论文(大体积混凝土)

1、 大体积钢筋混凝土的裂缝控制措施童正泉江苏中核华纬工程设计研究有限公司摘要 大体积混凝土结构中产生裂缝的主要原因是变形作用，而混凝土自身内外温度差收缩产生的变形占主要部分，因此混凝土的内外温差是产生的裂缝的主要原因。此外引起体积混凝土产生裂缝的其他等等的原因，如外界气温变化的影响，混凝土的塑性收缩变形，混凝土干燥收缩，混凝土匀质性的影响。控制裂缝产生的措施有很多，其中主要采用控制混凝土内外温差和增加抗裂措施。关键词 大体积混凝土 裂缝 水化热 温差1、引言：仪征市人民医院医技附属楼扩建工程为钢筋混凝土框架结构体系，其中直线加速器机房为该建筑物的核心结构。其结构体系为筏板基础，墙板、顶板为特大截

2、面厚板结构。直线加速器机房建筑尺寸为15100mm×13500mm，底板厚度为700mm，墙板厚1540mm，局部厚度达2500mm，顶板厚1650mm，局部厚度达2500mm。为保证日后使用安全和一次性施工成功故对混凝土裂缝有严格要求，必须严格控制混凝土裂缝从混凝土施工选料、浇筑、振捣及养护方面采取措施，均需采取防止大体积混凝土水化热收缩、内外温差收缩和结构材质不均匀收缩等产生的裂缝的施工技术措施，为达到施工质量目标对这种大体积混凝土工程必须预先分析工程特点，并制定一系列应对裂缝的措施，为施工操作提供明确指导，将准备工作做全、做足才能对工程质量起到稳妥、有效的保证作用。2、大体积混

3、凝土裂缝产生的主要原因：首先必须认清大体积混凝土结构中产生裂缝的主要原因是变形作用，而混凝土自身内外温度差收缩产生的变形占主要部分，因此必须降低混凝土的内外温差而产生的应力。2.1据温度应力引起裂缝的原因可分为两类：2.11内部自生应力：边界上没有任何约束或完全静止的结构，如果内部温度是非线性分布的，由于结构本身互相约束而出现的温度应力。结构尺寸相对较大，混凝土冷却时表面温度低，内部温度高，在表面出现拉应力，在中间出现压应力。一般情况下，混凝土构件表面与构件截面中部温差超过250C就引起混凝土内部裂缝，构件表面温度和周围空气温差超过250C，就引起构件表面裂缝，混凝土在浇筑后，由于水泥的水化作

4、用，释放大量的水化热，浇筑后混凝土温度提高，混凝土初期体积有微膨胀作用，以后温度下降，体积急剧收缩。混凝土早期（10天-15天）极限拉伸很低，这容易造成混凝土的早期裂缝。因混凝土的收缩，较高的弹性模量和早期低徐变，会使混凝土内部产生较大的拉应力，超过混凝土的极限拉伸，则是造成混凝土后期裂缝的主要原因。混凝土在浇筑一个月左右，完成收缩40%，60天内完成收缩65%，20年后完成混凝土收缩的98%，混凝土的收缩变形是一个初期大，以后逐渐减少的过程。许多人习惯上认为混凝土强度等级越高安全系数越大，但采用高强度混凝土必然要采用高标号水泥，并增加水泥用量，导致水化热的提高，增加了早期混凝土的热胀，从而加

5、大了混凝土温度降低以后的冷缩，造成裂缝的出现。2.12约束应力：结构的全部或部分边界受到外界的约束，不能自由变形而引起的应力。如大体积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，因而产生外部约束应力。边界条件如地基和侧面土对混凝土构件的变形约束作用，加上混凝土构件的刚度差异，使混凝土变形不协调。侧壁混凝土振捣时地板刚度大，受到底板的刚度约束，早期形成压应力，后期混凝土温度下降，产生拉应力，当拉应力大于钢筋混凝土的抗拉强度时则出现裂缝。混凝土变形与限制膨胀条件有关。当气温上升时，底板和侧壁因温度升高而向外膨胀，侧壁和底板相互约束，在侧壁的外侧形成垂直裂缝，当底板和顶板受冷收缩时，侧

6、壁内侧形成垂直裂缝。由于侧壁在边角部分受到的变形量比中部大，同时纵横侧壁的相互约束，因而侧壁两端附近裂缝小，中部附近裂缝多。特别由于由于本工程侧面截面突变，刚度有差异，侧壁变形受到中部厚截面部分的约束，往往产生应力集中，在离变截面部分1000mm-2000mm的部位上易出现纵向收缩裂缝。3、此外引起体积混凝土产生裂缝的其他原因：3.1外界气温变化的影响：大体积混凝土在施工阶段，常受外界气温的变化影响。混凝土内部温度是由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的关系。一般而言，外界温度越高，混凝土的浇筑温度越高。当气温下降，会大大增加外层混凝土与混

