高层建筑大体积混凝土基础裂缝的分析控制

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摘要: 随着现代工程建设的快速发展,大体积混凝土在高层建筑工程中的应用日益广泛，由于水泥水化过程中释放的水化热会引起温度的较大变化和收缩的作用，产生的温度应力和收缩应力是导裂缝导致混凝土产生的裂缝的主要原因。本文比较系统的阐述了大体积混凝土的基本概念和其特点，并着重分析了大体积混凝土结构裂缝产生的机理和原因，从而总结出了控制混凝土产生裂缝的一些措施，避免裂缝的产生。

关键词:大体积混凝土，温度裂缝，控制措施

Abstract: with the rapid development of modern engineering construction, big volume concrete in high-rise building engineering of wide application, because the cement hydration process of the release of the hydration heat can cause great changes of temperature and shrinkage effect, produce the temperature stress and shrinking stress cracks in the concrete is the main cause of cracks generated. This paper makes a comparison of the system are introduced the basic concept and its concrete characteristics, and focusing on the analysis of the mass concrete structural cracks mechanism and causes, and summarizes the concrete crack control some measures to avoid the cracking of the.

Keywords: mass concrete, temperature crack, control measures

中图分类号： TV544+.91文献标识码：A 文章编号：

一、前言

随着我国高层建筑的开发建设，大体积混凝土结构已成为高层建筑的重要组成部分，高层建筑往往受到较大载荷的影响，一般需要大体积混凝土进行浇筑。与普通混凝土的有所不同，大体积混凝土设计的强度要高，截面尺寸较大，浇注量很大，使得水泥产生的水化热引起的温度变化和收缩作用，极易产生变形和裂缝，直接的影响混凝土的强度和质量，因此，为了有效地大体积混凝土产生裂缝，需要采取一些措施控制裂缝的产生，从而保证高层建筑结构的质量安全。

二、大体积混凝土的定义

目前关于大体积混凝土的定义，尚无统一的定论。美国混凝土协会的定义为：任何就地浇筑的混凝土，其尺寸要大，同时要解决好水化热以及由此引起的体积的变形问题，最大程度上减少混凝土产生裂缝。而日本建筑学会规定：结构断面的尺寸至少为800mm,同时由水化热引起的混凝土内部的温度，预计比其表面温度要高25℃。

我国对大体积混凝土的定义还不严格，其设计规程认为：混凝土结构物的实体的尺寸要大于等于1000mm,或者由于水化热引起的内外表面的温度之差引起混凝土的开裂。大体积混凝土除了尺寸大之外，更重要的是混凝土内部的水化热不容易散失，在外界环境或是混凝土内力的作用下，容易导致温度收缩裂缝的产生，因此，仅用混凝土的几何尺寸来表征是不够严密的。同样情况，仅用水化水化热引起的内外表面的温度之差定义也是不够科学的。因此，对于大体积混凝土的定义要准确度的反映混凝土的工程的性质，首先混凝土结构的几何尺寸要大，其次必须采取措施解决由水化热引起的内外温差导致混凝土的开裂问题，以控制裂缝开裂的最小程度，这种混凝土就称之为大体积混凝土。

三、大体积混凝土基础的特点

(1) 大体积混凝土的结构尺寸大、用量多、工程条件极为复杂以及施工技术难度高等特点。由于大体积混凝土的结构尺寸较大，外力作用引起裂缝的可能性可以忽略，然而混凝土的水化所引起内外的温差变化以及混凝土的收缩作用，是导致混凝土开裂的主要原因。

（2）高层建筑中的大体积混凝土还具有：混凝土的强度级别要求较高，混凝土浇筑用量较多，使得容易产生收缩变形，同时，与坝体混凝土相比，其结构尺寸较小，使得水化热的温度上升较快，散热降温也很快，混凝土的降温和收缩是导致混凝土开裂的主要原因。

四、大体积混凝土结构设计与施工的特点

大体积混凝土结构与一般的混凝土的结构不尽相同，它有自己一些的特点。

（1) 混凝土属于脆性的材料，其抗压强度为抗拉强度的十倍，但拉伸变形较小。

（2) 大体积混凝土的尺寸较大，混凝土浇筑以后，由于水化热的作用使得内部的温度升高，徐变量很大，此时由温度升高引起的压力变化不大，弹性模量也较小，然而，随着温度的逐渐下降，徐变逐渐变小，弹性模量变大，拉应力在一定的约束条件下也会相应的变大。

