大体积混凝土裂缝 控制技术

1. 第五讲 大体积混凝土裂缝控制技术

2. 一、大体积混凝土的裂缝问题 大体积砼裂缝控制技术 体积厚大的混凝土在施工中产生裂缝的主要原因: ①水泥的水化热使混凝土产生的温度变形； ②混凝土凝结硬化过程中的收缩。

3. 大体积砼裂缝控制技术 二、大体积混凝土的定义： 1、美国混凝土学会规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸大小，必须要采取措施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。” 2、日本建筑学会的定义：“结构断面最小尺寸在80cm以上，水化热引起混凝土内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。”

4. 三、建筑工程的大体积混凝土 大体积砼裂缝控制技术 1、基础工程：厚大的混凝土底板、深梁、厚大的桩基承台等； 2、上部结构：巨型柱、高层建筑的转换梁或板、防辐射结构

5. 第一节 混凝土裂缝 大体积砼裂缝控制技术

6. 一、混凝土的裂缝形式 第一节 混凝土裂缝 裂缝理论有许多种。近代混凝土的研究，逐渐由宏观理论向微观理论过渡。 1、混凝土的微观裂缝：宽度一般在0.05mm以下，肉眼不可见的裂缝。 微观裂缝出现的三种形式：粘着裂缝、水泥石裂缝、骨料裂缝。 前两种形式的裂缝较多，且这些裂缝分布不规则、不贯穿，砼仍可承受拉力。 2、混凝土的宏观裂缝：宽度大于0.05mm，肉眼可见的裂缝。 宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。

7. 二、混凝土裂缝的三类原因： 第一节 混凝土裂缝 1、由外荷载的直接应力（即按常规计算的主要应力）引起的裂缝。 2、由结构的次应力（计算未考虑到的结构内部应力）引起的裂缝。 3、由变形变化（温度、收缩、不均匀沉降等）引起的裂缝。 • 大体积混凝土的裂缝多由上述第三种原因引起。 • 当变形受到约束产生的应力超过混凝土的抗拉强度时，就引起裂缝。 混凝土基础底板内部温差引起的温度应力分布：

8. 三、结构变形的内外约束： 第一节 混凝土裂缝 1、内约束：结构变形时，其内部各质点之间产生的约束； 2、外约束：结构变形时，不同结构之间产生的约束。 外约束分为：自由体、全约束、弹性约束（部分约束） • 建筑工程中的大体积混凝土，外约束应力占主要地位。

9. 四、大体积混凝土基础底板产生的裂缝 第一节 混凝土裂缝 （主要由温度变形、收缩变形导致） 1、内约束引起的表面裂缝：砼浇筑初期，其内部与表面温差过大； 2、外约束引起的深层裂缝：砼浇筑后期，砼降温、干缩变形引起的基础底板收缩受到地基约束。

10. 四、大体积混凝土基础底板产生的裂缝 第一节 混凝土裂缝 大体积混凝土基础底板出现的裂缝按深度可分为以下三种： 表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝（图3－2） 深层裂缝进一步扩展形成贯穿裂缝

11. 五、混凝土结构裂缝宽度的控制 第一节 混凝土裂缝 《混凝土结构设计规范》（GB50010－2002）的要求： 一类环境（室内正常环境）：0.3mm； 二类环境：0.2mm。 目的： 防止钢筋锈蚀、混凝土碳化和酥松脱落，从而影响结构的耐久性、防水性。 • 对于基础、地下或半地下结构，裂缝主要影响其防渗性能。当裂缝宽度只有0.1～0.2mm时，虽然早期有轻微渗水，经过一段时间后一般裂缝可以自愈。 • 当裂缝宽度超过0.2～0.3mm时，其渗水量与裂缝宽度呈三次方增加，必须进行化学注浆处理。

12. 六、大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因：六、大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因： 第一节 混凝土裂缝 1、水泥水化热； • 水化热引起的绝热温升：与混凝土单位体积内的水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期按指数关系增长，一般10d左右达到最终绝热温升。 • 但由于结构自然散热，实际混凝土内部的最高温度，大多发生在混凝土浇筑后的3～5d。

13. 六、大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因：六、大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因： 第一节 混凝土裂缝 2、约束条件； （1）在全约束条件下，混凝土结构因温差产生的温度应力应为： σ＝Eε； 其中：ε ＝ΔT·α（即温差与混凝土线胀系数的乘积）； 当ε超过混凝土的极限拉伸值εp时，结构便出现裂缝。 （2）实际混凝土结构并非受到全约束，且混凝土还有徐变变形，所以内外温差在25℃甚至30℃情况下混凝土也可能不开裂。

