大体积混凝土裂缝控制技术(论文)

1 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

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， 3

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， 4

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。 水泥的技术要求 序号 项目 技术要求 备注

1 表面积 ≤350㎡/kg(硅酸盐水泥、抗硫酸抗硫酸硅酸盐水泥) 按《水泥比表面积测定方法（勃氏法）》（GB/T 8074）检验

2 80um方孔筛筛余 ≤10.0﹪（普通硅酸盐水泥）

按《水泥细度检验方法

（80um筛筛析法）》（GB/T 1345）检验

3 游离氧化钙含量 ≤1.0﹪ 按《水泥化学分析方

法》（GB/T 176）检验 4 碱含量 ≤0.8﹪

5 熟料中的C3A含量 非氯盐环境下≤8﹪，氯盐环境下≤10﹪，

按《水泥化学分析方

法》（GB/T 176）检验后计算求得 6 CI-含量

不宜大于0.10﹪，（钢筋混凝土） 按《水泥原料中氯的化

学分析方法》（JC/T 5

≤0.06﹪（预应力混凝土） 420）检验

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。 粉煤灰的技术要求

序号 名称 技术要求 备注 C50以下混凝土 C50及以上混

凝土

1 细度（%） ≤20 ≤12

按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596）检验

2 CI-含量

（%） 不宜大于0.02 按《水泥原料中氯的化学分析方法》

（JC/T 420）检验

3 需水量比（%） ≤105 ≤100 按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》

（GB/T 1596）检 6

验 4 烧失量（%） ≤5.0 ≤3.0 按《水泥化学分析方法》（GB/T 176）

检验

5 含水率（%） ≤1.0（对干排灰而言） 按《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T 1596）检验

6 SO3含量（%） ≤3 按《水泥化学分析方

法》（GB/T 176）检验 7 CaO含量

（%） ≤10（对于硫酸盐侵蚀环境）

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。 7

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

项目 强度等级 ＜C30 C30~C45 ≥C50 含泥量（%） ≤3.0 ≤2.5 ≤2.0 泥块含量（%） ≤0.5 云母含量（%） ≤0.5 轻物质含量（%） ≤0.5 CI-含量（%） ≤0.02

硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3）（%） ≤0.5

有机物含量（用比色法试验）

颜色不应深于标准色。如深于标准色，则按水

泥胶砂强度试验方法，进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95 8

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。 粗骨料的强度压碎指标值 混凝土强度等级 ＜30 ≥30

岩石种类 沉积岩（水成岩） 变质岩或深成的火成岩 火成岩 沉积岩（水成岩） 变质岩或深成的火成岩 火成岩

碎石 ≤16 ≤20 ≤30 ≤10 ≤12 ≤13 碎卵石 ≤16 ≤12 9

粗骨料的有害物质含量限值 项目 强度等级 ＜C30 C30~C45 ≥C50 含泥量（%） ≤1.0 ≤1.0 ≤0.5 泥块含量（%） 0.25 针、片状颗粒总含量（%） ≤10 ≤10 ≤8

CI-含量（%） ≤0.02

硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3）（%） ≤0.5

碎卵石有机物含量（用比色法试验） 颜色不应深于标准色。如深于标准色，应配制成混凝土进行强度对比试验，抗压强度比不应小于0.95

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。