（3) 由于大体积混凝土大都暴露在外面，表面极易与空气和水接触，随着气温和水温的变化使得在大体积混凝土结构中会产生很大的拉应力。

（4) 大体积混凝土结构一般所配钢筋的数量很少或者几乎不配，当外界出现拉应力的时候，只能依靠混凝土本身来承受此力。

五、大体积混凝土结构裂缝的产生机理

（1）表面裂缝 大体积混凝土就地浇筑完之后，水泥水化过程中产生的大量的水化热，由于大体积混凝土结构的截面尺寸很大， 内部大量的水化热不能及时有效地散失，使得内部的温度很高，而其表面的温度散失较快，使得内外表面的温度形成温度梯度，内部产生压应力的作用，外部引起拉应力的作用，随着拉应力的逐渐增大，增大到超过混凝土的抗拉强度时，就会导致混凝土裂缝的产生。

（2）基础贯穿裂缝 大体积混凝土就地浇筑的前期，混凝土处于升温和塑性阶段，弹性模量很小，尽管徐变很大，但徐变引起的应力变化很小。然而随着温度的逐渐降低，热量逐渐的散发掉，当达到施工期所需的最低温度，此时引起的基础温差引起的变形和水分蒸发引起的体积收缩变形，在受到地基和混凝土结构边界条件约束的作用下，进而产生相当大的拉应力，当此拉应力增大到超过混凝土的抗拉强度时，会导致混凝土的整个截面贯穿裂缝的产生。

六、大体积混凝土结构裂缝的产生原因

（1）温度应力的影响 由于大体积混凝土一次就地浇筑的量较大，造成内部的温度不均产生温度应力及增大开裂的产生。混凝土温度的变化是产生温度应力的前提条件，根据产生应力的原因，将混凝土的温度应力分为自生应力和约束应力两种。

（2）组成材料的影响 水泥作为混凝土的重要组成部分，是导致混凝土温度收缩的主要原因之一。由于水泥的几种基本成分与水的作用不尽相同，混凝土温度的上升主要是由于水泥产生的水化热引起的，铝酸三钙的水化热最大，硅酸二钙的水化热最小。同时掺和一定量的掺合料，可以有效地降低混凝土的温升；或者掺和一定量具有增塑、缓凝的添加剂，可以有效提高混凝土的强度，降低了水化热。

（3）环境温度的影响 大体积混凝土浇筑施工期间， 外界环境温度的变化对混凝土的开裂的影响尤为显著。外界环境温度越高，就地浇筑的温度也就越高，使得混凝土内部的水化热不易散失，增大裂缝的产生；外界温度越低，其表面的温度也相应的很低，使得混凝土内外的温差很大，温度应力也相应的很大，对大体积混凝土的影响很不利。

七、大体积混凝土基础裂缝的控制措施

（1）选择合理的原材料，科学合理配置混凝土的配合比。这样可以有效地增大其抗裂性能，比如选择低热的水泥品种，同时掺用一些混合材料，掺入适量的粉煤灰，可以有效地降低混凝土的水化热。

（2）选择科学的施工措施，改进混凝土的施工质量。采用分层、分段的进行浇筑，同时，运用二次捣振，一定程度上提高混凝土的抗裂性能。

（3）改善混凝土的边界条件和构造设计。钢筋的配置要合理，设置滑动、缓冲层以及应力缓和沟等。

（4）加强混凝土的保温和养护功能，同时加强混凝土的检测。

八、结论

由于大体积混凝土结构截面尺寸较大，浇筑的用量多，导致水泥水化过程中释放的水化热会引起温度的较大变化和收缩的作用，产生的温度应力和收缩应力是导裂缝导致混凝土产生的裂缝的主要因素。本文通过分析大体积混凝土结构产生的因素和原因，总结出一些诸如加强混凝土的保温和养护等控制裂缝产生的一些措施，尽可能避免有害裂缝的出现，从而保证了混凝土的质量。

参考文献

[1] 黎平.大体积混凝土基础结构裂缝控制技术的应用研究.重庆大学硕士学位论文.2006

[2] 朱凯.高层建筑大体积混凝土基础裂缝的分析与控制.华中科技大学硕士学位论文.2006

[3] 冯乃谦.实用混凝土大全（第二版）.北京: :科学出版社,2005

[4] 洪磊.混凝土性能及新型混凝土技术.大连:大连理工出版社.2005

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