大体积混凝土工程

高层施工第三章大体积混凝土工程3防止混凝土温度裂缝技术措施4大体积混凝土基础结构施工1混凝土裂缝2混凝土的温度应力P176-P213大体积混凝土高层施工大体积混凝土高层施工大体积混凝土高层施工§3.1大体积混凝土概述1.大体积混凝土的形式1）箱基、筏板的钢筋混凝土底板2）桩基中常有较大厚度的承台3）转换层结构中也有较厚重的转换梁板其中高层建筑基础底板、构筑物基础、设备基础、桥梁墩台、深梁、混凝土大坝2.大体积混凝土结构的裂缝产生的原因裂缝产生的原因为温度变化和混凝土收缩而产生温度应力与收缩应力而导致裂缝的出现。如何控制温度应力和裂缝的开展，成为大体积混凝土施工中一个重要课题。概述高层施工3.大体积混凝土的定义：1）日本建筑学会标准规定：“结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土。2）国内规定：混凝土结构实体最小尺寸大于等于1米，或预计会因为水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。注意：大体积混凝土不是由其绝对截面尺寸的大小决定的，而是由水化热引起的温度收缩应力来定性的，但水化热的大小又与截面尺寸有关。实例：盲目将厚度大于80mm的混凝土作为大体积混凝土施工，或者厚度小于80mm而水化热较大的工程未作大体积混凝土施工都会带来不良的影响。概述高层施工§3.2混凝土裂缝1.裂缝理论：唯像理论，统计理论，构造理论，分子理论，断裂理论2.裂缝种类maxmax0.05mm0.05mm骨料与水泥石结合面上粘着裂缝，微观裂缝水泥石裂缝裂缝骨料本身裂缝，宏观裂缝大体积混凝土的裂缝高层施工§3.2混凝土裂缝大体积混凝土的裂缝高层施工大体积混凝土的裂缝高层施工3.混凝土裂缝产生原因1）变形a.由外荷载直接应力引起b.由结构次应力引起c.由变形变化引起(即由温度、收缩、不均匀沉降、膨胀等原因引起)其中由a，b形成的荷载裂缝占20%左右；c形成的非荷载裂缝占80%左右。§3.2混凝土裂缝大体积混凝土的裂缝高层施工2)约束a.外约束：不同结构之间的约束自由体：变形最大，应力为零外约束全约束：应力最大，变形为零弹性约束：既有应力也有变形b.内约束是当结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起各质点变形的相互约束（即结构内部各质点之间的约束）。注意：结构变形和外约束引起的应力为裂缝研究的重点。§3.2混凝土裂缝大体积混凝土的裂缝高层施工4.大体积混凝土特点：截面大，水泥用量大，水泥水化热产生较大的温度变形进而形成温度应力。5.大体积混凝土的裂缝种类1）表面裂缝。2）深层裂缝3）贯穿裂缝最大裂缝宽度的规定a.一类环境（室内正常环境）：为0.3mm，b.二类环境（露天或室内高湿环境）：为0.2mm.§3.2混凝土裂缝大体积混凝土的裂缝轻骨料混凝土梁普通混凝土梁高层施工高层施工大体积混凝土的裂缝高层施工大体积混凝土的裂缝高层施工高层施工高层施工高层施工6.裂缝的影响1）由温度收缩应力引起的初始裂缝不影响结构瞬时承载力，但对结构耐久性与防水性能产生影响。2）当裂缝宽度为0.1~0.2mm时，早期有轻微渗水，经过一段时间可自愈。3）当裂缝宽度为0.2~0.3mm时，渗水量与裂缝宽度的三次方成正比，应进行化学灌浆处理。7.裂缝产生过程（两阶段）1）混凝土浇筑初期：内部压，面层拉。当拉应力超过混凝土抗拉强度时就会引起裂缝。2）混凝土浇筑数日后。降温收缩→受约束→温度应力→引起裂缝。§3.2混凝土裂缝大体积混凝土的裂缝高层施工8.大体积混凝土产生裂缝的主要原因1）水泥水化热：水泥水化热与混凝土厚度、单位体积水泥用量、水泥品种等有关。3～5天达最高温度。2）约束条件：无约束时温差达25℃~30℃也可能不会开裂3）外界气温变化：混凝土内部温度为浇筑温度、水化热温升等的叠加，气温越高，浇筑温度越高。4）混凝土收缩变形：混凝土拌合水20%为必须，80%被蒸发。