大体积混凝土裂缝控制技术(论文)

大体积混凝土裂缝控制技术铁路建设中经常涉及到大体积混凝土施工，如桥梁的基础、承台、墩身等。

大体积混凝土结构厚实、混凝土方量大、水泥水化热大，易使结构物产生温度变形，产生裂缝，影响结构安全和正常使用。

本文从混凝土原材料的选用及温度控制进行简单的概述，以供读者参考。

1、大体积混凝土的定义目前国内没有明确的定义，根据《铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准》（TB 1024-2003）规定，混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或易由温度应力引起裂缝的混凝土，应按大体积混凝土技术要求施工，必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值，合理解决温度应力并控制裂缝。

2、大体积混凝土的裂缝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，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分也切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。

2.1大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.1干缩裂缝干缩裂缝是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果。

混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。

相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。

混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。

2.1.2塑性收缩裂缝塑性收缩是混凝土在浇筑结束后尚在塑性状态发生的收缩，收缩裂缝形成过程与混凝土的泌水有关。

混凝土在凝结过程中水分向外蒸发时会引起局部应力，因此当蒸发速率大于泌水速率时会发生局部塑性收缩开裂。

塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细，且长短不一，互不连贯状态。

常发生在混凝土表面积较大的面上，较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽约1～5mm。

从外观分为无规则网络状和稍有规则的斜纹状或反映出混凝土布筋情况和混凝土构件截面变化等规则的形状，深度一般3～10cm，通常延伸不到混凝土板的边缘。

2.1.3温度裂缝温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中。

混凝土浇注后，在硬化过程中，水泥水化产生大量的水化热，由于混凝土的体积较大，大量的水化热聚积在混凝土内部而不易散发，导致内部温度急剧上升，而混凝土表面散热较快，这样就形成内外的较大温差。

较大的温差造成混凝土内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。

当拉应力超过混凝土的抗拉强度极限时，混凝土表面就会产生裂缝，这种裂缝多发生在混凝土施工后最初3～5天。

3、大体积混凝土裂缝的控制技术3.1施工前准备3.1.1原材料的选择为降低混凝土的水化热，提高混凝土性能，控制混凝土温差裂缝及干缩裂缝，需严格控制混凝土原材料的选用。

水泥水泥水化热是大体积混凝凝土的主要温度因素，因此在选择水泥时，应优先考虑选择水化热低、凝结时间长、收缩小、具有微膨胀的水泥，因为这种水泥在水化膨胀期（1～5d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。

一般采用品质稳定强度等级符合要求的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥。

水泥的技术要求除应满足国家标准的有关规定外，还应满足下表规定。

粉煤灰在混凝土中掺入一定量的粉煤灰取代水泥，可以减少混凝土中的水泥用量，降低混凝土水化热的温升，并延迟混凝土水化热，因此适量的粉煤灰对防止大体积混凝土开裂起到很好的作用。

一般宜选用烧失量较低的粉煤灰，粉煤灰的技术要求应满足下表规定。

细骨料细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、孔隙率小的洁净天然河砂，不宜选用人工砂、山砂及海砂。

砂的平均粒径宜大于0.5毫米，含泥量不大于5%。

选用平均粒径较大的中、粗砂拌制的混凝土比采用细砂拌制的混凝土可减少用水量10%左右，同时相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，从而减少混凝土收缩。

砂中含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，应进行专门检验，确认满足混凝土的耐久性要求时方可采用，砂中有害物质含量限值应符合下表规定。

砂中有害物质含量限值粗骨料粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线膨胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。

粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋混凝土保护层厚度的2/3，且不得超过钢筋最小间距的3/4，一般在粒径5～25毫米之间，含泥量不大于1%。

选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升。

粗骨料的强度压碎指标及有害物含量应符合下表规定。

外加剂在混凝土中掺高效外加剂，可以改变水泥浆体的流变性能，改变水泥及混凝土结构，对混凝土收缩有补偿功能，起到改善混凝土性能的作用。

宜选用减水率高、坍落度损失小、适量引气、掺量低、与低碱水泥适应性好的外加剂，适量的外加剂能够大大改善混凝土拌和物的经时损失，延缓混凝土温升峰值的出现的时间，减小混凝土的收缩，提高混凝土的抗裂性。

外加剂的性能指标应符合下表规定。

外加剂的性能指标水尽可能减少水的用量。

水对混凝土具有双重作用，水化反应离不开水的存在，但多余水贮存于混凝土体内，不仅会对混凝土的凝胶体结构和骨料与凝胶体间的界面过度区相的结构发展带来影响，而且一旦这些水分损失后，凝胶体体积会收缩，如果收缩产生的内应力超过界面过度区相的抗力，就有可能在此界面区产生微裂缝，降低混凝土内部抵抗拉应力的能力。

混凝土拌合用水采用洁净的自来水或符合要求的井水，不得采用海水拌合或养护混凝土。

3.1.2混凝土配合比设计的优化选用良好级配的骨料，严格控制砂石质量，降低水灰比，并在混凝土中掺加粉煤灰和外加剂等，以降低水泥用量，减少水化热，以降低混凝土温升，从而可以降低混凝土所受的拉应力。

