大体积混凝土

大体积混凝土工业与民用建筑中大体积混凝土越来越多，由于其体积大，表面小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝和收缩变形裂缝，影响结构安全和正常使用，所以必须从根本上进行分析，来保证施工的质量。大体积混凝土的定义大体积混凝土含义一般是指其体积大到必须采取措施处理水化热产生的温差，合理解决温差变形引起的应力，并控制裂缝的产生或限制裂缝开展的现浇混凝土。《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）中给予大体积混凝土定义：混凝土结构物实体最小尺寸不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。建筑工程大体积砼常出现的部位：厚大的地下室底板（特别是电梯井筒部位）、桩顶承台梁、转换梁或板、内筒外框架超高层的大截柱等。桥梁工程大体积砼常出现的部位：桥大直径桩基础、悬索桥的锚碇和桥塔的一些部位、斜拉桥桥塔的一些部位、连续梁桥的墩台梁等。大体积砼结构的特点由于高层基础多为砼体积较大的箱形、筏形和桩承台较大的基础，这种结构有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。外荷载引起裂缝的可能性很小。但水泥的水化反应过程中释放的水化热所产生的温度变化与砼收缩的共同作用，会产生较大温度应力和收缩应力，是大体积砼结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，所以必须控制温度应力和温度变形裂缝的开展。第一节大体积混凝土施工大量的工程实践证明：砼的温升和温差与表面系数有关，单面散热的结构断面最小厚度在75cm以上，双面散热的结构断面最小厚度在100cm以上，水化热行引起的砼内外最大温差预计可能超过25℃，应按大体积砼施工。施工特点:整体性要求比较高,要求连续浇筑。存在的问题：由于混凝土内部蓄热量大,温度应力增大,使得混土裂缝的控制问题成为设计及施工中的一个急需解决的重大问题。水泥水化反应过程中释放的水化热所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，成为大体积混凝土出现裂缝的主要原因。一、大体积混凝土的设计1.构造要求(l)大体积混凝土基础的工程设计除应满足设计规范及生产工艺的要求外,宜符合下列要求:①混凝土设计强度等级宜在C25一C40的范围内;②配置承受温度应力及控制温度裂缝开展的构造钢筋;③当大体积混凝土置于岩石类地基上时,宜在混凝土垫层上设置滑动层;④设计中应尽可能减少大体积混凝土外部约束。⑤设计单位提出温度场和应变的相关测试要求.(2)大体积混凝土工程施工前,应验算浇筑体的温度、温度应力及收缩应力,确定施工阶段升温峰值,内外温差及降温速率的控制指标,制定温控的技术措施。一般情况下,混凝土入模温度绝热温升值最大值不超过45℃;内外温差不超过30℃;降温速率为2.0℃/d。(3)大体积混凝土施工前,应掌握近期气象情况(如高温、寒潮等)。在冬期施工时,应制定相应措施。(4)大体积混凝土模板宜采用钢模板、木模板或钢木混合模板。2.混凝土配合比及其材料(l)经设计单位同意,当大体积混凝土的强度等级为C20以上时,可利用混凝土60天的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计的依据。(2)在保证设计所规定强度、耐久性等要求和满足施工工艺特性的前提下,应按照合理使用材料、减少水泥用量和降低混凝土的绝热温升的原则进行大体积混凝土配合比选择。(3)大体积混凝土配合比选择时应考虑应尽量减少水泥用量,使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度得到有效控制,以降低养护的费用。(4)大体积混凝土配合比设计应符合下列规定:①混凝土强度等级的设计依据可利用混凝土60天或90天后期强度。②混凝土拌合物,浇注时坍落度应低于160士20mm;水泥用量宜控制在230一459kg/m3(强度等级在C25一C40)。③拌合水用量不宜大于190kg/m3;④矿物掺合料的掺量,应根据工程的具体情况和耐久性要求确定;粉煤灰掺量不宜超过水泥用量的40%;矿渣粉的掺量不宜超过水泥用量的50%;两种掺合料的总量不宜大于混凝土中水泥重量的50%⑤水胶比不宜大于0.55;⑥砂率宜为38一45%;⑦拌合物泌水量宜小于10L/m3。⑧混凝土配合比应通过计算和试配确定,对泵送混凝土还应进行泵送试验;⑨混凝土配合比设计方法应按现「行的《普通混凝土配合比设计技术规程》执行;⑩混凝土的强度应符合国家现行的《混凝土强度检验评定标准》的有关规定。二、混凝土的浇筑1.施工要点为保证混凝土在浇筑时不发生离析，便于浇筑振捣密实和保证施工的连续性，施工时，应注意满足以下要求：(l)混凝土自由下落高度超过2m时，应采用串筒，溜槽或振动管下落工艺，以保证混泥土拌合物不发生离析。(2)混凝土的浇筑方法可采用分层连续浇筑或推移式连续浇筑不得随意留施工缝,并符合下列规定:①混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定。当采用泵送混凝土时,混凝土的摊铺厚度不宜大于600mm:当采用非泵送混凝土时,混凝土的摊铺厚度不宜大于400mm;1.