产生干燥收缩。T变形（温差）（线膨胀系数）§3.2混凝土裂缝混凝土温度应力高层施工1.计算温度应力的基本假定1）温度应力的理论研究①1934年苏联人MacJIOB利用无限刚性的基本假定，第一次计算出温度应力②1961年日本人森忠次研究了温度应力和地基刚度的非线性关系③中国水利电力科学研究院潘家铮、朱伯芳对混凝土坝的温度应力进行研究和试验，有很多成果。注：由于大体积混凝土承受的温差和约束主要是有外约束所引起的均匀温差和均匀变形。可采用王铁梦的计算方法较接近实际。§3.3混凝土温度应力混凝土温度应力高层施工2）高层建筑基础工程大体积混凝土的特点①混凝土强度级别较高，水泥用量较大，因而收缩变形大；②均为配筋结构，配筋率较高，抗不均匀沉降的受力钢筋的配筋率多在0.5％以上，配筋对控制裂缝有利；③几何尺寸不十分巨大，水化热升温较快，降温散热亦较快，因此，降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素。④地基一般比坝基弱，地基对混凝土底部的约束也比坝基弱，因而地基是非刚性的。（约束弱）⑤控制裂缝的方法主要是依靠合理配筋、改进设计、采用合理的浇筑方案和浇筑后加强养护等措施，以提高结构的抗裂性和避免引起过大的内外温差而出现裂缝。§3.3混凝土温度应力混凝土温度应力高层施工2.温度应力计算理论内容P180-P1921）变形：在荷载作用下，不仅有弹性变形，也有非弹性变形即徐变。由徐变引起温度应力的松弛，松弛对防止混凝土开裂有益。龄期越短，松弛越大。应力作用时间越长，松弛越大。2）裂缝的出现及其发展P186§3.3混凝土温度应力混凝土温度应力高层施工3）绝热温升和非绝热温升a.绝热温升：混凝土周围无任何散热条件，无任何热损失的情况，水泥水化热全部转化为使混凝土温度升高的热量。b.非绝热温升：指在升温的过程中，还伴随着散热条件。注：散热的快慢与结构的厚度有关，越薄散热越快，越厚散热越慢。当厚度大于5m时，实际升温接近绝热温升。混凝土结构表面的水化热温升与温度场的变化有关，即受外界气温、养护方法、结构厚度等的影响。P189§3.3混凝土温度应力混凝土温度应力1）结构厚度越薄，水化热温升阶段越短，温度峰值出现较早，很快即产生降温。2）外界温度越高，水化热温升阶段越短，温度峰值出现的时间越早，且持续的时间越长。高层施工4）计算实例P197[例1]【例1】一基础底板，长90.8m，宽31.3m，厚2.5m，混凝土总量约7000m3。地基土为软粘土，基础底板下打有钢管桩。基础底板混凝土用425号矿渣水泥，水泥用量为275kg/m3。预计基础混凝土浇筑后30d左右，基础混凝土的温度就可降至周围大气的温度。要求验算基础混凝土整体浇筑后，是否会产生温度裂缝？§3.3混凝土温度应力高层施工5）防止基础底板在施工时的开裂措施：P200a.减少水泥水化热（采用矿渣水泥，掺入减水剂）b.提高混凝土抗拉强度（良好级配的骨料并限制砂石中的含泥量）c.防止表面散热过快（用草袋覆盖）d.防止气温骤降（准备较热器具，拆模后迅速填土）e.防止内外温差过大（积水养护）§3.3混凝土温度应力高层施工3.最大整浇长度（伸缩缝间距）计算1）理论内容P192~P194（影响因素的判别）最大整浇长度指当最大温度应力接近混凝土抗拉强度、而混凝土结构尚未开裂时的最大整浇长度。2）计算实例P200[例2]试问该底板是否可不留施工缝进行整体浇筑?maxL2xPTHEarchCT§3.3混凝土温度应力高层施工P200【例2】：一基础底板长30m，宽20m，厚lm，横向配置受力钢筋，配筋率0.5％，纵向配置构造钢筋，配筋为Ф14，间距150mm，配筋率为0.205％。底板的地基为坚硬的砂质粘土，底板混凝土强度等级为C25，混凝土入模温度为20℃。经计算得知，混凝土浇筑一昼夜后，上、下表面温升10℃，内部平均温升30℃，约15d左右可降至周围的平均气温20℃。试问该底板是否可不留施工缝进行整体浇筑?