毕业设计（论文）浅谈高强混凝土的配置与施工技术

1、吉林大学远程教育 本科生毕业论文（设计） 中文题目 浅谈高强混凝土的配置与施工技术 学生姓名 专业 土木工程 层次年级 学号 指导教师 职称 学习中心 成绩 2012年 月 日吉林大学远程教育2012届本科生毕业论文（设计）摘 要由于现在施工中普遍使用的是商品高强混凝土和大坍落度高强混凝土，而此类混凝土的开裂现象一直比较普遍，加之现在所生产的放热速度较过去大为提高的水泥，这使得高强混凝土的温度裂缝问题更加严重。大高强混凝土温度裂缝是一个十分复杂的问题，预防和控制其产生是人们一直在致力解决的问题。本文总结分析了国内的研究成果，分析了高强混凝土裂缝的类型，对高强混凝土裂缝的成因进行了分析总结。关键

2、词：分析总结高强混凝土裂缝原因与施工技术防治措施目 录前 言1第一章 高强混凝土裂缝产生原因21.1 温度应力引起裂缝（温度裂缝）21.2 收缩引起裂缝21.3 塑性收缩21.4 内外约束条件的影响31.5 设计不合理引起的裂缝31.6 选用材料不合理引起的裂缝31.7 外界气温变化的影响的裂缝4第二章 防止裂缝的措施52.1 设计措施52.2 优选原材料52.3 加入外加剂72.4 采用合理的施工方法72.5 通水冷却10第三章 主要管理措施11结 论12参考文献13致 谢14前 言进入21世纪以来，建筑施工技术飞速发展，随着工程建设的规模越来越大型化，高强混凝土体积由几百立方米逐渐增大到几

3、万立方米，建筑施工中时常涉及到大体积高强混凝土的施工，如高层楼房基础、大型设备基础、水利大坝等。由于现在施工中普遍使用的是商品高强混凝土和大坍落度高强混凝土，而此类混凝土的开裂现象一直比较普遍，加之现在所生产的放热速度较过去大为提高的水泥，这使得大体积高强混凝土的温度裂缝问题更加严重。建筑工程高强混凝土，都有一个共同特点：工程条件复杂，整体性要求高，一般要求连续浇筑，高强混凝土结构在浇筑后水泥水化热量高，而由于混凝土体积大，水化热机具在混凝土内部不易散发，浇筑初期混凝土显著升高，而表面散热较快，这样就形成较大的内外温差，混凝土内部产生压应力，而混凝土表面产生拉应力，如温差过大则易于在混凝土表面

4、产生裂缝。大体积高强混凝土温度裂缝是一个十分复杂的问题，预防和控制其产生是人们一直在致力解决的问题。第一章 高强混凝土裂缝产生原因裂缝产生的原因可分为两类：一是结构型裂缝，是由外荷载引起的，包括常规结构计算中的主要应力以及其他的结构次应力造成的受力裂缝。二是材料型裂缝，是由非受力变形变化引起的，主要是由温度应力和混凝土的收缩引起的。本文主要探讨材料型裂缝。其中具体原因如下。1.1 温度应力引起裂缝（温度裂缝）目前温度裂缝产生主要原因是由温差造成的。温差可分为以下三种：混凝土浇注初期，产生大量的水化热，由于混凝土是热的不良导体，水化热积聚在混凝土内部不易散发，常使混凝土内部温度上升，而混凝土表面

5、温度为室外环境温度，这就形成了内外温差，这种内外温差在混凝土凝结初期产生的拉应力当超过混凝土抗压强度时，就会导致混凝土裂缝；另外，在拆模前后，表面温度降低很快，造成了温度陡降，也会导致裂缝的产生；当混凝土内部达到最高温度后，热量逐渐散发而达到使用温度或最低温度，它们与最高温度的差值就是内部温差；这三种温差都会产生温度裂缝。在这三种温差中，较为主要是由水化热引起的内外温差。水泥在水化过程中产生大量的热量，每克水泥放出的热量达502.42j/g，因而使混凝土内部的温度升高，它在13天内放出的热量是总热量的一半。混凝土内部的最高温度多发生在浇筑后35天内，当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应