14. 六、大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因：六、大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因： 第一节 混凝土裂缝 3、外界气温变化； 混凝土的内部温度＝浇筑温度＋水化热绝热温升－结构散热降温。 外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；如外界气温下降，会增加混凝土的降温幅度。特别是气温骤降时，会增加混凝土内外的温度梯度，对大体积混凝土极为不利。

15. 六、大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因：六、大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因： 第一节 混凝土裂缝 4、混凝土的收缩变形； （1）混凝土的收缩变形，主要由于混凝土中多余水分的蒸发引起混凝土体积的干燥收缩。（这种收缩变形如受到约束，即会产生收缩应力） 混凝土的干燥收缩，在很大程度上是可逆的。 （2）混凝土的收缩变形除干燥收缩外，还有碳化变形。 即：空气中的CO2与混凝土水泥石中的Ca(OH)2反应生成碳酸钙Ca CO3，放出结合水而使混凝土收缩。

16. 七、大体积混凝土结构裂缝控制设计 第一节 混凝土裂缝 1. 温度应力计算: x＝0处，U＝0； x＝1/2L处， σx ＝0； 结构计算温差T，可按下式计算： T＝ T m+ Ty(t) 其中： T m —— 各龄期砼的水泥水化热降温温差（℃）； Ty(t)—— 各龄期砼的收缩当量温差（℃）。

17. 七、大体积混凝土结构裂缝控制设计 第一节 混凝土裂缝 2. 最大浇筑长度计算: 最大浇筑长度是确定伸缩缝间距的依据。

18. 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 大体积砼裂缝控制技术

19. 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 大体积混凝土结构的裂缝控制，除进行计算做到事先控制外，在施工过程中采取有效的施工措施也极为重要。 这些都要求：施工中应进行温度监测。

20. 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 大体积混凝土结构的裂缝控制的施工措施主要有： 一、控制混凝土温升 （一）选择中低水化热的水泥品种；如32.5级和42.5级矿渣硅酸盐水泥。 （二）利用混凝土的后期强度；指用 f45、 f60、或 f90替代 f28作为混凝土设计强度，可减少水泥用量。 （三）掺加木钙减水剂；掺入水泥用量0.25％的木质素磺酸钙，可减少约10％的水泥用量。

21. 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 大体积混凝土结构的裂缝控制的施工措施主要有： 一、控制混凝土温升 （四）掺加粉煤灰外掺料；粉煤灰颗粒呈细微小球形，且有一定活性，可替代部分水泥，改善砼流动性。 掺加原状粉煤灰或磨细粉煤灰对水泥水化热的影响，见表3－12、13（水化热降低了）

22. 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 大体积混凝土结构的裂缝控制的施工措施主要有： 一、控制混凝土温升 （五）粗细骨料选择；石子应选用粒径大、级配好，针、片状颗粒少的石子；砂宜用中、粗砂。 可减少用水量和水泥用量。（从而可降低混凝土温升、减少混凝土收缩） （六）控制混凝土的出机温度和浇筑温度。可降低砼总温升，减少砼内外温差。 对混凝土的出机温度影响最大的是石子和水的温度；浇筑温度是混凝土浇筑完成后的温度（40℃以下为宜）。

23. 二、延缓混凝土降温速率 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 （一）主要目的：减小混凝土内外温差，防止混凝土表面裂缝。 （二）主要方法：保温养护、蓄水养护、拆模后及时回填土等。 上述方法起到保温和保湿作用。 保温作用可减缓降温速度，减小混凝土升温阶段内外温差，防止混凝土表面温度裂缝； 保湿作用使混凝土顺利水化，有利于提高混凝土极限拉伸值，减少混凝土表面干燥收缩，防止混凝土表面干缩裂缝。

24. 三、减少混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸值三、减少混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸值 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 （一）改善混凝土材料和配合比质量； （水泥用量、骨料品种和级配、水灰比、骨料含泥量等） （二）改善混凝土施工工艺和施工质量； 1、混凝土浇筑后的“二次振捣”。以增加混凝土、混凝土与钢筋间的密实性，抗压强度可提高约10～20％，从而提高混凝土抗裂性； 2、混凝土搅拌的“二次投料砂浆裹石或净浆裹石工艺”。防止水份集中在石子表面形成水膜，抗压强度可提高约10％，从而也提高了混凝土的极限拉伸值。

25. 四、改善边界条件和构造设计 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 可采取以下措施： 1、设置滑动层 目的：减少外约束（对岩石类地基、较厚的混凝土垫层） 滑动层的作法： ① 涂刷两道热沥青加铺油毡一层； ② 铺设10～20mm厚沥青砂； ③ 铺设50mm厚砂或石屑层。