3.1.3合理布设冷却水管大体积混凝土温度控制一般采用预埋冷却水管的方式，水管采用薄壁铁管，管径为φ32～φ48mm，水管接头采用丝扣套筒连接。

在混凝土施工前，水管系统均经过通水试压，仔细检查每个接头，确保管路不漏水。

在混凝土浇筑和钢筋绑扎过程中不得损坏管路，确保供水的连续性。

冷却水管管路采用回旋形布置，水平管间距约1米，距离四周边缘0.75米左右，根据构件的高度来确定布置冷却水管的层数，层间距一般为1.5～2米，层数可适当加密，距离上下混凝土边缘约1.2米。

冷却管与其下方的钢筋网片和竖向的支撑钢筋绑扎或点焊牢固，冷却管如与墩身钢筋发生干扰可适当调整冷却管位置，如与承台钢筋发生干扰可适当调整钢筋位置。

冷却管进出水口伸出混凝土面50cm，冷却管在混凝土浇筑完成后开始通水进行冷却，冷却完毕后冷却水弃入距混凝土一定距离的环保水池内。

根据测温孔测得温差及时调整水流速度，通水持续时间和流速由混凝土内外温差决定，当内外温差小于20℃时，停止通水。

冷却管在使用后用大于等于混凝土要求的强度且不小于C35水泥浆充灌密实，并做好防水措施。

混凝土浇筑前必须准备好循环水源，进水口较高，出水口较低。

3.1.4测温孔的布设大体积混凝土硬化所释放的水化热会产生较高的温度，因混凝土在较大截面范围内硬化速度和散热条件的差异，内部会产生一定的温差，可能导致混凝土产生温度裂缝。

为了掌握大体积混凝土的温升和降温的变化规律，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控制。

测温点的布置必须具有代表性和可比性。

采用预留测温孔洞方法测温时，一个测温孔只能反映一个点的数据，不应采取通过沿孔洞高度变动温度计的方法来测竖孔中不同高度位置的温度。

测温孔沿浇筑的高度布置底部、中部和表面三个部位为一组，上、下管底距混凝土面15cm左右，底、中、表部位测温孔垂直间距为50cm～80cm,每组测温孔平面测点间距一般为2.5～5m。

测温管的埋设长度宜比需测点深50～100㎜，测温管内应灌水，灌水深度为100～150㎜。

测温孔布设完后，要用保温材料塞住，防止外界气温影响，保证测温的准确性，所有测温孔应编号，以方便温度记录和分析。

测温孔在使用后用大于或等于混凝土要求的强度且不小于C35水泥浆充灌密实，并做好防水措施。

3.2混凝土浇筑过程的控制浇注前，对模板、钢筋和预埋件进行检查，模板内的杂物、积水和钢筋上的污垢必须清理干净。

混凝土浇筑时，为防止混凝土离析其自由倾落高度不得超过2.0m，混凝土从汽车泵中直接输送浇筑时，混凝土出口到已浇筑混凝土面的距离宜为50cm左右。

混凝土浇筑方法采用整体分层连续浇筑，不留施工缝，分层厚度为30~50cm。

为了使混凝土不出现冷缝，前后浇筑混凝土间隔时间控制在2小时以内。

混凝土振捣人员要由有丰富的混凝土施工经验的专业人员操作，保证混凝土的施工质量，做到内实外光。

振捣时采用插入式振捣器，垂直振捣，振捣器插入下层混凝土5～10cm，移动间距不超过振动器作用半径的1.5倍，与侧模保持5～10cm距离；每一层振动完毕后边振动边徐徐提出振动棒，避免振动棒碰撞模板、钢筋及其它预埋件。

对每一振动部位，必须振动到该部位混凝土密实为止，密实的标志是混凝土停止下沉、不再冒出气泡、表面呈现平坦、泛浆。

浇筑混凝土面出现泌水时，应及时排出，同时浇筑面四周比中间高，泌水往混凝土中间集中。

浇筑时必须有专人监护模板、钢筋、预埋件是否变化，如发现变形、位移时，立即停止浇筑，并在已浇筑的混凝土初凝前修好。

3.3施工后混凝土的养护3.3.1混凝土的养护混凝土浇筑完毕后进入养护阶段。

防止大体积混凝土开裂的一个重要原则是尽可能使新浇筑混凝土少失水分及控制混凝土内外温差，使之不大于20℃。

混凝土边缘部分散热快、温度峰值低，而中心部位散热慢、温度峰值高，同时在混凝土表面干燥或水分蒸发过快时，都会引起混凝土表面开裂，且裂缝会向内发展。

因而，在采取混凝土内部降温措施的同时，应该在混凝土表面采取适当的保温、保湿措施。

在混凝土终凝后，须对混凝土表面进行洒水养护。

塑料薄膜、草袋可作为保温材料覆盖混凝土。

大体积混凝土采用内降外保的方法，在混凝土中埋设循环冷却水管，降低混凝土内部温度；外部搭设暖棚、洒水覆盖薄膜或其他各种措施升高混凝土四周的环境温度，降低混凝土的降温速度又能改善混凝土内部和表面的温差。

3.3.2混凝土的温度控制混凝土浇筑结束后，对混凝土的温度进行检测，每2～4小时检查一次并进行详细记录。

测温过程中如发现内外温差大于25°C时，可以调节管内循环水的流动速率或换入温度较低的循环水来加强降温效果。

如发现测温孔之间的温度差超过25°，则必须提高进水温度并加快循环水速度来调节测温孔之间温差。