大体积混凝土裂缝研究摘 要大体积混凝土在现代化建设中的应用越来越多，在大体积混凝土施工过程中，如何防止混凝土裂缝，一直是技术人员长期关心和共同研究的问题。本文总结了大体积混凝土裂缝目前国内外发展研究现状，分析了裂缝的成因，总结了大体积混凝土裂缝的预防措施，大体积混凝土裂缝的处理方法。最后是两个案例分析，案例一侧重于分析控制大体积混凝土裂缝产生的主要技术 ，案例二侧重于分析裂缝产生的原因及裂缝的加固措施，为施工现场裂缝控制提供依据，提出了施工现场裂缝控制的一些建议，有一定的工程指导作用。关键词：大体积混凝土；裂缝；裂缝控制1 热引起的急剧温升约束不大，相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以致产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂缝。2.2 收缩裂缝混凝土中 80%的水分要蒸发，约 20%的水分是水泥硬化所必需的。混凝土水化作用产生的体积变形，称为“自生体积变形”。该变形主要取决于胶凝材料的性质，对于普通水泥混凝土来说，大多数为收缩变形，少数为膨胀变形，一般在-50～+50×10-6范围内。如果以混凝土温度膨胀系数为 10×10-6/℃计，当混凝土的自生体积变形，从-50×10-6变至+50×10-6时，即相当于温度变化 10℃所引起的变形，这一数值是颇为可观的。目前，补偿收缩混凝土的研究和发展逐渐认识到，如果有意识地控制和利用混凝土的自生体积膨胀变形，有可能大大改善某些混凝土的抗裂性。但对于普通水泥混凝土，由于大部分属于收缩的自生体积变形，数量级较小，一般在计算中可忽略不计。如前指出，在混凝土中尚有 80%的游离水分需要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩（干缩），这种收缩变形不受约束条件的影响。若有约束，即可引起10 混凝土的开裂，并随龄期的增长而发展。混凝土的收缩机理比较复杂，其最主要的原因，可能是内部孔隙水蒸发变化时引起的毛细管引力。收缩在很大程度上是有可逆现象的。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替将引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。有关研究资料证明，混凝土的最终收缩（变形）值一般在 2～6×10-4范围内波动，有时高达 10×10-4。在工程计算中，混凝土的极限收缩值一般取 3.24×10-4。在大体积混凝土温度裂缝计算中，可将混凝土的收缩值，换算成相当于引起同样温度变形所需要的温度值，即“收缩当量温差”，以便按温差计算混凝土的应力。实践证明，由混凝土收缩变形引起的温度应力是不可忽视的。此外，影响混凝土收缩的因素很多，主要是水泥品种和混合材、混凝土的配合成分、化学外加剂以及施工工艺（特别是养护条件）等。2.3 外界气温变化引起的裂缝大体积混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的。因为外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高：而如外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别11 是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土是极为不利的。导致混凝土开裂的温度应力是由混凝土内外温差 引起混凝土变形造成的。混凝土内外温差是水化热的绝热温升 、混凝土浇筑温度 、混凝土结构物的散热温降 ，外界温度 的叠加。 （2.3）式中—水泥水化热导致的混凝土绝热温升；—混凝土浇筑温度；—混凝土表面散失的温度；—外界温度（不同于混凝土表面温度）。大体积混凝土内部热量以热传导形式传递到混凝土表面，又通过混凝土表面与外界环境进行对流交换散发出去，对流散发热量为： （2.4） （2.5）式中12 —对流交换系数；F—混凝土与外界环境接触总面积；—外界温度；—混凝土表面温度；t—时间；通过（2.2）与（2.3）式可见，混凝土初始浇筑温度越高， 越大；混凝土浇筑后外界气温降低；混凝土内外温差加大温度变形剧烈，易引起混凝土开裂。13 第 3 章 大体积混凝土裂缝的预防措施3.1 降低混凝土水化热温升3.1.1 使用水化热低的水泥由于矿物成分及掺加混合材数量不同，水泥的水化热差异 较大。铝酸三钙（C3A）和硅酸三钙（C3S）含量高的，水化热较高;混合材料量多的水泥水化热较低。为降低水化温升、减小体积变形，大体积混凝土一般不宜使用水化热高的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，应使用中热硅酸盐水泥和低热矿渣水泥 ;更不宜使用早强型水泥。