6、力和温度变形，温度应力与温度成正比。而混凝土内部的温度与混凝土及水泥用量有关，即混凝土结构尺寸越大，温度应力也越大，因而引起裂缝的可能性也越大，当这种温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。因此，防止混凝土出现裂缝的关键就是控制混凝土内部与表面的温差。1.2 收缩引起裂缝收缩有很多种，包括干燥收缩、塑性收缩、自身收缩、碳化收缩等等。这里主要介绍干燥收缩和塑性收缩。1.3 塑性收缩在水泥活性大、混凝土温度较高，或在水灰比较低的条件下会加剧引起开裂。因为这时混凝土的泌水明显减少，表面蒸发的水分不能及时得到补充，这时混凝土尚处于塑性状态，稍微受到一点拉力，混凝土的表面就会出现分布不均匀的裂缝

7、，出现裂缝以后，混凝土体内的水分蒸发进一步加大，于是裂缝进一步扩展。1.4 内外约束条件的影响大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时，受到下部地基的限制，因而产生外部约束力。混凝土在早期温度上升时，混凝土的弹性模量小，徐变和应力松驰度大，因而压应力较小。但当温度下降，产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土会产生垂直裂缝。混凝土内部由于水泥的水化热而形成中心温度高，热膨胀大，因而在中心产生压应力，在表产生拉应力。当拉应力超过混凝土的抗拉强度和钢筋的约束作用时，同样会产生裂缝。1.5 设计不合理引起的裂缝混凝土设计钢筋含量偏低,间距过大,钢筋不能有效抵消混凝土内部足够的拉应力,从

8、而导致裂缝。在钢筋周围混凝土受到约束不能很自由发生形变。如果钢筋直径偏大,约束很强,钢筋周围混凝土将产生很大的应力。另外,设计混凝土保护层过薄,也易使混凝土表面出现裂缝。大体积高强混凝土设计成高标号,由于其脆性大为增加,抗拉能力降低,在其它条件相同情况下,对各种因素的敏感程度大为提高。同时混凝土强度高,约束增强,也是造成混凝土表面产生裂缝的重要原因。本工程井壁内层采用内钢筒结构,内钢筒通过锚卡与混凝土连结,使混凝土受到边界约束,在锚卡周围混凝土也受到强的约束,对混凝土自由形变非常不利。1.6 选用材料不合理引起的裂缝水化热主要是水泥中矿物组份在水化过程中所放出的热量。因此,选用合适的水泥对预防

9、混凝土产生裂缝至关重要。选用中、低热水泥或大坝水泥有利于降低水化热,但低热水泥混凝土收缩性较高,且价格高于普通水泥。另外,水泥改标后,其比表面积比改标前大为提高,虽然能增加水泥的抗压强度,但不利于混凝土水化热的散发和延缓放热速度,容易产生应力聚集。骨料的品种、粒径对混凝土收缩也有很大影响。骨料的粒径大,混凝土收缩小,有利于混凝土水化热散发,但不利于混凝土强度的提高,特别是高强度混凝土。1.7 外界气温变化的影响的裂缝混凝土内部温度是由于水泥水化热的绝对温度、浇筑温度和混凝土的散热温度三者的叠加，其中浇筑温度与外界气温有直接关系。外界气温越高，浇筑温度也越高。当温度下降快，会大大增加外层与内部混

10、凝土的温度梯度，从而产生温差和温度应力，使大体积高强混凝土出现裂缝。因此控制混凝土表面温度与外界气温温差，也是防止裂缝的重要一环。第二章 防止裂缝的措施由以上分析，材料型裂缝主要是由温差和收缩引起，所以为了防止裂缝的产生，就要最大限度的降低温差和减小混凝土的收缩，具体措施如下。2.1 设计措施2.1.1 精心设计混凝土配合比，在保证混凝土具有良好工作性的情况下，应尽可能降低混凝土的单位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水胶比）二掺（掺高效减水剂和高性能引气剂）一高（高粉煤灰掺量）”的设计准则，生产出“高强、高韧性、中弹、低热和高抗拉值”的抗裂混凝土。四、配合比设计：2.1.2 设计配合比

11、时尽量利用混凝土60天或90天的后期强度，以满足减少水泥用量的要求。但必须满足施工荷载的要求。2.1.3 混凝土配合比，应根据使用的材料通过试配确定。一般要求水泥用量宜控制在260300kg/m3。水灰比应0.6。砂率应控制在0.330.37（泵送时宜为0.40.45）。坍落度应根据配合比要求严加控制，当采用商品混凝土泵送时，坍落度的增加应通过调整砂率和掺用减水剂或高效减水剂解决，严禁在现场随意加水以增大坍落度，并应控制在1014为宜。2.1.4 增配构造筋，提高抗裂性能。应采用小直径、小间距的配筋方式，全截面的配筋率应在0.30.5%之间。2.1.5 避免结构突变产生应力集中。在易产生应力集

