大体积混凝土裂缝产生原因及控制措施是什么

有几方面原因  有的是地基下沉  有的是混凝土质量问题  也有施工质量原因，措施就是混凝土加固。

大体积混凝土结构裂缝主要包括干燥收缩裂缝、塑性收缩裂缝、自身收缩裂缝、安定性裂缝、温差裂缝、碳化收缩裂缝等。    1.收缩裂缝    混凝土在逐渐散热和硬化过程中会导致其体积的收缩，对于大体积混凝土，这种收缩更加明显。如果混凝土的收缩受到外界的约束，就会在混凝土体内产生相应的收缩应力，当产生的收缩应力超过当时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝。影响混凝土收缩的主要因素主要是混凝土中的用水量、水泥用量及水泥品种。混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土收缩就越大。水泥品种对干缩量及收缩量也有很大的影响，一般中低热水泥和粉煤灰水泥的收缩量较小。    自身收缩是混凝土收缩的一个主要来源。自身收缩与干缩一样，是由于水的迁移而引起的。但它不是由于水向外蒸发散失，而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔的液面下降形成弯月面，产生所谓的自干燥作用，导致混凝土体的相对湿度降低及体积减小而最终自身收缩。水灰比对自身收缩影响较大，一般来说，当水灰比大于0.5时，其自干燥作用和自身收缩与干缩相比小得可以忽略不计；但是当水灰比小于0.35时，体内相对湿度会很快降低到80%以下，自身收缩与干缩则几乎各占一半。    自身收缩主要发生在混凝土拌合后的初期。因此在模板拆除之前，混凝土的自身收缩大部分甚至全部已经完成。在大体积混凝土里，即使水灰比并不低，自身收缩量值也不大，但是它与温度收缩叠加到一起，就要使应力增大，所以在水工大坝施工时早就将自身收缩作为一项性能指标进行测定和考虑。但是，许多断面尺寸虽不很大，且水灰比也不算小的混凝土，也必须考虑水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂影响，也需要考虑将温度收缩和自身收缩叠加的影响。塑性收缩也是大体积混凝土收缩一个主要来源。在水泥活性大、
混凝土温度较高或者水
灰比较低的条件下，混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍微受到一点拉力，混凝土的表面就会出现分布不规则的裂缝。出现裂缝以后，混凝土体内的水分蒸发进一步加快，于是裂缝迅速扩展。所以在这种情况下混凝土浇筑后需要及早覆盖养生。    2.温差裂缝    混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝产生的主要原因是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。温差的产生主要有三种情况：第一种是在混凝土浇筑初期，这一阶段产生大量的水化热，形成内外温差并导致混凝土开裂，这种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天(升温阶段)。另一种是在拆模前后，这时混凝土表面温度下降很快，从而导致裂缝产生。第三种情况是当混凝土内部温度高达峰值后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值即内部温差。这三种温差都会产生裂缝，但最严重的是水化热引起的内外温差。    3.安定性裂缝    安定性裂缝表现为龟裂，主要是由于水泥安定性不合格而引起。    三、裂缝的防治措施    1.设计措施    （1）精心设计混凝土配合比。在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。    （2）增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.3～0.5%之间。    （3）避免结构突变产生应力集中。在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。    （4）在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。    （5）在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施工条件下，后浇缝间距20～30m，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。    2.原材料控制措施      
 （1）尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)
，或利用混凝土的后期强度(90d～180d)以降低水泥用量，减少水化热(因为每加减10kg水泥，温度会相应增减1℃，水化热与水泥用量成正比)。在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。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可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。    （2）适当搀加粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水等。    （3）选择级配良好的骨料。骨料在大体积混凝土中所占比例一般为混凝土绝对体积的80%～83%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。一般来说，可以选用粒径4mm～40mm的粗骨料，尽量采用中砂，严格控制砂、石子的含泥量(石子在1%以内，砂在2%以内)。控制水灰比在0.6以下。还可以在混凝土中掺缓凝剂，减缓浇筑速度，以利于散热。另外还可以考虑在大体积混凝土中掺加坚实无裂缝、冲洗干净、规格为150mm～300mm的大块石。掺加大块石不仅减少了混凝土总用量，降低了水化热，而且石块本身也吸收了热量，使水化热能进一步降低，对控制裂缝有一定好处。    （4）适当选用高效减水剂和引气剂，这对减少大体积混凝土单位用水量和胶凝材料用量，改善新拌混凝土的工作度，提高硬化混凝土的力学、热学、变形、耐久性等性能起着极为重要的作用。    3.施工方法控制措施    大体积混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，降温速度不应超过0.5℃～1.0℃/h。对大型设备基础可采用分块分层浇筑(每层间隔时间5d～7d)，分块厚度为1.0m～1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时，在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层(浇二度沥青胶撒铺5mm厚砂子或铺二毡三油)，底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少约束作用。此外，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温度不应下降15℃以上。尽量采用两次振捣技术，改善混凝土强度，提高抗裂性。还可根据具体工程特点，采用UEA补偿收缩混凝土技术。    4.温度控制措施    混凝土温度和温度变化对混凝土裂缝是极其敏感的。当混凝土从零应力温度降低到混凝  
土开裂温度时，混凝土拉应力超过了此时的混凝土极限拉应力。因此，
通过应降低混凝土内
水化热温度和混凝土初始温度，减少和避免裂缝风险。    人工控制混凝土温度的措施对早期因热原因引起的裂缝作用不明显。比如表面保温材料保护可以减少内外温差，但不可避免地招致混凝土体内温度很高，从受约束而导致贯穿裂缝的角度看，是一个潜在恶化裂缝的条件。因为体内热量迟早是要散发掉的。另外人工控制混凝土温度还需注意的问题是防止过速冷却和超冷，过速冷却不仅会使混凝土温度梯度过大，而且早期的过速超冷会影响水泥——胶体体系的水化程度和早期强度，更易产生早期热裂缝。超冷会使混凝土温差过大，引起温差裂缝浇筑时间尽量安排在夜间，最大限度降低混凝土的初凝温度。白天施工时要求在沙、石堆场搭设简易遮阳装置，或用湿麻袋覆盖，必要时向骨料喷冷水。混凝土泵送时，可在水平及垂直泵管上加盖草袋并喷冷水。