因此，在满足混凝土设计要求的前提下，采用低水化热水泥。本工程混凝土等级为C20，选用 R32.5 普通硅酸盐水泥。3.1.2 尽量降低水泥用量水泥水化产生的水化热是大体积混凝土发生温度变化而导致体积变化的主要根源 。干湿和化学变化也会造成体积变化，但通常都远小于水泥水化热产生的体积变化。因此，除采用水化热低的水泥外，要减少温度变形，还应千方百计地降低水泥用量。3.1.3 精心设计、调整混凝土的骨料粒径和级配如尽可能采用大的骨料最大粒径。最大粒径越大，骨料的空隙率和表面积越小，混 凝 土 的 水 泥 浆 及 水 泥 用 量 就 越 小 。 本 工 程 采 用 4 级 配 混 凝 土 ， 骨 料 最 大 粒14 150mm，其含泥量不应大于 1.5%。3.1.4 掺 20~25%粉煤灰粉煤灰的水化热远小于水泥，7 天约为水泥的 1/3,28 天约为水泥的 1/2。掺加粉煤灰减小水泥用量可有效降低水化热约 15%（掺水泥量 15%）。大体积混凝土的强度通常要求较低，允许掺较多的粉煤灰。另外，优质粉煤灰的需水性小，有减水作用，可降低混凝土的单位用水量和水泥用量:还可减小混凝土的自生体积收缩，有的还略有膨胀，有利于防裂。掺粉煤灰还能抑制碱-骨料反应并防止因此产生的裂缝。3.1.5 掺加 GCLI-3 改性木钙减水剂掺加 GCLI-3 改性木钙减水剂，掺量为 0.2-0.4%，约减水泥用量 15%。掺减水剂可有效地降低混凝土的单位用水量，从而降低水泥用量。缓凝型减水剂还有抑制水泥水化作用，可降低水化温升，有利于防裂.还可延迟水化热释放速度，热峰也有所降低.这种减水剂可以缓凝，在大体积混凝土中可以避免冷接缝，提高工作性及流动性，有利于泵送.对收缩及抗拉强度几乎没有什么影响，宜推广采用。坝体现浇混凝土配合比见表 3.1 所示。其中粉煤灰含量为 25%，含砂率为 33%。表 3.1 坝体现浇混凝土配合比表材料名称 水泥 混合材 砂 石 水 外加剂用量218 72 665 1350 145 307715 （kg/m3）3.2 合理分层分块浇筑该方法是将基础混凝土分缝、分块、分期浇筑。混凝土坝的体积异常庞大，施工中必须用纵横接缝把坝体分割成许多块体，并以水平缝将每一坝块分成许多浇筑层。分缝分块有两方面的目的：一是为了便于施工，将庞大的坝体逐块逐层地进行浇筑；同时为了防止裂缝，减小基础块的尺寸，增加散热面，从而降低施工期间的温度应力，以减小产生裂缝的可能性。施工时混凝土先从底层开始浇筑，进行至一定距离后浇筑其他各层，如图 3.1 所示。图 3.1 分段分层法示意图3.3 采用混凝土面层保温措施在基础底板、迎水面混凝土等温控要求严格的部位，模板拆除后即贴泡沫板，减16 少混凝土内外温差，保温时间不少于 28 天。在大体积混凝土工程实践中，目前对于水平面的保温还不够重视。一般只认为在冬季进行表面保温，可以防止混凝土受冻，而在其他季节就没有保温的必要。事实上，如果混凝土水平面直接暴露于大气中，气温的变化将引起混凝土表面温度的变化。在这样情况下，混凝土表面的温度变形的约束系数可视为 1.0，外界气温的变化是短时间的，因此混凝土材料的徐变变形难以充分发挥。根据混凝土早期极限拉伸变形值推算，只要混凝土表面温度骤降 5-7℃，就可能引起裂缝。采用保温法控制温度的基本原理是利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升，在缓慢的散热过程中(通过人为控制)，使混凝土获得必要的强度。刚浇筑的混凝土，强度低，抵抗变形能力小，如遇到不利的温湿度条件，其表面容易发生有害的冷缩和干缩裂缝。保温的目的是减少混凝土表面与内部温差及表面混凝土温度梯度，防止表面裂缝的发生。如有条件，应设计永久性保温、保湿层，以防止结构在正常使用期间受寒潮袭击而开裂。无论是在常温还是在负温下施工，混凝土表面都需覆盖保温层。常温保温层，可以对混凝土表面因受大气温度变化或雨水袭击的温度影响起到缓冲作用；负温保温层17 则根据工程地点、气温以及控制混凝土内外温度差等条件进行设计。但负温保温层必须设置不透风材料覆盖层，否则效果不会理想。保温层常兼有保湿作用，如果用湿砂层，湿锯末层或积水保温，其保湿效果尤为突出，保湿可以提高混凝土的表面抗裂能力。有资料记载，潮湿养护时，混凝土极限拉伸值比干燥养护时要大 20%～50%。大体积混凝土的养护期，以不少于一个月为宜。对寒冷地区的寒冷季节施工的工程，保温期应该相应延长。加强测试手段，在混凝土内部埋设热敏元件，进行混凝土温度场监测。这样，既能全面了解整个大体积混凝土内部不同部位、不同时间的温度场动态变化，又能为调整保温层作法提供科学依据。