12、中的薄弱环节采取加强措施。2.1.6 在易裂的边缘部位设置暗梁，提高该部位的配筋率，提高混凝土的极限抗拉强度。2.1.7 在结构设计中应充分考虑施工时的气候特征，合理设置后浇缝，在正常施 工条件下，后浇缝间距2030m，保留时间一般不小于60天。如不能预测施工时的具体条件，也可临时根据具体情况作设计变更。2.2 优选原材料2.2.1 水泥由于温差主要是由水化热产生的，所以为了减小温差就要尽量降低水化热，为了降低水化热，要尽量采取早期水化热低的水泥，或者在保证强度等级的条件下尽量减少水泥用量。尽量选用低热或中热水泥(如矿渣水泥、粉煤灰水泥)，或利用混凝土的后期强度(90 d180d) 以降低水泥

13、用量，减少水化热(因为每加减10 kg水泥，温度会相应增减1 ，水化热与水泥用量成正比) 。在条件许可的情况下，应优先选用收缩性小的或具有微膨胀性的水泥。因为这种水泥在水化膨胀期（15 d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力可部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。2.2.2 掺加粉煤灰为了减少水泥用量，降低水化热并提高和易性，我们可以把部分水泥用粉煤灰代替，掺入粉煤灰主要有以下作用：由于粉煤灰中含有大量的硅、铝氧化物，其中二氧化硅含量40%60%，三氧化二铝含量17%35%，这些硅铝氧化物能够与水泥的水化产物进行二次反应，是其活性的来源，可以取代部分水泥，从

14、而减少水泥用量，降低混凝土的热胀；由于粉煤灰颗粒较细，能够参加二次反应的界面相应增加，在混凝土中分散更加均匀；同时，粉煤灰的火山灰反应进一步改善了混凝土内部的孔结构，使混凝土中总的孔隙率降低，孔结构进一步的细化，分布更加合理，使硬化后的混凝土更加致密，相应收缩值也减少。适当搀加粉煤灰。混凝土中掺用粉煤灰后，可提高混凝土的抗渗性、耐久性，减少收缩，降低胶凝材料体系的水化热，提高混凝土的抗拉强度，抑制碱骨料反应，减少新拌混凝土的泌水等。值得一提的是：由于粉煤灰的比重较水泥小，混凝土振捣时比重小的粉煤灰容易浮在混凝土的表面，使上部混凝土中的掺合料较多，强度较低，表面容易产生塑性收缩裂缝。因此，粉煤灰

15、的掺量不宜过多，在工程中我们应根据具体情况确定粉煤灰的掺量。2.2.3 骨料2.2.3.1 粗骨料尽量扩大粗骨料的粒径，因为粗骨料粒径越大，级配越好，孔隙率越小，总表面积越小，每立方米的用水泥砂浆量和水泥用量就越小，水化热就随之降低，对防止裂缝的产生有利。2.2.3.2 细骨料宜采用级配良好的中砂和中粗砂，最好用中粗砂，因为其孔隙率小，总表面积小，这样混凝土的用水量和水泥用量就可以减少，水化热就低，裂缝就减少，另一方面，要控制砂子的含泥量，含泥量越大，收缩变形就越大，裂缝就越严重，因此细骨料尽量用干净的中粗沙。2.2.3.3 骨料级配控制选择级配良好的骨料。骨料在大体积高强混凝土中所占比例一般

16、为混凝土绝对体积的80%83%，因此在选择骨料时，应选择线膨胀系数小、岩石弹模较低、表面清洁无弱包裹层、级配良好的骨料。一般来说，可以选用粒径4 mm40mm的粗骨料，尽量采用中砂，严格控制砂、石子的含泥量(石子在1 %以内，砂在2 %以内) 。控制水灰比在0.6 以下。还可以在混凝土中掺缓凝剂，减缓浇筑速度，以利于散热。另外还可以考虑在大体积高强混凝土中掺加坚实无裂缝、冲洗干净、规格为150mm300mm的大块石。掺加大块石不仅减少了混凝土总用量，降低了水化热，而且石块本身也吸收了热量，使水化热能进一步降低，对控制裂缝有一定好处。2.3 加入外加剂加入外加剂后能减小混凝土收缩开裂的机会，外加

