第七节-高层建筑施工-大体积混凝土施工

高层建筑施工徐训武汉理工大学2020年9月8日星期二2/53第七节大体积混凝土施工本节主要内容1、大体积混凝土的特点3、大体积混凝土温度效应计算4、最大整浇长度计算5、大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2020年9月8日星期二3/53第七节大体积混凝土施工1、大体积混凝土的特点1.1、大体积混凝土概念美国混凝土学会：任何就地浇筑的混凝土尺寸之大，必须采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂。日本建筑学会：结构断面最小尺寸在800mm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25C的混凝土。我国大体积混凝土施工规范：混凝土结构物实体最小尺寸不小于1.0m的大体积混凝土，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。2020年9月8日星期二4/53第七节大体积混凝土施工1、大体积混凝土的特点1.2、大体积混凝土特点①块体较厚，体积较大；②整体性要求较高，混凝土连续浇筑量大，水化热引起的混凝土内部温度较一般混凝土高很多；③为减少水化热对混凝土结构的不利影响，当混凝土厚度超过1.5m时宜考虑设置水平分层施工；④高层建筑大体积混凝土主要是基础混凝土结构（或转换层）大多埋置地下，受外界温度变化影响较小，但要求抗渗性能较高，因此，需要考虑水化热的影响，同时要解决好混凝土结构自防水问题；2020年9月8日星期二5/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.1裂缝分类：2.1.2普通混凝土裂缝产生原因:结构受到外荷载的直接应力，结构次应力，变形变化产生的应力（温度，收缩，不均匀沉降，膨胀）等引起。按裂缝的表面形式和深度可分为：浇筑初期-表面裂缝(温差)基础约束-深层裂缝(温差)浇筑后期-贯穿裂缝(收缩)2020年9月8日星期二6/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.3大体积混凝土裂缝产生原因：水泥水化热产生的热量在1-3d内放出总量的一半；A.水泥水化热的影响3-5d混凝土内部温度达到最高；混凝土放热速度减缓和结构自然散热，6d后混凝土内部温度逐渐下降；混凝土越厚，水泥用量越多，内部温度越高；混凝土结构尺寸越大，温度应力越大，产生裂缝的可能性也越大。2020年9月8日星期二7/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.3大体积混凝土裂缝产生原因：混凝土内部温度升高，和混凝土表面形成温差，产生温度应力和温度变形，温差越大，温度应力越大，当混凝土面层产生的拉应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。A.水泥水化热的影响2020年9月8日星期二8/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.3大体积混凝土裂缝产生原因：结构约束会阻碍其自由变形，不同结构间的变形约束称为“外约束”，结构内部的变形约束称为“内约束”。高层建筑大体积混凝土主要是基础底板或转换层的框支梁上，基础底板混凝土与地基浇筑在一起，温度变化时，受下部地基限制产生外部约束力。B.约束条件的影响混凝土浇筑初期-水化热使混凝土内部温度升高-混凝土体积膨胀-在外约束下产生压应力-混凝土降温收缩-在地基约束下产生拉应力-当拉应力超过混凝土的抗拉强度时，形成垂直裂缝，严重时产生贯穿裂缝。2020年9月8日星期二9/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.3大体积混凝土裂缝产生原因：B.约束条件的影响混凝土内部由于水泥水化热而形成由中心向四周温度由高向低变化的状态，因中心热膨胀胀大而产生压应力，在表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度值和钢筋的约束作用时，产生裂缝。2020年9月8日星期二10/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.3大体积混凝土裂缝产生原因：C.外界气温变化的影响混凝土内部温度=水泥水化热的绝热温度+浇筑温度+散热温度外界气温越高，混凝土的浇筑温度越高，当气温下降或骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，加大温差及温度应力的影响，从而增加了出现温度裂缝的程度。2020年9月8日星期二11/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.3大体积混凝土裂缝产生原因：D.混凝土收缩变形的影响混凝土浇筑后从初凝到终凝之间会产生因骨料下沉，水泥浆体积收缩而造成的沉陷裂缝和初期干缩裂缝。混凝土硬化过程中，只有20%左右的水分是水泥硬化所必须的，80%的水分要蒸发，失水后混凝土会出现干燥收缩，表面收缩快，中心收缩慢。由于表面的干缩受到中心部位混凝土的约束，会在表面产生拉应力出现裂缝。混凝土干缩的主要因素：水泥品种和数量，混凝土的配合比，外加剂，施工工艺及养护条件。2020年9月8日星期二12/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.4防止大体积混凝土裂缝的技术措施A.选用低水化热的水泥水泥应尽量选用水化热低和安定性好的水泥，如选用矿渣水泥，粉煤灰水泥，火山灰水泥，以降低水泥水化热引起的温升。B.减少水泥用量①利用混凝土的后期强度：如用f45，f60，f90代替f28作为混凝土的设计强度，可减少水泥用量40-70kg/m3，混凝土的水化热温升相应减少4-7C。2020年9月8日星期二13/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.4防止大体积混凝土裂缝的技术措施B.