3.4 合理组织施工在施工过程中精心安排混凝土施工时间，在高温季节施工时，混凝土浇筑时间尽量安排在 16 时至翌日上午 10 时前进行，以减少混凝土温度回升。新旧混凝土浇筑间隔时间为 5-7 天，相邻浇筑坝块高差控制在 8m 以内。为了提高混凝土的抗裂能力，必须设法降低混凝土的热强比，即减小水泥水化热18 与混凝土的强度比值（Q 水泥/R 混凝土）。因此，在设计混凝土配合比时，必须选择水化热低的水泥，级配好且含泥量少的骨料，掺适量减少剂和矿质混合材料以及配制低流动性混凝土。研究资料说明，用碎石与粗糙的沙子作骨料，可以使混凝土拉伸极限提高 20%左右。因此，在骨料选择上要予以重视。不均匀性和脆性，都是混凝土易于形成裂缝的内在因素。混凝土结构的断裂与破坏，往往是从结构最低强度时开始的。因此，为了提高混凝土抗裂性能，施工中心须严格控制水灰比和坍落度，严格执行混凝土配合比，原材料规格要统一，以改善混凝土的均匀性。实践证明，大体积混凝土施工的不良施工质量必然导致混凝土的严重开裂。采用新的施工工艺严格控制混凝土的施工质量，是大体积混凝土防止裂缝的主要技术措施。3.5 合理配筋在钢筋混凝土内，拉应力主要由钢筋承担。但钢筋对大体积混凝土的温度应力影响很小。然而，合理的配筋却可以限制裂缝的开展，使数目少，宽度深度较大的裂缝改善为数目多，宽度深度较小的裂缝，从而减轻裂缝的危害程度。19 目 录第1章 前言................................................................................................................... ....... ......4第2章 大体积混凝土裂缝产生的主要原因分析............................................... ....... ....... ......62.1 水泥水化热.............................................................................................................................. 62.2 收缩裂缝.................................................................................................................................. 72.3 外界气温变化引起的裂缝.......................................................................................................8第3章 大体积混凝土裂缝的预防措施............................................................. ....... ....... ......103.1 降低混凝土水化热温升.........................................................................................................103.2 合理分层分块浇筑.................................................................................................................113.3 采用混凝土面层保温措施.....................................................................................................113.4 合理组织施工........................................................................................................................ 123.5 合理配筋................................................................................................................................ 133.6 改善约束条件........................................................................................................................ 