大體積混凝土施工裂縫產生的原因及應對措施，你都知道嗎？
背景分析：
近幾年來，全國各地工程規模日趨擴大，結構形式日益複雜，工業與民用建築中大體積混凝土越來越多。由於其體積大，表面小，水泥水化熱釋放比較集中，內部溫升比較快，當混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度裂縫和收縮變形裂縫，影響結構安全和正常使用，所以必須從根本上分析它，來保證施工的質量。
大體積混凝土結構特點：
由於高層基礎多為砼體積較大的箱形、筏形和樁承臺較大的基礎，這種結構有結構厚、體形大、鋼筋密、混凝土數量多、工程條件複雜和施工技術要求高等特點。外荷載引起裂縫的可能性很小。但水泥的水化反應過程中釋放的水化熱所產生的溫度變化與砼收縮的共同作用，會產生較大溫度應力和收縮應力，是大體積砼結構出現裂縫的主要因素。這些裂縫往往給工程帶來不同程度的危害，所以必須控制溫度應力和溫度變形裂縫的開展。
大體積混凝土的定義：
大體積混凝土含義一般是指其體積大到必須採取措施處理水化熱產生的溫差，合理解決溫差變形引起的應力，並控制裂縫的產生或限制裂縫開展的現澆混凝土。
《大體積混凝土施工標準》中給予大體積混凝土定義：混凝土結構物實體最小尺寸不小於lm的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土。
通過大量的工程實踐證明：砼的溫升和溫差與表面係數有關，單面散熱的結構斷面最小厚度在75cm以上，雙面散熱的結構斷面最小厚度在100cm以上，水化熱行引起的砼內外最大溫差預計可能超過25℃，應按大體積砼施工。
混凝土裂縫的類型與產生原因：
1、裂縫的種類：按裂縫的寬度不同，混凝土裂縫可分為“微觀裂縫”和“宏觀裂縫”兩種。
1）微觀裂縫（在尚未承受荷載的混凝土結構中存在著肉眼看不見的微觀裂縫其寬度為0.05mm以下）：
粘著裂縫：骨料與水泥石粘 面上的
水泥石裂縫：骨料間水泥漿中的裂縫
骨料裂縫：存在於骨料本身的裂縫
2）宏觀裂縫（寬度0.05mm以上肉眼可見的裂縫）：
表面裂縫：表面拉應力大於砼極限抗拉強度時出現的裂縫
貫穿裂縫：砼從高溫降溫引起砼收縮產生拉應力，當大於砼的極限抗拉強度時，混凝土 的整個截面出現貫穿裂縫。
深層裂縫：表面裂縫發展而成深層裂縫
宏觀裂縫是微觀裂縫擴展的結果。
(1)表面裂縫
大體積混凝土澆築初期，水泥水化熱大量產生，使混凝土的溫度迅速上升。但由於混凝土表面散熱條件較好，熱量可向大氣中散發，其溫度上升較少；而混凝土內部由於散熱條件較差，熱量不易散發，其溫度上升較多。混凝土內部溫度高、表面溫度低，則形成溫度梯度，使混凝土內部產生壓應力，表面產生拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就產生裂縫。
表面裂縫雖不屬於結構性裂縫，但在混凝土收縮時，由於表面裂縫處的斷面已削弱，易產生應力集中現象，能促使裂縫進一步開展。國內外對裂縫寬度都有相應的規定，如我國的混凝土結構設計規範，對鋼筋混凝土結構的最大允許裂縫寬度就有明確的規定：室內正常環境下的一般構件為0.3mm；露天或室內高溼度環境下為0.2mm。
（2）貫穿裂縫
