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第四章大体积混凝土基础结构施工 本章主要讲述： 1、混凝土裂缝 2、混凝土温度应力 3、防止混凝土温度裂缝的技术措施 4、大体积混凝土基础结构施工 4.1 混凝土裂缝 混凝土是多种材料组成的非匀质材料，它具有较 高的抗压强度、良好的耐久性及抗拉强度低、抗变 形能力差、易开裂等特性。 近代混凝土的研究证明，在不同的受力状态下， 混凝土的破裂过程，实际上是和“微观裂缝”的发展 相关联的。 一、裂缝的种类及产生原因 （一）裂缝的种类 按裂缝的宽度不同，混凝土裂缝可分为“微观裂缝”和“宏 观裂缝”两种。 1．微观裂缝 在尚未承受荷载的混凝土结构中存在着肉眼看不见的微 观裂缝，其宽度为0.05mm以下。微观裂缝主要有三种，如 图3-1所示。 (1)粘着裂缝，即沿着骨料周围出现的骨料与水泥石粘面 上的裂缝。 (2)水泥石裂缝，即分布在骨料间水泥浆中的裂缝。 (3)骨料裂缝，即存在于骨料本身的裂缝。 上述三种微观裂缝中，粘着裂缝和水泥石裂缝较多，而 骨料裂缝较少。 微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则的，沿截面是 不贯穿的。有微观裂缝的混凝土可以承受拉力，但结构物 的某些受拉较大的薄弱环节，微观裂缝在拉力作用下，很 容 易串连贯穿全截面，最终导致较早的断裂。 2.宏观裂缝 宽度不小于0.05mm的裂缝是肉眼可见裂缝，亦称为宏观 裂缝，宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。 在建筑工程中，微观裂缝对防水、防腐、承重等不会引 起危害，具有微观裂缝结构则假定为无裂缝结构。 设计中所谓不允许出现裂缝，是指宽度无大于0.05mm的 初始裂缝。有裂缝的混凝土是绝对的，无裂缝的混凝土是 相对的。 产生宏观裂缝一般有外荷载、次应力和变形变化 三种起因，前两者引起裂缝的可能性较小，后者是 导致混凝土产生宏观裂缝的主要原因，这种裂缝又 可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝，如图3-2所 示。 (1)表面裂缝 大体积混凝土浇筑初期，水泥水化热大量产生，使混凝土的温度迅速上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，其温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，热量不易散发，其温度上升较多。混凝土内部温度高、表面温度低，则形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。 表面裂缝虽不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于表面裂缝处的断面已削弱，易产生应力集中现象，能促使裂缝进一步开展。 国内外对裂缝宽度都有相应的规定，如我国的混凝土结构设计规范(GB50-89)，对钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度就有明确的规定：室内正常环境下的一般构件为0.3mm；露天或室内高湿度环境下为0.2mm。 (2)贯穿裂缝 大体积混凝土浇筑初期，混凝土处于升温阶段及塑性状态，弹性模量很小，变形变化所引起的应力很小，温度应力一般可忽略不计。 混凝土浇筑一定时问后，水泥水化热基本已释放，混凝土从最高温逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上混凝土多余水分蒸发等引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束，不能自由变形，导致产生拉应力，当该拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，混凝土整个截面就会产生贯穿裂缝。 贯穿裂缝切断了结构断面，破坏了结构整体性、 稳定性、耐久性、防水性等，影响正常使用。应当 采取一切措施控制贯穿裂缝的开展。 (3)深层裂缝 基础约束范围内的混凝土，处在大面积拉应力状态，在 这种区域若产生了表面裂缝，则极有可能发展为深层裂 缝，甚至发展成贯穿性裂缝。深层裂缝部分切断了结构断 面，具有很大的危害性，施工中是不允许出现的。如果设 法避免基础约束区的表面裂缝，且混凝土内外温差控制适 当，基本上可避免出现深层裂缝和贯穿裂缝。 （二）裂缝产生的原因 大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构物的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度的裂缝。总结大体积混凝土产生裂缝的工程实例，产生裂缝的主要原因如下： 1.水泥水化热的影响 水泥在水化过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源，试验证明每克普通水泥放出的热量可达500J。 由于大体积混凝土截面的厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，会引起混凝土内部急骤升温。水泥水化热引起的绝热温升，与混凝土厚度、单位体积水泥用量和水泥品种有关，混凝土厚度愈大，水泥用量愈多，水泥早期强度愈高，混凝土内部的温升愈快。 大体积混凝土测温试验研究表明：水泥水化热在1～3d放出的热量最多，大约占总热量的50％左右；混