13第4章 案例分析............................................................................................. ....... ....... ....... ..144.1 案例一.................................................................................................................................... 144.2 案例二.................................................................................................................................... 18第5章 结论..................................................................................................... ....... ....... ....... ..20参考文献...................................................................................................................................212 研究资料表明，加筋可以提高混凝土的极限强度，特别是当钢筋直径细而间距窄时，对提高混凝土的抗裂性效果良好。钢筋部位除在结构表层设置外，还应对结构薄弱部位（例如在断面突变和洞口四周应力集中的部位）进行加强。3.6 改善约束条件混凝土温度应力大小，取决于结构约束情况，而约束作用的大小与分缝间距有密切关系。合理的分缝能减轻约束作用，缩小约束范围。1、后浇缝的宽度，应考虑便于支拆模板，满足同截面钢筋搭接长度的要求，后浇缝处的水平钢筋的可延展性是改善约束条件的关键，以不小于一米为宜。2、后浇缝混凝土宜选用膨胀性质水泥配制，其开始浇筑时间，应在主体结构浇筑完成 30 天以后进行。3、在混凝土与外边界的接触面上设置适宜的材料为滑动层，以减小外部约束。20 第 4 章 案例分析4.1 案例一4.1.1 工程概况本溪市金鹰大厦位于本溪市内。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 10.5m，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 4600 m3，一次连续浇捣。底板钢筋配置情况：上部筋为直径 32@180 双向两皮，下部筋为直径 32@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 控制大体积混凝土裂缝产生的主要技术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21 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施（1）利用混凝土后期强度大量试验证明，水泥用量每增减 10kg，水化热使温度相应升降 1℃。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 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 100cm，并贯通地下、地上整个结构，但该部位钢筋连续不断。（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。22 图 4.1 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。图 4.2 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弱部位增配 4 16～4 22 的钢筋予以加强。23 图 4.3 增设暗梁2、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 优质粗骨料，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%。3．从施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 36℃。