大體積混凝土澆築初期，混凝土處於升溫階段及塑性狀態，彈性模量很小，變形變化所引起的應力很小，溫度應力一般可忽略不計。混凝土澆築一定時間後，水泥水化熱基本已釋放，混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結果引起混凝土收縮，再加上混凝土多餘水分蒸發等引起的體積收縮變形，受到地基和結構邊界條件的約束，不能自由變形，導致產生拉應力，當該拉應力超過混凝土極限抗拉強度時，混凝土整個截面就會產生貫穿裂縫。貫穿裂縫切斷了結構斷面，破壞了結構整體性、穩定性、耐久性、防水性等，影響正常使用。應當採取一切措施控制貫穿裂縫的開展。
（3）深層裂縫
- 基礎約束範圍內的混凝土，處在大面積拉應力狀態，在這種區域若產生了表面裂縫，則極有可能發展為深層裂縫，甚至發展成貫穿性裂縫。
- 深層裂縫部分切斷了結構斷面，具有很大的危害性，施工中是不允許出現的。
- 如果設法避免基礎約束區的表面裂縫，且混凝土內外溫差控制適當，基本上可避免出現深層裂縫和貫穿裂縫。
混凝土裂縫的三類原因：
- 由外荷載的直接應力（即按常規計算的主要應力）引起的裂縫。
- 由結構的次應力（計算未考慮到的結構內部應力）引起的裂縫。
- 由變形變化（溫度、收縮、不均勻沉降等）引起的裂縫。
大體積混凝土的裂縫多由上述第三種原因引起。當變形受到約束產生的應力超過混凝土的抗拉強度時，就引起裂縫。
混凝土基礎底板內部溫差引起的溫度應力分佈：
結構變形的內外約束：
- 內約束：結構變形時，其內部各質點之間產生的約束；
- 外約束：結構變形時，不同結構之間產生的約束。
外約束分為：自由體、全約束、彈性約束（部分約束）
建築工程中的大體積混凝土，外約束應力佔主要地位.
大體積混凝土產生裂縫的主要原因
1、設計方面
大體積混凝土採用的強度等級日趨增高，出現C40～C55甚至更高強度等級的高強混凝土，設計強度過高，水泥用量過大，必然造成混凝土水化熱過高，混凝土塊體內外溫差過大，溫度應力容易超過混凝土的抗拉強度，產生開裂。
對於大型基礎底板，設計人員往往只重視滿足強度和抗衝切要求的結構配筋和構造配筋，而忽視配置控制溫度和收縮的構造鋼筋，混凝土產生的溫度應力和收縮應力變形不能受到足夠的約束，從而產生裂縫現象。
2、施工方面
大體積混凝土裂縫主要產生於兩個階段：
- 混凝土澆搗後的溫升階段,因混凝土內部與表面溫差過大,致使表面產生較大拉應力,使混凝土表面開裂；
- 在混凝土降溫階段，因混凝土內部降溫速率過快，使混凝土內部產生較大拉應力，從而在混凝土內部產生貫穿性裂縫。
施工段的劃分及澆築順序不合理，組織安排不周密，模板使用不當，鋼筋鏽蝕嚴重或運輸過程嚴重變形，以及混凝土澆築過程中配合比、水灰比過大、養護不當等等，都可能引起大體積混凝土結構的變形裂縫。
混凝土結構裂縫的控制:
設計方面
構造方面
合理配筋：
- 在構造設計方面進行合理配筋，對混凝土結構的抗裂有很大作用。工程實踐證明，當混凝土牆板的厚度為400~600mm時，採取增加配置構造鋼筋的方法，可使構造筋起到溫度筋的作用，能有效提高混凝土的抗裂性能。
- 配置的構造筋應儘可能採用小直徑、小間距。例如配置直徑6~14mm、間距控制在100~150mm。按全截面對稱配筋比較合理，這樣可大大提高抵抗貫穿性開裂的能力。進行全截面配筋，含筋率應控制在0.3％~0.5％之間為好。
- 對於大體積混凝土，構造筋對控制貫穿性裂縫作用不太明顯，但沿混凝土表面配置鋼筋，可提高面層抗表面降溫的影響和幹縮。
設計方面
設置滑動層
由於邊界存在約束才會產生溫度應力，如在與外約束的接觸面上全部設置滑動層，則可大大減弱外約束。如在外約束的兩端的1／4~1／5的範圍內設置滑動層，則結構的計算長度可折減約一半，為此，遇有約束強的岩石類地基、較厚的混凝土墊層等時，可在接觸面上設置滑動層，對減少溫度應力將起到顯著作用。