减少水泥用量②掺入一定数量的减水剂或缓凝剂，可以减少拌合水，改善和易性，减少水泥用量。如加0.25%的木质素磺酸钙，可减水10%，节约水泥10%。③掺入少量粉煤灰外掺料，可取代部分水泥，且可改善混凝土的塑性和可泵性，降低混凝土的水化热。2020年9月8日星期二14/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.4防止大体积混凝土裂缝的技术措施C.确定恰当的施工方法①配合比设计时，应选用良好级配的粗骨料和较优细度模数的中，粗砂，并严格控制石子的含泥量不超过1%，砂子的含泥量不超过2%；②控制混凝土的拌制温度和浇筑温度，如用冷水或冰水降低骨料或混凝土搅拌温度，可吸收部分水泥水化热；③采用分层分段浇筑混凝土，当混凝土构件厚度较大时可进行水平分层，有利于混凝土的散热，降低混凝土内部的绝热温升；2020年9月8日星期二15/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.4防止大体积混凝土裂缝的技术措施C.确定恰当的施工方法④改善搅拌工艺，采用二次投料法搅拌混凝土有利于混凝凝土的匀质性。采用二次振捣法可去除混凝土中的水分及空隙，增加混凝土的密实性，提高混凝土与钢筋的握裹力，提高抗裂性；⑤为避免和减少混凝土的早期裂缝，混凝土浇筑后及时分遍多次抹压，休整表面，并立即养护；2020年9月8日星期二16/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.4防止大体积混凝土裂缝的技术措施C.确定恰当的施工方法⑥采取保温和保湿措施。如对混凝土浇筑后用塑料薄膜及草袋覆盖，可使混凝土表面封闭，防止混凝土表面脱水产生干缩裂缝；可使混凝土的水化热降温延缓，提高混凝土表面温度，减小混凝土内外计算温差，防止产生过大的温度应力和产生温度裂缝。大体积混凝土表面覆盖保湿保温材料的选择及厚度，通过混凝土温度计算来确定。2020年9月8日星期二17/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.4防止大体积混凝土裂缝的技术措施C.改善边界约束和构造设计①设置滑动层。外约束应力通常产生于约束强的岩石类地基，较厚的混凝土垫层等。一般在混凝土垫层与厚大底板之间设计有防水层，否则应单独设置滑动层。滑动层作法：铺设一毡二油或一毡一油；10-20mm厚沥青砂或干砂浆；铺设50mm的石屑层。2020年9月8日星期二18/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.4防止大体积混凝土裂缝的技术措施C.改善边界约束和构造设计②避免集中应力。在容易应力集中的预留洞，槽，转角处，增配斜向钢筋或钢筋网片，提高局部抗裂能力。③设置缓冲层。在高低底板交接处，底板地梁处，用30-50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔离，以缓冲基础收缩时的侧向压力。2020年9月8日星期二19/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.4防止大体积混凝土裂缝的技术措施C.改善边界约束和构造设计④改善配筋。为提高面层抗表面降温的影响和干缩，可按构造配筋配置温度筋，温度筋宜分布细密，一般设置为Φ8钢筋，间距150mm，双向布置。2020年9月8日星期二20/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.4防止大体积混凝土裂缝的技术措施C.改善边界约束和构造设计④设置后浇带。当大体积混凝土截面尺寸过大，通过计算并证明整体一次浇筑产生的温度应力过大，有可能产生温度裂缝时，可根据计算结果的最大整浇长度，经设计人员同意，设置后浇带，以减少外约束力和温度应力。也有利于散热，降低混凝土内部温度。后浇带保留时间：一般不宜少于28d后浇带混凝土宜采用比原结构强度等级高5-10MPa的微膨胀砼，并不少于14d潮湿养护2020年9月8日星期二21/53第七节大体积混凝土施工2、大体积混凝土产生裂缝的原因及防治措施2.1、大体积混凝土产生裂缝的原因2.1.4防止大体积混凝土裂缝的技术措施C.改善边界约束和构造设计⑤做好温度测控。控制混凝土内部温度与表面温度之差不超过25C，表面温度与大气温度之差不超过20C。温度测控可采用埋设铜热传感器，温度测定记录仪整理数据或预埋钢管，用温度计测温记录数据方法。2020年9月8日星期二22/53第七节大体积混凝土施工3、大体积混凝土温度效应计算3.1、混凝土热工性能计算3.1.1混凝土导热系数计算混凝土导热系数：单位时间内，热流通过单位面积和单位厚度混凝土介质时混凝土介质两侧为单位温差时热量的传导率。反应混凝土传导热量难易程度的一种系数。式中：λ-混凝土导热系数(W/MK)T1-T2-温度差(C)Q-通过混凝土厚度为的热量(J)A-混凝土的面积(m2)δ-混凝土厚度(m)t-测试时间(h)12QTTAt2020年9月8日星期二23/53第七节大体积混凝土施工3、大体积混凝土温度效应计算3.1、混凝土热工性能计算3.1.1混凝土导热系数计算混凝土是由水泥，砂，石，水等组成，若已知各材料重量百分比及热工性能，混凝土的导热系数可用下式计算普通混凝土的导热系数λ=1.51-3.49W/mK；轻质混凝土的导热系数λ=0.47-0.70W/mK。式中：λ、λc、λs、λg、λw-混凝土，水泥，砂，石，水的导热系数(W/mK)p、pc、ps、pg、pw-混凝土，水泥，砂，石，水的每立方米混凝土中所占的百分比(%)，由混凝土配合比确定。1ccssggwwppppp2020年9月8日星期二24/53第七节大体积混凝土施工3、大体积混凝土温度效应计算3.1、混凝土热工性能计算3.1.2混凝土比热计算单位重量的混凝土，其温度升高1c所需的热量称为混凝土的比热，混凝土的比热可用下式计算混凝土的比热一般在0.84-1.05kJ/kgK；式中：C、Cc、C