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24 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 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，学府路布置 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 600mm 左右，上下层震动搭接 50～100mm，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 10m 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25 水泵将泌水排除，这样可以提高混凝土质量，减少表面裂缝。（8）浇筑混凝土的收头处理是减少表面收缩裂缝、控制底板面标高和平整度的重要措施，因此在混凝土浇捣至标高时，专门安排泥工用长括尺括平多余浮浆，初凝前用铁筒来回滚压 2～3 遍后，再用木蟹打平。（9）采用分层连续浇筑或分段分层踏步式推进的浇筑方法。一般情况下，应尽量采用分层连续浇筑。对于本工程，因工程量较大，浇筑面积也大，一次连续浇筑层厚度不大，且浇筑能力不足，采用了分段分层踏步式推进的浇筑方法。图 4.4 分段分层浇注图 4.5 分段分层踏步式推进（10）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。26 图 4.6 混凝土的养护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，通过本溪市金鹰大厦基础底板大体积混凝土施工的实例表明，只要严格控制大体积混凝土的水泥用量，选用低水化热水泥，掺加合适的混合材料和外加剂，优化混凝土配合比，提高混凝土搅拌、运输质量，合理选用浇筑时间，完善浇筑工艺，提高浇筑震捣和平仓等操作质量，以及加强养护工作以提高混凝土浇捣全过程的施工工艺水平，来提高混凝土的抗裂度，这样，在常规施工情况下，亦完全能控制和防止大体积混凝土的温度裂缝。4.2 案例二4.2.1 工程概况某轧钢车间主轧机基础混凝土用量为 5625m3，强度等级为 C18，基础垫层用量为27 1500m3，强度等级为 C5，基础钢筋量 260t，地脚螺栓 860 根，其最重者约为 3.5t。基础长 48m，宽 33m，最深为 11.7m。基础顶、底面标高较多，基础内部大小沟道约 38条，基础未设伸缩缝和施工缝。基础施工于 2006 年 7 月 27 日至 7 月 30 日，将 5625m3混凝土连续一次浇筑完毕。基础施工采用了焦作及锦西出产的 325 及 425 号矿渣硅酸盐水泥，水泥用量每立方米混凝土为 320～337kg，砂子用当地细砂，石子用当地河卵石。基础浇筑完毕后于 11 月初首先发现少量裂缝，经检查相继发现很多裂缝，经归纳共有 17 组，其中比较严重的有 0 号、1 号、2 号及 7 号裂缝。特别是 7 号缝使整个基础断面裂透，裂缝最宽 0.9～1.9mm。5 号缝多条，经观测未见裂透，裂缝最宽 0.25mm，大部分系发丝缝。但 5 号缝位于主轧机机座下部，此部位受力大而繁琐，是整个轧机基础的要害部位。4.2.2 产生裂缝的原因分析该轧钢车间主轧机基础开裂后，经调查研究分析对比，初步认为该基础裂缝的发生是由于水化热温升回降速度过快，基岩约束过大以及基础构造上存在较多薄弱环节，由于温度应力及干缩应力引起的。基础内大量沟道纵横交错、上下重叠，断面变化繁多，各部位刚度差别很大，最厚的部位 8.47m 最薄的 0.25m 造型极为复杂，轧机下冲渣沟将基础分为两大块，有六根大梁嵌固连结，基础实际上是一个极不规则的多孔箱形结构，形成许多应力集中区。基础与基岩是多台阶接触，受到了严重的约束。基础浇注混凝土时，正值盛夏，施工时为避免水泥水化热过高引起基础开裂，曾采取了一些降低混凝土浇灌温度及水泥水化热温度的措施，但做的很不得力。在基础沟道内设置了 10 台通风机散热，混凝土降温速度很快，引起了较大的拉应力。这种温度应力再与 2～3 个月期间的干缩作用引起的收缩应力叠加，另外还经过几次寒流袭击，28 在强大的基岩约束下，引起了严重的开裂。由于降温及收缩在 3 个月左右的时间内达到了相当可观的数值，所以裂缝是随着时间陆续发展的。其次，原材料选材不当，石子粒度偏小，砂子采用当地细砂，含砂量大，使混凝土的抗拉强度降低，同时增大混凝土的收缩值。该基础施工养护不良，基础采取敞开式施工，浇注混凝土后没有采取保温养护，也没有得到充分的潮湿养护，基础暴露于大气之中经受风吹日晒，寒流袭击，湿度突变等不利因素作用，也使基础的裂缝增多和扩展。