滑動層的做法有：塗刷兩道熱瀝青加鋪一層瀝青油氈；或鋪設10~20mm厚的瀝青砂；或鋪設50mm厚的砂或石屑層等。
設置應力緩和溝
設置應力緩和溝，即在結構的表面，每隔一定距離(一般約為結構厚度的1/5)設一條溝，設置應力緩和溝後，可將結構表面的拉應力減少20％~50％，可有效地防止表面裂縫。這種方法是日本清水建築工程公司研究出的一種防止大體積混凝土開裂的方法。我國已用於直徑 60mm、底板厚3.5~5.0m、容量1.6萬m3的地下罐工程，並取得良好效果。應力緩和溝的形式，如圖3-11所示。
材料方面
合理選用外加劑
混凝土的泌水處理：
大體積混凝土施工，由於採用大流動性混凝土分層澆築，上下層施工的間隔時間較長(一般為1.5~3h)，經過振搗後上湧的泌水和浮漿易順混凝土坡面流到坑底。當採用泵送混凝土施工時，泌水現象尤為嚴重，解決的辦法是在混凝土墊層施工時，預先在橫向上做出2cm的坡度；在結構四周側模的底部開設排水孔，使泌水從孔中自然流出；少量來不及排除的泌水，隨著混凝土澆築向前推進被趕至基坑頂端，由頂端模板下部的預留孔排至坑外。
當混凝土大坡面的坡腳接近頂端模板時，應改變混凝土的澆築方向，即從頂端往回澆築，與原斜坡相交成一個集水坑，另外有意識地加強兩側模板外的混凝土澆築強度，這樣集水坑逐步在中間縮小成小水潭，然後用軟軸泵及時將泌水排除。採用這種方法適用於排除最後階段的所有泌水，如圖3-17所示。
5、混凝土的表面處理
1）處理程序
初凝前一次抹壓→臨時覆蓋塑料膜→混凝土終凝前1~2h掀膜二次抹壓→覆膜
2）混凝土表面泌水應及時引導，集中排除。
3）混凝土表面浮漿較厚時，應在混凝土初凝前加粒徑為2~4cm的石子漿，均勻撤布在混凝土表面用抹子輕輕拍平。
4）四級以上風天或烈日下施工應有遮陽擋風措施。
5）當施工面積較大時可分段進行表面處理。
6）混凝土硬化後的表面塑性收縮裂縫可灌注水泥素漿刮平。
6、混凝土的養護與溫控
1）蓄熱法養護混凝土：盛夏，混凝土終凝後立即覆蓋塑料膜和保溫層。保溫層厚度及保溫層外是否再加一層塑料膜，通過計算決定。
2）當設計無特殊要求時，混凝土硬化期的實測溫度應符合下列規定：
① 混凝土內部溫差(中心與表面下100或50mm處)不大於20℃；
② 混凝土表面溫度(表面以下100或50mm)與混凝土表面外50mm處的溫度差不大於25℃；對補償收縮混凝土，允許介於30~35℃之間；
③ 混凝土降溫速度不大於1.5℃/d；
④ 撤除保溫層時混凝土表面與大氣溫差不大於20℃。
3）混凝土的養護期限：除滿足上條規定外，混凝土的養護時間自混凝土澆築開始計算，使用普通硅酸鹽水泥不少於14d，使用其他水泥不少於21d，炎熱天氣適當延長。
4）養護期內(含撤除保溫層後)混凝土表面應始終保持溫熱潮溼狀態(塑料膜內應有凝結水) 。
7、測溫
- 使用普通玻璃溫度計測溫：測溫管端應用軟木塞封堵，只允許在放置或取出溫度計時打開。溫度計應系線繩垂吊到管底，停留不少於3min後取出迅速查看溫度。
- 使用建築電子測溫儀測溫：附著於鋼筋上的半導體傳感器應與鋼筋隔離，保護測溫探頭的插頭不受汙染，不受水浸，插入測溫儀前應擦拭乾淨，保持乾燥以防短路。也可事先埋管，管內插入可週轉使用的傳感器測溫。
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