7、凝土内部的温度差，因而产生温度应力。使大体积混凝土出现裂缝。3.2混凝土的塑性收缩变形：塑性收缩裂缝发生在混凝土硬化之前。混凝土仍处于塑性状态。它的产生主要是上部混凝土的均匀沉降受到了限制，如遇到有钢筋或大的混凝土骨料，或者平面面积较大的混凝土，其水平方向的减缩比垂直方向更难时，这样就会形成不规则的深裂缝。3.3混凝土干燥收缩：混凝土中的80%的水分要蒸发，约20%的水分是水泥硬化所需要的。最初失去的30%自由水分几乎不引起收缩，随着混凝土的的继续干燥而使20%的吸附水逸出，就会出现干燥收缩。而表面干燥收缩快，内部干燥收缩慢，由于表面的干燥收缩受到内部的制约，因而在表面产生拉应力而出裂缝。3.

8、4混凝土匀质性的影响：混凝土拌合或浇筑时，由于坍落度不同，或采用的外加剂不同，石子粒径与品种不同，以及振捣的密实度不同，都会影响混凝土的匀质性。由于匀质性不同，造成混凝土的弹性模量不均匀，因而在收缩变形过程中造成应力集中，引起裂缝。4、控制裂缝产生的措施大体积混凝土产生裂缝的原因很多，通过人为因素的控制可以解决部分裂缝的产生。，同时本工程具有特殊性，由于本工程机房施工功能主要为防辐射要求，机房墙板、顶板必须一次性浇筑成功，不得设置施工缝。如何解决混凝土的收缩开裂和大体积混凝土温差裂缝的问题就成为了施工技术的关键。根据本工程的实际情况，所有参建几方在工程开工前对此进行了专门的讨论和广泛的协商，并

9、邀请了具有类似工程经验的商品混凝土供应商的相关技术人员参加，最终达成一致意见，采用以下温度控制和抗裂的措施：4.1 控制温度的措施4.11为了保证混凝土质量的稳定性，本工程采用商品混凝土施工，同时邀请有资质的实验室对组成混凝土水泥、细骨料、粗骨料、填加剂、水进行严格试配；4.12 采用水化热小，性能稳定的矿渣硅酸盐水泥。同时添加适量的优质粉煤灰（级以上）以减少混凝土中的水泥用量降低水灰比，以降低混凝土水化热；4.13拌合混凝土时用水将碎石冷却以降低混凝土的浇筑温度，同时采用井水浇筑混凝土；4.14本工程施工时为夏季，考虑到外界温度对浇筑温度的影响，在混凝土入模前对混凝土温度进行测量；4.15本

10、工程施工时天气较热故浇筑混凝土时采用分层浇筑法，利用浇筑层面散热，同时采用二次振捣的方法增加混凝土的密实度，提高抗裂能力；4.16落实好混凝土浇筑后的养护措施，做到保湿保温养护，即可使混凝土初期获得更高的强度，还可以减少混凝土的温度应力与收缩应力，养护时间要求在14天以上；4.2抗裂措施：4.21改善约束条件，合理的安排施工工序，避免过大的高差和侧面长期暴露；在新旧混凝土之间设置滑动层，铺设一层水泥砂浆；4.22钢材选用大厂的钢材，以保证钢材的化学成分有足够的保证，才能保证钢筋的抗拉、抗剪、抗弯强度完全有足够的条件符合设计要求；4.23石子选用颗粒均匀，强度较高的机械破碎石料，粒径在5.0-4

11、0mm连续级配的石子，避免针片状颗粒超标；4.24选用含泥量小于1%的干净中粗河砂，级配区，细度模数2.55左右；4.25 填加适量的聚丙稀纤维对混凝土具有微观补强的作用，同时能很好的控制混凝土的非结构性裂缝；4.26 墙体中部增加焊接钢丝网片，对混凝土的变形起到约束的作用；4.27 填加适量减水剂（JM-）水灰比是影响混凝土收缩的重要因素，使用减水防裂剂可使混凝土用水量减少25。水泥用量也是混凝土收缩率的重要因素，掺加减水防裂剂的混凝土在保持混凝土强度的条件下可减少15的水泥用量，其体积用增加骨料用量来补充。减水防裂剂可以改善水泥浆的稠度，减少混凝土泌水，减少沉缩变形。提高水泥浆与骨料的粘结