26. 四、改善边界条件和构造设计 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 可采取以下措施： 2、避免应力集中 ——— 混凝土结构孔洞、变截面部位、转角处 处理方法： ① 结构孔洞周围加设斜向钢筋、钢筋网片； ② 在结构变截面、转角处使断面逐渐过渡，同时增配抗裂钢筋。

27. 四、改善边界条件和构造设计 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 可采取以下措施： 3、设置缓冲层 作法：图3－13 （30～50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料） 4、合理配筋 合理配置构造筋、温度筋。

28. 四、改善边界条件和构造设计 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 可采取以下措施： 5、合理的分段施工 当结构尺寸过大，通过计算一次浇筑长度过大时，可与设计单位研究后合理用“后浇带”分段进行浇筑：

29. 四、改善边界条件和构造设计 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 可采取以下措施： 5、合理的分段施工 • 后浇带的构造：图3－14 • 后浇带的间距：计算确定，一般20～30m； • 后浇带的宽度：应方便施工，避免应力集中，一般70～100mm； • 后浇带的保留时间：一般不宜少于40d；

30. 四、改善边界条件和构造设计 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 可采取以下措施： 5、合理的分段施工 • 后浇带的处理： • 后浇带处宜用网状模板（一种不拆除模板），刚性好，其溢浆面粗造，可直接二次浇筑后浇带。 • 后浇带处的砼宜用微膨胀砼，强度提高5～10MPa，保潮养护时间≮15d。

31. 五、施工监测 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 大体积混凝土施工过程中应随时掌握： 混凝土内部温度、应力变化，现场施工与环境情况的变化等。 应制定：《现场监控方案》对大体积混凝土施工进行施工监测。 根据监测信息，随时调整施工方案，作到信息化施工。

32. 五、施工监测 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 1、大体积混凝土施工监测： ①混凝土温度监测； ②混凝土应变－应力监测。 2、大体积混凝土测温系统： 由温度传感器、信号放大和变换装置、微机组成。 也有便携式测温仪： 如：JDC—2型便携式建筑电子测温仪

33. 五、施工监测 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 JDC—2型便携式建筑电子测温仪（由主机和测温线构成） ： ①主机为便携式仪表，可数字显示被测温度值； （便携式仪表）

34. 五、施工监测 第二节 防止混凝土温度裂缝的技术措施 JDC—2型便携式建筑电子测温仪（由主机和测温线构成） ： ①主机为便携式仪表，可数字显示被测温度值； ②测温线由插头、导线、和外经为5×200 mm的金属管制成，金属管内端封装温敏组件（即温度探头）。 （测温线）

35. 第三节 大体积混凝土基础结构施工 大体积砼裂缝控制技术

36. 一、钢筋工程 第三节 大体积混凝土基础结构施工 1、特点： 钢筋数量多、直径大、分布密、上下层钢筋高差大 2、施工事项： ① 粗钢筋的连接； （对焊连接、螺纹连接、套筒挤压连接） ② 上下层钢筋之间应设立支撑架；（可用粗钢筋或型钢制作） ③ 铺设后浇带隔离金属网。（网状模板）

37. 二、模板工程 第三节 大体积混凝土基础结构施工 1、特点： 模板尺寸较大，混凝土侧压力是主要设计依据 2、施工事项： ① 模板选择；（钢模板、胶合板模板、砖砌侧模） ② 排水孔的留设；（沿基础纵向两侧和横向基础浇筑的结束一侧，开5×30cm预留孔） ③ 模板要支撑固定牢固。 （防止变形、下沉）

38. 三、混凝土工程 第三节 大体积混凝土基础结构施工 1、特点： 混凝土体量较大，且混凝土连续浇筑；宜用预拌混凝土，泵送浇筑。 2、施工事项： ①混凝土泵选择； （拖泵布管、车泵——考虑砼单位时间浇筑量、泵送距离） ②确保连续浇筑；（道路畅通，砼搅拌运输车进出停放方便，泵送便利）

39. 三、混凝土工程 第三节 大体积混凝土基础结构施工 1、特点： 混凝土体量较大，且混凝土连续浇筑；宜用预拌混凝土，泵送浇筑。 2、施工事项： ③混凝土浇筑与捣实；（一般为自然流淌，斜面推进；坡面上下各设振动器捣实）

40. 三、混凝土工程 第三节 大体积混凝土基础结构施工 ④混凝土泌水和浮浆处理； • 砼垫层预留坡度，混凝土浇筑推进坡面下端的泌水和浮浆从模板预留孔排出； • 砼浇至顶端往回浇筑形成的集水坑，聚集的泌水和浮浆用软轴泵及时排除（图3－18） • 大体积砼表面易形成一层较厚的浮浆，浇筑时应进行处理。

41. 结束