4.2.3 基础裂缝的加固措施对于该基础各部的裂缝，根据裂缝的特点和受力大小，动力负荷频繁程度，分别给予不同的处理。对于不影响承载力的裂缝，只进行封闭；对于有强度要求的裂缝，采用化学灌浆补强；对于有防水要求的裂缝，采用防渗堵漏。在设备基础的重要受力部位，增加了钢筋网细石混凝土加固层把各地脚螺栓连成整体。对于大量表面裂纹（小于 0.2mm）环氧液涂面进行表面封闭。这样处理之后，保证了设备安装和生产使用。第 5 章 结论通过对上述工程实例的分析，大体积混凝土裂缝是因为混凝土的温度变形受到约束而产生温度应力，当温度应力大于混凝土自身抗拉强度时而产生的。温度应力的大小取决于水泥、水化热、浇筑温度、大气温度、收缩变形等因素，同时它与混凝土的29 致谢...........................................................................................................................................223 降温散热条件和混凝土升降温速密切相关，此外，还与施工方案、几何尺寸及配筋等因素有关。同时通过科学的理论计算，能够避免大体积混凝土裂缝的产生。混凝土的保温和养护应加强，保温的目的是减小混凝土表面与内部温差及表面混凝土温度梯度，防止表面裂缝的发生。无论在常温还是在负温下施工，混凝土表面都需要覆盖保温层，保温层兼有保湿的作用，可以提高混凝土的表面抗裂能力。在施工中应采用先进的测温方法和先进的仪器，保证测温的准确性，这样，可以为施工组织者在施工中及时准确采取温控对策提供科学依据，实现情报化施工。综上所述，采用合理的计算方法和施工措施，能够有效的避免大体积混凝土温度裂缝的产生，以保证混凝土的结构质量。30 参考文献[1] 付华.大体积混凝土裂缝控制理论与工程应用研究.辽宁工程技术大学工程硕士学位论文，2006.[2] 朱伯芳.大体积混凝土温度应力与温度控制.北京:中国电力出版社，1999[3] 王铁梦.建筑物的裂缝控制.上海：上海科学技术出版社，1987[4] 叶琳昌，沈义.大体积混凝土施工.中国建筑工业出版社，1987[5] 高友良，贺候平，赵燕莉.大体积混凝土的裂缝形成原因及防治措施.科技创新导报，2008（22）：74-76.[6] 王勇.大体积混凝土施工时温控技术的应用.天津建设科技，2003.[7] 李树奇.大体积混凝土防裂技术措施的应用.天津大学硕士学位论文，2004.[8] 张立.大体积混凝土裂缝控制与防止措施.西安建筑科技大学工程硕士学位论文，2004.[9] 史凤香.大体积混凝土裂缝控制研究.武汉理工大学硕士学位论文，2003.[10] 唐祥胜.大体积混凝土裂缝控制与防止措施.合肥工业大学工程硕士学位论文，2005.31 致谢值此我的毕业论文完成之际，我要向在我的学习、工作和生活中给予我指导、关心和帮助的老师、同学、家人和朋友表示最真挚的谢意！我衷心感谢中国石油大学华北学习中心的老师在学习期间给予我提供的支持和服务，也感谢论文指导老师在论文起草期间、以及写作期间给予我的悉心指导和极大的帮助！ 同时，还要对在学习期间给予我大量支持与帮助的领导和老师表示最真诚的谢意！特别感谢我的同事和业内朋友对我本科学习的关心和帮助，以及对我工作的支持。感谢所有在百忙之中评阅我的毕业论文的老师们！我衷心感谢大家！32 第 1 章 前言改革开放二十年来，随着工业水平的提高，施工技术的进步，数学、力学理论的发展，计算技术的改革，最直接的是建筑材料的革新，桥梁建设在满足结构、功用要求和经济、美学统一的条件下向大跨度方向发展，九十年代我国陆续建成几座大跨度斜拉桥和悬索桥，典型代表如 93 年底建成通车的上海杨浦大桥为主跨 602 米双塔双索面钢筋混凝土结合梁斜拉桥；99 年建成的江阴长江公路大桥为中跨 1385 米的大跨度悬索桥。大跨度桥梁基础施工过程中，大体积混凝土承台的浇筑是一道非常重要的工序。如上述杨浦大桥主塔基础承台为 47.2 32.2 5 米，混凝土方量近 7600 立方米。另外许多工业建筑中的大型设备基础，高层民用建筑中的框架基础还有水工结构中的坝体等都是大体积混凝土结构的范畴。在大体积混凝土施工过程中，如何防止因水泥水化热引起的裂缝，一直是技术人员长期关心和共同研究的问题。如果能掌握大体积混凝土温度场温度变化和温度应力变化的规律性，就能够有针对性地提出裂缝控制的方案，便于有效地保证现场施工的质量，增强结构物的耐久性，这对于我国国民经济的发展具有非常重要意义。裂缝控制的理论研究是随着科学计算水平的提高和实验技术的完善而逐步发展的。4 早在十九世纪各国科学家就从结构材料强度理论的角度出发，探索混凝土开裂的基本原理，最早提出的唯象理论建立在简单基本试验的基础上，在匀质、弹性、连续的假定前提下推导出材料强度的各种计算公式，后期又引进了塑性理论，但这两方面的研究还远未成熟。