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基础混凝土的裂缝分析与控制

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2019-11-28 21:49

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【摘要】基础混凝土裂缝问题是一个相当普遍的质量问题，该文分析了基础混凝土裂缝形成的原因，并通过工程实例提出了控制基础混凝土裂缝的措施。

【关键词】基础混凝土裂缝控制收缩

1 前言

在混凝土基础工程施工中，存在比较突出的问题就是混凝土的裂缝控制问题，近年来，随着建设规模的日趋增大，超大混凝土结构日益增多，工程裂缝控制技术难度更大。基础混凝土的裂缝控制涉及设计、材料、施工等多方面，所以应采用综合治理措施加以防范。现就分析基础混凝土产生裂缝的主要原因，制定控制裂缝的具体措施，并在工程中实施，效果显著。

2 基础混凝土产生裂缝的主要原因

2.1变形

可能引起开裂的变形主要是收缩，影响较大的收缩如下：

（1）干缩：停止养护后，环境相对湿度低于100%，混凝土干缩即开始。影响收缩的主要因素是骨料的品种和用量。当骨料的品种一定时，1立方米混凝土中骨料用量越大，则干缩越小。当水泥用量不变时，水灰比越大时，干缩也越大。

（2）温度收缩和自收缩：在目前大量使用低水灰比和较大水泥用量的混凝土中，早期收缩最重要的就是温度收缩和自收缩；如果养护不当，再加上较大的干缩，就产生较大的裂缝。混凝土在凝结硬化的过程中，水泥水化会释放出大量的水化热，基础的混凝土由于体积大，基础中心的水化热难以释放出去，而混凝土表面散热较快，混凝土表面会收缩而产生拉应力，此时混凝土的抗拉性能不足以抵抗混凝土表面的拉应力会形成裂缝。随着水泥实际强度的提高、比表面积的增大，水化热也相应较大，当要求混凝土具有较高早期强度而增加水泥用量时，使厚度为仅50cm的混凝土构件也需要控制内部温度的变化。有实验数据证明，当混凝土温度下降15℃时，收缩约148微应变。当构件与外界无水分交换情况下，水泥水化时消耗浆体内部自身的水分而产生的。自收缩从混凝土初凝就开始产生。在一天内发展最快，3天以后减慢，此后就发展得很缓慢了。胶凝材料（包括水泥和活性掺和料）的活性越大、水灰比越低，则自收缩越大。

2.2施工的影响

（1）温度控制和开裂的关系

养护不仅是保持足够的湿度以满足水化的要求，而且要在不同的环境温度下控制内外温差、控制升温、降温的速率。温度控制不当是造成混凝土早期开裂的重要原因之一。例如某工程混凝土基础在拆模板时正值混凝土内部温度上升很快的时候，结果及时浇水使混凝土表面立刻产生裂缝。但也拆模时间应当考虑混凝土的温度和湿度，如某工程高强混凝土构件因延迟到两周才拆模浇水养护，结果构件出现最大宽度0.7mm的通长裂缝。[page]

（2）养护方法不当

养护条件对混凝土的收缩影响很大。传统的在混凝土构件表面覆盖草袋的保温方法已难以准确控制。随着基础混凝土板厚的增加，保温层材料的选取及厚度的控制，均需准确的控制指标。如果保温层太薄，则混凝土易产生裂缝；保温层太厚，则基础混凝土的水化热难以放出去。

（3）其他

施工对基础混凝土裂缝的影响及其复杂，须针对具体工程的环境整因素综合考虑，如夏季基础混凝土浇筑温度如果低于外界气温很多，则表面硬化速度较快，此时混凝土内部升温后产生的膨胀力会使硬化的表面产生拉应力而开裂。还有如模板、浇筑顺序、振捣方式、施工缝的间距等，都对混凝土的质量有明显的影响。此外构件的构造配筋、钢筋保护层厚度等也都对混凝土开裂的控制有影响。还有基础设计的不合理也能使基础混凝土承受过强的约束作用而产生裂缝以及地基的不均匀沉降也会使基础混凝土产生裂缝。

3 控制基础混凝土裂缝的措施

实践证明，控制早期裂缝特别是控制早期微裂缝的措施是：降低混凝土拌合物温度；减少混凝土早期强度增长速度；控制混凝土中的水泥用量；用粉煤灰取代部分水泥，合理选用骨料；在拌合物中引入约4%体积的气体。因此，控制裂缝要从施工的每一个环节上精心组织以达到控制裂缝的目的。