施工要点②分层连续浇筑或推移式连续浇筑,其层间的间隔时间应尽量缩短,必须在前层混凝土初凝之前,将其次层混凝土浇筑完毕。层间最长的时间间隔应不大于混凝土的初凝时间。混凝土的初凝时间应通过试验确定。当层间间隔时间超过混凝土的初凝时间时,层面应按施工缝处理。(2)大体积混凝土施工采取分层浇筑混凝土时,水平施工缝的处理应符合下列规定:①清除浇筑表面的浮浆、软弱混凝土层及松动的石子,并均匀的露出粗骨料;②在上层混凝土浇筑前,应用压力水冲洗混凝土表面的污物,充分湿润,但不得有积水;③对非泵送及低流动度混凝土,在浇筑上层混凝土时,应采取接浆措施.(3)混凝土的拌制、运输必须满足连续浇筑施工以及尽量降低混凝土出罐温度等方面的要求,并应符合下列规定:①当炎热季节浇筑大体积混凝土时,混凝土搅拌场、站宜对砂、石骨料采取遮阳、降温措施;②当采用自备搅拌站时,搅拌站应尽量靠近混凝土浇筑地点,以缩短水平运输距离;③当采用泵送混凝土施工时,混凝土的运输宜采用混凝土搅拌运输车。混凝土搅拌运输车的数量应满足混凝土连续浇筑的要求。(4)在混凝土浇筑过程中,应及时清除混凝土表面的泌水。在大体积混凝土浇筑过程中,由于混凝土表面泌水现象普遍存在,为保证混凝土的浇筑质量,要及时清除混凝土表面泌水。因为泵送混凝土的水灰比一般比较大,泌水现象也比较严重,不及时清除,将会降低结构的混凝土质量。2.浇筑方案制定浇筑方案时，首先确定分层的厚度H及每层时间间隔T。分层厚度H，取决于采用的振捣设备；时间间隔T,与水泥及外加剂的种类和混泥土的温度有关，一般可取2h。当H,T确定后，根据结构尺寸，现场搅拌机的生产效率的因素，确定最后浇筑方案。浇筑方案一般有三种：1）.全面分层2）.分段分层3）.斜面分层第二节大体积混凝土温度裂缝产生的原因一、混凝土裂缝的类型1、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）：粘着裂缝：骨料与水泥石粘面上的裂缝水泥石裂缝：骨料间水泥浆中的裂缝骨料裂缝：存在于骨料本身的裂缝前两种形式的裂缝较多，且这些裂缝分布不规则、不贯穿，砼仍可承受拉力。2）宏观裂缝（宽度0.05mm以上肉眼可见的裂缝）：表面裂缝：表面拉应力大于砼极限抗拉强度时出现的裂缝贯穿裂缝：砼从高温降温引起砼收缩产生拉应力，当大于砼的极限抗拉强度时，混凝土的整个截面出现贯穿裂缝。深层裂缝：表面裂缝发展而成深层裂缝宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。(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，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。混凝土浇筑一定时间后，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。产生原因：1、由外荷载的直接应力（即按常规计算的主要应力）引起的裂缝。2、由结构的次应力（计算未考虑到的结构内部应力）引起的裂缝。•大体积混凝土的裂缝多由上述第三种原因引起。3、由变形变化（温度、收缩、不均匀沉降等）引起的裂缝。结构变形的内外约束：1、内约束：结构变形时，其内部各质点之间产生的约束；2、外约束：结构变形时，不同结构之间产生的约束。外约束分为：自由体、全约束、弹性约束（部分约束）建筑工程中的大体积混凝土，外约束应力占主要地位•约束情况：当变形受到约束产生的应力超过混凝土的抗拉强度时，就引起裂缝。大体积混凝土产生裂缝的原因设计方面施工方面采用过高强度等级的混凝土（设计强度过高，水泥用量过大）忽视配置控制温度和收缩变形的构造钢筋（温度应力和收缩应力变形不能受到约束）材料选用不当施工技术准备不周密浇筑过程施工措施不当浇筑后的养护和监控不完善1、设计方面大体积混凝土采用的强度等级日趋增高，出现C40～C55甚至更高强度等级的高强混凝土，设计强度过高，水泥用量过大，必然造成混凝土水化热过高，混凝土块体内外温差过大，温度应力容易超过混凝土的抗拉强度，产生开裂。对于大型基础底板，设计人员往往只重视满足强度和抗冲切要求的结构配筋和构造配筋，而忽视配置控制温度和收缩的构造钢筋，混凝土产生的温度应力和收缩应力变形不能受到足够的约束，从而产生裂缝现象。2、施工方面大体积混凝土裂缝主要产生于两个阶段：一是混凝土浇捣后的温升阶段,因混凝土内部与表面温差过大,致使表面产生较大拉应力,使混凝土表面开裂；二是在混凝土降温阶段，因混凝土内部降温速率过快，使混凝土内部产生较大拉应力，从而在混凝土内部产生贯穿性裂缝。施工段的划分及浇筑顺序不合理，组织安排不周密，模板使用不当，钢筋锈蚀严重或运输过程严重变形，以及混凝土浇筑过程中配合比、水灰比过大、养护不当等等，都可能引起大体积混凝土结构的变形裂缝。二、大体积混凝土温度裂缝产生的原因主要由温度变形、收缩变形导致内约束引起的表面裂缝外约束引起的深层裂缝砼浇筑初期，其内部与表面温差过大砼浇筑后期，砼降温、干缩变形引起的混凝土内部收缩受到外部约束建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。裂缝分为表面裂缝和贯通裂缝两种。故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，一方面是混凝土内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点间的内约束阻止这种应变，一