12、力，提高的混凝土抗裂性能。混凝土在收缩时受到约束产生拉应力，当拉应力大于混凝土抗拉强度时裂缝就会产生，减水防裂剂可有效的提高的混凝土抗拉强度，大幅提高混凝土的抗裂性能。掺加外加剂可使混凝土密实性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，减少碳化收缩。掺减水防裂剂后混凝土缓凝时间适当，在有效防止水泥迅速水化放热基础上，避免因水泥长期不凝而带来的塑性收缩增加。掺外加剂混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，减少水分蒸发，减少干燥收缩. 验对比和研究，比单纯的靠改善外部条件，可能会更加简捷、经济。4.28 填加适量的微膨胀剂，使混凝土得到补偿收缩，减少温度应力；4.29 对混凝土坍落度要求控制在14mm以下，

13、对每车混凝土在搅拌站出料，搅拌车经运输一段时间，在泵车压入混凝土入模之前，应再测定坍落度，对不符合要求的混凝土不允许浇灌；4.30 在混凝土表面初凝后终凝前，板面先按标高用刮尺刮平，在初凝前用木蟹打磨，待混凝土收水后二次用木蟹搓平；5、直线加速器机房混凝土浇筑内外温差计算直线加速器机房建筑尺寸为15 100mm×13 500mm，底板厚度为700mm，墙板1 540mm，局部厚度达2 500mm，顶板厚1 650mm，局部厚度达2 500mm。施工时属于夏季施工，外界平均气温约为330C。所用材料：矿渣水泥275kg/m3，中粗砂765kg/m3，石子1 085kg/m3，水170k

14、g/m3，粉煤灰70kg/m3，JM-22kg/m3，混凝土模板为复合木胶合板，养护采用草帘覆盖浇水养护。5.1混凝土的拌合温度计算每m3混凝土原材料重量、温度、比热及热量，见表1表1材料名称重量W(kg)比热C(kJ/kg.k)W×C(kJ/0C)材料温T1(0C)T1×W×C(kJ)水1704.27141510 710水泥2750.84231358 085砂子7650.84642.603522 491石子10850.84911.403531 899粉煤灰700.8458.80352 058JM-220.8418.4835646.80合计2 576.2875 8

15、89.80混凝土的拌合温度Tc=T1×W×C/W×C=75 889.80/2 576.28=29.460C （1）式中：Tc混凝土的拌合温度（0C）W混凝土组成材料重量(Kg)C混凝土组成材料比热(kJ/kg.k)T1混凝土组成材料温度（0C）5.2混凝土的浇筑温度计算混凝土装卸料两次：A1=b×A=2×0.032=0.064 （2）式中：A1温度损失系数 A装卸一次温度损失系数0.032混凝土采用搅拌车运输，运输时间为15min：A2=×=0.042×15=0.063 （3）式中：A2温度损失系数采用搅拌车运输的热损失值运

16、输时间（min）混凝土采用分层浇筑法，每层浇筑时间为60min：A3=0.003×=0.003×60=0.18（4）式中：搅拌时间（min）混凝土的浇筑温度Tj= Tc+（Tq- Tc）×（A1+ A2+ A3）=29.46+（33-29.46）×（0.064+0.063+0.18）=30.550C （5）式中：Tj混凝土的浇筑温度（0C）Tq室外平均气温（0C）Tc混凝土的拌合温度（0C）A1，A2，A3温度损失系数5.3混凝土的绝热温升计算混凝土浇筑后的3d的水化热温度最大，故计算龄期3d的绝热温升。已知每公斤425号矿渣水泥的发热量Q为335kJ/

17、kg。混凝土的最终绝热温升T=W×Q×(1-E-mr)/C×=275×335×0.684/0.97×2400=27.060C（6）式中：W每立方混凝土中的水泥用量(Kg/m3)Q每公斤矿渣水泥的发热量（kJ/kg）M随水泥品种，比表面及浇筑温度而异混凝土的龄期E常数，为2.718C混凝土的比热，计算取0.97 kJ/kg.k混凝土的密度，取2 400 kg/m3查表得1-E-mr为0.6845.4混凝土内部实际最高温度计算混凝土内部实际最高温度Tmax=Tj+T×=30.55+27.06×0.65=48.150C（

18、7）式中：Tmax混凝土内部实际最高温度Tj混凝土的浇筑温度T 混凝土的最终绝热温升不同的浇筑块厚度、不同的龄期时的降温系数，按混凝土块体最厚处 2 500mm，3d龄期查表得为0.655.5混凝土表面温度计算=1/（1/1+2/2+1/q）=1/（0.015/0.23+0.03/0.14+0.04）=3.13（8）式中：模板及保温层的传热系数（W/m.k）1复合木胶合板的导热系数（W/m.k）2草帘的导热系数（W/m.k）1复合木胶合板的厚度（m）2草帘的厚度（m）混凝土的虚厚度h=k×/=0.666×2.33/3.13=0.49（9）式中：h混凝土的虚厚度（m） k计算折减系数，取0.666混凝土的导热系数，取2.33 W/m.k模板及