（1）要避免高早强混凝土，控制2d内混凝土强度的增长速度，对工期较长的基础混凝土工程，可以推迟混凝土强度验收时间。

（2）基础混凝土的几何形状设计时几何形状尽量简单，减少约束，减少应力集中；合理配筋，采用小直径、小间距配筋，以增加抗裂性能。

（3）选用低C3A、C3S，低碱，低比表面积的的水泥、掺入磨细矿渣等抗裂性好的矿物掺合料，石灰岩等热膨胀系数小的粗骨料，减小水泥用量，适量使用引气剂。

（4）施工中采取正确的施工浇筑顺序，振捣方式，测试基础混凝土内部温度和应力的变化，根据实测结果及时调整养护措施。避免当混凝土内部温度达到高峰时浇水养护。控制养护时间，不得随意延长养护时间。

4 工程实例

某工程筏形基础底板厚2.4m，局部厚达到6.4m东西向长88m、南北向长77.5m，属高难度的超长、超宽、超厚大体积混凝土结构，混凝土设计强度等级C35，抗渗等级P10，总浇筑量为15000m3，浇筑时间为冬季。[page]

4.1 设计方面的措施

选用中低强度等级的混凝土，基础底板采用C35商品混凝土，采用60d强度评定混凝土强度等级。底板上、下层钢筋采用￠32钢筋，局部配有￠25钢筋，中层钢筋采用￠14钢筋，双向间距均为150mm，配筋率为0.765%。

4.2混凝土原材料和配合比方面的技术措施

水泥采用32.5级普通硅酸盐水泥。选用质地坚硬、级配良好的低碱活性天然中砂、粗砂。含泥量不大于1%、细度模数为2.5~3.1，砂率在40%~45%范围内；选用5~25的低碱自然连续级配的碎石，含泥量不大于1%，针状和片状颗粒含量不大于15%。抗渗等级比设计要求提高一级，水灰比控制在0.4~0.5；胶凝材料的总量在420Kg/m3以下；混凝土初凝时间在12h以上；选用颗粒活性高的Ⅰ级粉煤灰，使粉煤灰中的高活性物质消耗吸收混凝土中的碱，降低混凝土的碱含量，避免碱集料反应产生的裂缝，同时，可改善混凝土的和易性，减少水泥用量，降低水化热，降低混凝土内外温差，抑制混凝土产生温度裂缝，并可使混凝土的强度前期增长相对较慢；掺加WDN-7高效减水剂，改善混凝土拌合物的和易性，增加塌落度，减少塌落度损失，减少用水量，节约水泥，且后期强度增长明显提高，可大大改善和提高混凝土各项物理力学性能；采用60强度评定混凝土的强度等级；适量掺入S75磨细矿粉，发挥其填充作用、火山灰效应及微珠效应；混凝土的碱含量不大于3 Kg/m3。混凝土配合比是：

材料

P.O32.5级水泥

水

Ⅱ区中砂

石子

Ⅰ级粉煤灰

S75磨细矿粉

WDN-7高效减水剂

单位（Kg/m3）

247

170

777

1034

100[page]

注：水胶比 0.41、砂率43%。

4.3施工方面的技术措施

2.4m厚基础底板按600mm厚分四步浇筑到顶，斜面每层浇筑厚度不超过600mm，以1∶6~1∶10的薄层浇筑，一次到顶。并保证上层混凝土覆盖已浇混凝土的时间不超过混凝土初凝时间。现场控制混凝土入模温度在5℃。混凝土输送管用保温材料包裹。

为提高混凝土表面的抗裂性能，在基础底板混凝土浇筑后，用刮尺将混凝土表面刮平后，将2.5cm×2.5cm电焊钢丝网压入混凝土内，标高控制在底板顶标高下20mm处，随混凝土浇筑的进行随时铺放，及时用木抹子将混凝土表面抹平，待混凝土收水后，用混凝土槎平两次，闭合混凝土面层的收缩裂缝。

通过计算，需用10cm厚的保温材料覆盖。因此，基础底板混凝土养护采用一层不透水、不透气的塑料薄膜和两层保温被严密覆盖进行保湿和控温养护，养护时间进行30d，养护期间严格控制内外温差不大于25℃，混凝土降温速率小于1.5℃/d及表面温度与大气温度之差不大于25℃，从而有效避免出现有害裂缝。

4.4温度监测情况

系统监测自基础底板混凝土浇筑开始，设置混凝土测温点42个和环境测温点4个，共计46个，全天侯24h连续监测30d，如实反映了混凝土浇筑过程中内外温差、降温速度及环境温度。测温报警温差设置为25℃。从监测结果看出，测温点中最高温度峰值为55.56℃，相邻测温点温差均未超过监测报警温差25℃，没有产生较大的温度梯度。

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