保证混凝土强度等级的前提下，保证混凝土强度等级的前提下，适当降低水灰比，减少水泥用量。实质上加了外加剂跟掺合料的。外加剂减水剂。外掺合料  一般是粉煤灰。这样一来肯定水灰比会降低减水剂的机理及作用。外掺合料  减少了水泥用量。

1、采用矿渣水泥等低水化热水泥，可考虑掺粉煤灰等，降低水泥用量  
2、降低混凝土入模温度，最好低温时候施工  
3、分层、分块施工，使大体积混凝土分解成中等或者小块混凝土施工
 4、预埋散热的水管，通过通水，带走凝固时的水化热。
 5、如果表面裂纹普遍，表面结构性钢筋间距20cm以上的，可以调整成10cm左右

大体积混凝土的最主要特点，是以大区段为单位进行施工，施工体积厚大，由此带来的问题是水泥水化作用所放出的热量使混凝土内部温度逐渐升高，由此产生的热量又不易导出，造成较大的内外温差，加之混凝土早期的抗拉强度底，弹性模量小，致使混凝土开裂，影响工程质量。首先混凝土表面裂缝的存在会影响构件美观；其次表面裂缝对混凝土的耐久性也产生一定的影响，由于裂缝直接嵌入结构体，所以将减小混凝土保护层厚度，给钢筋锈蚀留下隐患；另外施工时要对裂缝进行二次处理，费工费料。正是上述原因，工程上一直对大体积混凝土出现裂缝的问题比较重视，而混凝土出现裂缝又是很难避免的，这使防治裂缝耗费了大量的人力财力。本人参与的北京制版厂住宅楼及业务用房工程就发生了此类问题，在项目实施过程中通过不断地监测、分析、研究、试验，最终对裂缝的产生原因有了一定的了解，对避免裂缝产生的方法措施作了一些的研究总结，在此提出以与同行们探讨。  
1  工程概况  
北京制版厂住宅楼及业务用房工程功能为住宅及商业写字楼，结构形式为高层钢筋混凝土框架剪力墙结构，本工程的基础为筏板基础，中间的沉降缝将住宅楼和业务用房分成两个独立的部分。住宅楼筏板，基础底标高-8.5m，筏板厚度为1m，筏板长44.7m，宽28.45m。1m厚底板混凝土量1318.91m3。业务用房部分筏板底标高为-5.3m，筏板厚度为2m，筏板长26.05m，宽25.85m，混凝土量约1200m3。混凝土均为C30。住宅楼和业务用房部分筏板底标高相差3.2m，施工按先深后浅的顺序，先进行住宅楼±0.00以下基础混凝土的施工，后进行业务用房筏板混凝土的施工。本工程混凝土配合比选用见表1  
表1  混凝土配合比  
强度等级  水灰比  砂率（％）  每方原材料用量（kg/m3）  水化热（KJ）  
水泥  砂  石  粉煤灰  水  UEA  BD-1  115238  
C30P8  0.45  40  330  673  1030  132  205  36  9.8  
本工程于2002年4月开工，在住宅楼和业务用房筏板基础地板大体积混凝土的施工过程中，出现了3次较严重的混凝土裂缝现象。分别是住宅楼③－④轴线间施工阶段、业务用房②轴线施工阶段和④轴线施工阶段。  
2  原因分析  
根据几次裂缝产生的部位、施工操作方法、施工环境、材料用料情况及相应采取改进措施后的实施效果等因素，现场组织了多次专题会议对裂缝产生原因进行分析、研究。成因分析包括：  
2.1表面裂缝成因分析  
混凝土随着温度的升高（或降低）而体积发生膨胀（或收缩）的现象成为温度变形。大体积混凝土工程，结构截面大，水泥用量多，浇筑以后，水泥放出大量的水化热，混凝土温度升。由于混凝土导热不良，体积过大，相对散热较小，因此，混凝土内部水化热积聚不散发，外部则散热较快，内部升温产生压应力，表面产生拉应力[1]。当温度梯度大到一定程度，表面拉应力σ（t）超过混凝土的极限抗拉强度，混凝土表面就会产生裂缝。  
2.2  贯穿裂缝成因分析  
随着水泥水化反应的结束以及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段。随温度降低，体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发的，降温阶段混凝土温度场的分布仍就是中心温度高，表面温度低的状态，因此混凝土中心部分与表面部分的冷却程度不同，在混凝土内部产生较大的内约束，同时地基和边界条件也对收缩的混凝土产生较大的外约束。内外约束的作用使收缩的混凝土产生拉应力，大体积混凝土随龄期增长，强度增大，弹性模量提高，徐变影响减小。因此，降温收缩产生的拉应力较大，除了抵消升温时产生的压应力以外，在混凝土中形成了较高的拉应力，从而引起大体积混凝土的贯穿裂缝[2]。  
