输时间和储车场的等待时间。
(5) 加快浇灌速度，不使混凝土产生冷缝。采用5台汽车泵，斜土路布置4台，旭升街布置1台，整个基础先浇捣A块，再浇捣B块、c块，每块混凝土浇捣均由北往南进行，5台泵车齐头并进，按斜面分层，薄层浇灌，循序推进，一次到顶的浇筑方法，减少混凝土的暴露面积，从而减少在白天外界气温下的冷量损失。 (6) 每台泵车硬管出料口布置振动机4台，2台振动机在卸料点，另2台布置在坡角处，最下一皮振动时，操作人员需置于2．3m底板内，确保下皮振捣密实。在振捣时震动棒需直上直下，快插慢拔，插点形式为行列式，插点距离600ram左右， 上下层震动搭接50～lOOmm，每点震捣时间20～30s。
(7) 做好混凝土振捣过程中的泌水处理：由于大流动性的混凝土为一个大坡面，泌水沿坡面流到坑底，通过侧模底部开孔将泌水排出基坑，当混凝土浇至离南面地墙边lOm时，中间两台泵车改变浇灌方向，由底板边向中部浇捣，形成集水坑，及时用水泵将泌水排除，这样可以提高混凝土质量，减少表面裂缝.5.加强混凝土的养护
根据本工程的具体情况，采用了薄膜加草袋的养护方法。在控制内外温差的前提下，应尽可能推迟保温层开始覆盖的时间。事实证明及早回填是最好的养护方法。
4.1.3 取得效果
通过以上对大体积混凝土裂缝产生的原因进行分析，并采取相应的技术措施，通过哈尔滨市哈电大厦基础底板大体积混凝土施工的实例表明，只要选择适合原材料并加以合理设计，合理施工并加强养护工作定能提高混凝土的抗裂度，这样能够控制和防止大体积混凝土的温度裂缝。
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5 结论
大体积混凝土的施工技术，涉及到经济、技术、设计、管理、施工等诸多方 面。要想保证大体积混凝土的施工质量，需要建设单位、设计单位、施工单位、材料供应商等单位的综合管理、科学组织、合理安排、严格执行。本文通过哈尔滨市哈电大厦大体积混凝土施工技术的研究，总结出要选择适合原材料，合理设计、施工，并加强养护可以防止大面积混凝土裂缝的产生。
浅析大体积混凝土裂缝
参考文献
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[4] 张锡恒.对大体积混凝土施工技术若干问题的探讨.工程质量，2012年7月5日，第1版.[5] 陈志刚.工程结构裂缝控制.哈尔滨工业大学出版社,2013,第1版