17、剂对混凝土收缩开裂性能有以下影响：2.3.1 减水剂对混凝土开裂的影响减水剂的主要作用改善混凝土的和易性，降低水灰比，提高混凝土强度或在保持混凝土一定强度时减少水泥用量，而水灰比的降低，水泥用量的减少对防止开裂是十分有利的。2.3.2 缓凝剂对混凝土开裂的影响缓凝剂的作用一是延缓混凝土放热峰值出现的时间，由于混凝土的强度会随龄期的增长而增大，所以等放热峰值出现时，混凝土强度也增大了，从而减小裂缝出现的机率，二是改善和易性，减少运输过程中的塌落度损失。2.3.3 引气剂对混凝土开裂的影响引气剂在混凝土的应用对改善混凝土的和易性、可泵性、提高混凝土耐久性能十分有利。在一定程度上增大混凝土的抗裂性能

18、。在这里值得注意的是：外加剂不能掺量过大，否则会产生负面影响，在gb80761977中规定，掺有外加剂的混凝土，28d的收缩比不得大于135%，即掺有外加剂的混凝土收缩比基准混凝土的收缩不得大于35%。2.4 采用合理的施工方法2.4.1 混凝土的拌制2.4.1.1 在混凝土拌制过程中，要严格控制原材料计量准确，同时严格控制混凝土出机塌落度。2.4.1.2 要求使用检定过的计量器具，保证计量正确。每工作班正式称量前，要求对计量设备进行零点校核2.4.1.3 要尽量降低混凝土拌合物出机口温度，拌合物可采取以下两种降温措施：一是送冷风对拌和物进行冷却，二是加冰拌合，一般使新拌混凝土的温度控制在6左

19、右。2.4.1.4 控制原材料投入搅拌机顺序，不得采用“外掺”、“后掺”等作法。混凝土必须严格控制拌制时间，每一班抽测2次。搅拌完成后装入运输车时，即要求每车测定坍落度，同时观察混凝土的和易性、不得存在离析、分层等现象，坍落度不符合要求的混凝土不能出站。2.4.2 混凝土的运输确保施工混凝土的正常供应，连续浇注，避免因混凝土供应不上而出现冷缝。混凝土运输时间在任何情况下不得大于180min，对到达浇筑点超过210min的混凝土不得使用。混凝土运输车离开搅拌站后不得掺加任何材料，包括水、外加剂等。混凝土坍落度在运输过程中损失超过40mm或混凝土到达浇筑点温度大于25，不得浇筑到作业面。要求从每个

20、搅拌站每隔一段时间就派出一辆混凝土罐车，保证混凝土供应的均衡性。因大体积混凝土方量较大，要求搅拌站派管理人员到现场指挥、联络、协调，发现问题及时解决。2.4.3 混凝土的浇注、拆模2.4.3.1 混凝土浇注过程质量控制，浇注过程中要进行振捣方可密实，振捣时间应均匀一致以表面泛浆为宜，间距要均匀，以振捣力波及范围重叠二分之一为宜，浇注完毕后，表面要压实、抹平，以防止表面裂缝。另外，-浇注混凝土要求分层浇注，分层流水振捣，同时要保证上层混凝土在下层初凝前结合紧密。避免纵向施工缝、提高结构整体性和抗剪性能。振捣棒的操作，要做到“快插慢拔”，在振捣过程中，宜将振动棒上下略有抽动，以使一下振动均匀。每点

21、振捣时间一般以2030s为宜，但还应视混凝土表面呈水平不再显著下沉、不再出现气泡、表面泛出灰浆为准。分层浇筑时，振捣棒应插入下层5左右，以消除两层之间的接缝。振捣时要防止振动模板，并应尽量避免碰撞钢筋、预埋件等。2.4.3.2 混凝土在浇筑、振捣过程中，上涌的泌水和浮浆顺混凝土坡面下流到坑底，通过侧模底部开孔将泌水排出基坑。当混凝土大坡面的坡角接近顶端模板时，改变混凝土浇筑方向，形成集水坑，及时用水泵将泌水排除，以提高混凝土质量，减少表面裂缝。2.4.3.3 由于泵送混凝土表面水泥浆较厚，在浇筑后28h，初步按标高用长刮尺刮平，然后用木板反复压数遍，使其表面密实，再用铁面板收面后立即用塑料薄膜