结合以往的经验，通过对各种情况的对比与试验分析，最终认为产生裂缝的原因很多,除了荷载、温度、收缩、不均匀沉降等原因外，还有以下几项原因：  
1、  原材料质量低劣：砂石含泥量过大、砂的细度模数太小。  
2、  配合比不当：坍落度和单方水泥控制不当。  
3、  施工方法不当：负弯矩钢筋被踩。养护时间短、二次收光时间不当、支模刚度不够。  
4、  人员因素：操作人员质量意识差、技术素质低、技术交底不祥。  
5、  环境因素：混凝土开浇时间控制不当：如太阳曝晒，出现了不均匀沉降的现象等。  
3  机理分析  
3.1  大体积混凝土对原材料的要求  
3.1.1水泥  
大体积混凝土施工宜采用低热水泥，水泥的水化热是其矿物成分与细度的函数，要降低水泥的水化热，主要是选择适宜的矿物成分和调整水泥粉末细度措施。为此该工程选用琉璃河水泥厂生产的P042.5水泥，4天水化热314KJ/Kg。  
3.1.2骨料  
应选用级配良好的骨料，粗骨料粒径在5～40ｍｍ，细骨料以中粗砂为宜，并应严格控制砂、石的含泥量，使其不超过3%和1%。  
3.1.3  活性混合材料  
本工程掺入一定量粉煤灰活性材料，“分解”水化热，同时改善混凝土和易性。掺入粉煤灰可保证设计强度不变的情况下，延长混凝土凝结时间，避免施工缝出现。掺入粉煤灰可降低混凝土徐变、干缩性和热膨胀系数，提高抗泌水性和离析，混凝土抗渗性显著增加。  
3.1.4外加剂  
大体积混凝土施工所用外加剂与普通混凝土有所不同，应具备下列特点：1）缓凝作用：外加剂的缓凝作用可使水泥水化放热速率减慢，有利于热量消散，使混凝土内部温升降低。2）高效减水作用：高效减水作用能大幅度减少混凝土拌和用水量，在W/C保持基本不变的情况下，可大幅度减少混凝土的水泥用量，亦即降低产生水化热的内因。本工程使用减水剂BD-1具有减水和缓凝双重作用，延长混凝土凝结时间，保证混凝土整体性浇筑，同时加长混凝土内部散热过程，避免温度裂缝。

大体积混凝土温度裂缝产生的原因控制措施  一、大体积混凝土温度裂缝产生的原因  1、混凝土内部和外部的温差过大会产生裂缝。温差裂缝的主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。  大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑，浇筑后，水泥因水化引起水化热，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不容易散发，混凝土内部温度将显著升高，而混凝土表面土则散热较快，形成了较大的温度差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，此时，混凝龄期短，抗拉强度很低。当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度，则会在混凝土的表面产生裂缝。  2、大体积混凝土施工，由于混凝土内部与表面散热速率不一样，在其表面形成较大的温度梯度，从而引起较大的表面拉应力。同时，此时混凝土的龄期很短，抗拉强度很低，温差产生的表面拉应力，超过此时的混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土表面产生表面裂缝。此种裂缝一般产生在混凝土浇筑后的第3天(升温阶段)。混凝土降温阶段，由于逐渐降温而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发以及胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。这两种收缩由于受到基底或结构本身的约束，也会产生很大的拉应力，直至出现收缩裂缝。