混凝土温度应力高层施工解：该实例就是要求利用式(3-37)计算最大整浇长度，如计算结果超过该底板长度，则不需留施工缝，可以整体浇筑；否则就需要留伸缩缝。式(3-37)如下所示：混凝土温度应力现以下述顺序求解上式中的各种计算数据：1）基础底板厚度H=100cm;2）由于地基为坚硬砂质粘土，阻力系数Cx＝60N/cm33）混凝土线膨胀系数＝1×10-5。4）混凝土弹性模量高层施工(4)混凝土弹性模量混凝土温度应力高层施工由于其他条件皆符合标准状态，修正系数为1.0，只有养护时间为15d，M6=0.93,养混凝土温度应力高层施工(6)混凝土的极限拉伸p混凝土温度应力(7)最大整浇长度该基础底板不需留伸缩缝，可以一次连续整体浇筑高层施工§3.4防止混凝土温度裂缝技术措施1.控制混凝土温升2.延缓混凝土降温速度3.减少混凝土收缩4.提高混凝土极限拉伸值5.改善约束和完善设计等。防止裂缝的措施高层施工§3.4防止混凝土温度裂缝技术措施一、控制混凝土温升P2021.选用中低热的水泥品种2.利用混凝土的后期强度3.掺加减水剂木质素磺酸钙4.掺加粉煤灰外掺料5.粗细骨料选择6.控制混凝土的出机温度和浇筑温度防止大体积混凝土产生温度裂缝的措施：控制混凝土温升、延缓混凝土降温速度、减少混凝土收缩、提高混凝土极限拉伸值、改善约束和完善设计等。防止裂缝的措施高层施工1.控制混凝土温升（一）选用中低热的水泥品种混凝土温升的热源是水泥水化热，故选用中低热的水泥品种，可减少水化热，使混凝土减少升温。例如：42.5级普通硅酸盐水泥，3d后的水化热250KJ/kg；42.5级矿渣硅酸盐水泥，3d后的水化热180KJ/kg；42.5级火山灰硅酸盐水泥，3d后的水化热150KJ/kg。（二）利用混凝土的后期强度实验数据表明，每立方米的混凝土水泥用量每增(减)10kg，水泥水化热使混凝土的温度相对升(降)达1℃。根据结构实际承受荷载的情况，对结构的刚度和强度进行复算，并取得设计和质检部门的认可后，可采用f45、f60或f90替代f28作为混凝土的设计强度，这样可使每立方米混凝土的水泥用量减少40～70kg／m3，混凝土的水化热温升相应减少4～7℃。高层施工（三）掺加高效减水剂木质素磺酸钙(简称木钙)属于阴离子表面活性剂，对水泥颗粒有明显的分散效应，并能使水的表面张力降低而引起加气作用，因此，在混凝土中掺入水泥用量约0.25％的木钙减水剂，不仅能使混凝土的和易性有明显的改善，同时又减少了10％左右的拌合水，节约了10％左右的水泥，从而降低了水化热。新型减水剂：聚羧酸盐高效减水剂，在上海环球金融中心的大体积混凝土中使用，效果良好。优点：坍落度保持性好、具有较高的早期强度、掺量低、与水泥不适应小、收缩率比小等。（五）粗细骨料选择应优先选用连续级配的粗骨料配置的混凝土，其具有较好的和易性、较少的用水量和水泥用量、较高的抗压强度。1.粗骨料的选用：（最佳的最大粒径）往往与配筋的间距、模板的形状、混凝土浇筑工艺等因素有关。增大粗骨料的粒径可减少用水量，并使混凝土的收缩和泌水量减小，同时也相应地减少水泥的用量，从而减少了水泥的水化热，最终降低混凝土的温升。宜优先选用以自然连续级配的粗骨料，如：用5-40mm的石子比5-25mm的石子，每立方米混凝土减少用水15kg左右，相同水灰比情况下，水泥少20kg左右，降温2度。粒径过大，易引起离析，不要盲目选大（四）掺加粉煤灰外掺料粉煤灰是泵送混凝土的重要组成部分，它能有效地提高混凝土的抗渗性能，显著改善混凝土拌料的工作性能，并具有减水作用。高层施工2.细骨料的选择在混凝土的级配中，应当在满足可泵性的条件下尽可能地降低砂率。在选择细骨料时，应以中、粗砂为宜（细度模数在2.6-2.9之间）。根据有关试验资料表明，当采用细度模数为2.79、平均粒径为0.38的中、粗砂时，比采用细度模数为2.12、平均粒径为0.336的细砂，每立方米混凝土可减少用水量20～25kg，水泥用量可相应减少28～35kg，这样就降低了混凝土的温升和混凝土的收缩。3.骨料质量要求：注意含泥量。砂子≤