相比之下，热力学计算理论在计算混凝土结构内部由于水化热引起的温度变化中得到了较好的应用，在计算得到温度场的基础上建立合适的力学模型，求解结构的温度应力，进而决定是否需采取控制措施，这种方法在设计和施工中得到了普遍认可。对于边界条件比较简单的情况，国内外不少学者从热传导基本方程出发，推导了混凝土结构温度场和应力场的理论解，并综合试验情况，归纳成计算表格，大大方便了使用。对于情况比较复杂的计算，则大多采用数值解法，常用的有一维和二维差分法及有限单元法，这些方法的采用，可以较精确的计算温度场和温度应力.实际上，无论是理论解法还是数值解法都是建立在不同程度假定的基础上，不可能完全客观的反映大体积混凝土裂缝发展的规律，在裂缝控制方面，更多的研究集中在工程实践中如何采取有效措施达到防止裂缝的目的。概括国内外裂缝处理的经验，可以总结出“抗与放”这一对辨证统一的原则。事实上，“抗与放”的原则，在历史上已经有非常广泛的运用。如水利工程中的筑坝阻5 水与分江导流，抗震设计中的“刚性抗震”和“柔性抗震”，还有铁路建设中“有缝短轨”和“无缝长钢轨”都是“抗与放”的实例。在结构裂缝控制过程中，运用这一原则，使结构既不产生很大的变位，又不产生很大的应力，确保承载力的极限状态，又满足使用极限状态，这种“抗放兼施，以放为主”的设计原则在工程中得到广泛应用。裂缝控制中“抗”的原则主要体现是增加结构物的配筋。配筋对混凝土抗拉强度及极限拉伸值的影响在钢筋混凝土基本理论研究中一直是个引人注目并长期争论的问题。一种认为配筋对混凝土的极限拉伸没有影响；另一种认为配筋可以提高混凝土的极限拉伸，从而提高混凝土的抗裂性能，双方共同的观点是钢筋能起到控制裂缝扩展，减小裂缝宽度的作用。早在 1898 年，俄国学者在水中养护由配筋沙浆所做成梁的试验中得出裂缝出现瞬间的极限拉伸值为 0.002，为无筋砂浆的 10-20 倍。但 1903 年，俄国另一个学者认为配筋并不能提高混凝土的极限拉伸值。1907 年，有学者利用湿斑法确定裂缝出现的瞬间，得出钢筋混凝土梁受拉区混凝土的拉伸极限值与无筋混凝土相同。1938 年有学者做潮湿养护下配筋混凝土轴心受拉试验时，用松香剂作涂面测量裂缝宽度，用有染色作用的酚夫酒精测量裂缝深度，分6 析结论为混凝土的极限拉伸值可提高 3-4 倍，其他的前苏联研究者也根据各自的试验资料认为配筋是可以提高混凝土的极限拉伸值的，其机理在于：“分散”配筋能促使内力沿截面分布得更加均匀，覆盖着某些初始裂缝，使应力顶峰降平，因而改善了混凝土的拉伸性能。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。7 第 2 章 大体积混凝土裂缝产生的主要原因分析大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差而产生应力和应变，另一方面是结构物的外部约束和混凝土各质点间的约束，应阻止这种应变。一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝一般虽不会影响结构的强度(裂缝宽度应在允许范围内)，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。现将产生裂缝的主要原因分述如下:2.1 水泥水化热水泥水化过程是大体积混凝土裂缝产生的主要温度因素。水泥在水化过程中要发出一定的热 t。而大体积混凝土结构物一般断面较厚，水泥发出的热 t 聚集在结构物内部不易散失。通过实测，水泥水化热引起的温升，在水利工程中一般为 15～25℃，而在建筑工程中一般为 20～30℃，甚至更高。水泥水化热引起的绝热温升，是与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种（主要是水化热值）有关，并随混凝土的龄期（时间）按指数关系增长，一般在 10-12d 接近于最终绝热温升（视气温变化而异）。但由于结构物有一个自然散热条件，实际上混凝土内部的最高温度，多数发生在混凝8 土浇筑后的最初 3-5d。美国垦务局早在三十年代就提出混凝土绝热温升与时间（d）的指数经验式如下： （2.1）式中—在 t 龄期时混凝土的绝热温升（℃）；—混凝土的最终绝热温升；e—常数 2.718；m—与水泥品种及温升速度有关的系数，0.3～0.5 天；t—时间（d）。 （2.2）式中W—每立方米混凝土中水泥用量（kg/m3）；Q—每 kg 水泥水化热量（kj/kg.k）；C—混凝土的比热，在计算时可取 0.97（kj/kg）；—混凝土的容重，取 2400kg/m。由于混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的强度和弹性模量都很低，对水化9