22、覆盖。2.4.4 浇注时间控制尽量避开在太阳辐射较高的时间浇注，若由于工程需要在夏季施工，则尽量避开正午高温时段，浇注尽量安排在夜间进行。2.4.5 混凝土拆模时间控制混凝土在实际温度养护的条件下，强度达到设计强度的75%以上，混凝土中心与表面最低温度控制在25以内，预计拆模后混凝土表面温降不超过9以上允许拆模。2.4.6 加强施工管理。在混凝土结构中，强度不是均匀的，裂缝总是从强度最低的薄弱处开始，当混凝土质量控制不严，混凝土离差系数大时裂缝就多。为防止裂缝，必须加强施工管理，提高混凝土的施工质量。2.4.7 做好表面隔热保护大体积高强混凝土的温度裂缝，主要是由内外温差过大引起的。混凝土浇注

23、后，由于内部较表面散热快，会形成内外温差，表面收缩受内部约束产生拉应力，但是这种拉应力通常很小，不至于超过混凝土的抗拉强度而产生裂缝。但是如果此时受到冷空气的袭击，或者过分通风散热，使表面温度降温过大就很容易导致裂缝的产生，所以在混凝土在拆模后，特别是低温季节，在拆模后立即采取表面保护。防止表面降温过大，引起裂缝。另外，当日平均气温在23d内连续下降不小于68时，28d龄期内混凝土表面必须进行表面保护。2.4.8 养护砼养护是大体积砼施工中一项十分关键的工作。主要是保持适宜的温度和湿度，以便控制混凝土的内外温差，促进砼强度的正常发展及防止裂缝的产生和发展。大体积砼养护主要是保持适宜的温度和湿度

24、条件。（1）保温养护作用：a、减少砼表面的热扩散，减小砼表面的温度梯度，防止产生表面裂缝。b、延长散热时间，充分发挥砼的潜力和材料的松弛特性。使砼的平均总温差所产生的拉应力小于砼抗拉强度，防止产生贯穿裂缝。（2）保湿养护的作用：a、刚浇筑不久的砼，尚处于凝固硬化阶段，水化的速度较快，适宜的潮湿条件可防止砼表面脱水而产生干缩裂缝。b、砼在潮湿条件下，可使水泥的水化作用顺利进行，提高砼的极限拉伸强度。（3）养护方法a、混凝土浇筑完后，表面应立即覆盖清洁的塑料膜，初凝后撤去塑料膜，用浸湿的粗麻布覆盖，并经常洒水，保持潮湿状态最少7d。当条件许可时，也可采取在混凝土表面喷雾降温、润湿空气等养护措施，在

25、模板底部采取预先冷却的技术措施等。保湿养护期间，应采取遮阳和挡风措施，以控制温度和干热风的影响。b、混凝土拆模后的洒水养护宜用自动喷水系统和喷雾器。湿养护应不间断，不得形成干湿循环。应使混凝土浇筑体的里表温差及降温速率满足温控指标的要求；c、当环境相对湿度小于60%时，自然养护不应少于28d，当相对湿度在60%以上时，自然养护不应少于14d。d、保湿养护过程中，应经常检查塑料薄膜或养护剂的完整情况，保持混凝土表面湿润。2.5 通水冷却若是在高温季节施工，则要在初期采用通制冷水来降低混凝土最高温度峰值，但注意，通水时间不能过长，因为时间过长会造成降温幅度过大而引起较大的温度应力。为了削减内外温差

26、，还应在夏末秋初进行中期通水冷却，中期通水一般采用河水，通水历时两个月左右。后期通水是使混凝土柱状块达到接缝灌浆的必要措施，一般采用通河水和通制冷水相结合的方案。第三章 主要管理措施大体积高强混凝土施工时内部应适当预留一些孔道，在内部通循环冷水或冷气冷却，降温速度不应超过0.5 1.0 /h。对大型设备基础可采用分块分层浇筑(每层间隔时间5d7d)，分块厚度为1.0m1.5m，以利于水化热散发和减少约束作用。当混凝土浇筑在岩石地基或厚大的混凝土垫层上时，在岩石地基或混凝土垫层上铺设防滑隔离层(浇二度沥青胶撒铺5 mm 厚砂子或铺二毡三油) ，底板高低起伏和截面突变处，做成渐变化形式，以消除或减少约束作用。此外，还应加强混凝土的浇灌振捣，提高密实度。尽可能晚拆模，拆模后混凝土表面温