大体积混凝土裂缝控制

1、大体积混凝土裂缝控制摘要：混凝土最小截面尺寸达到1m以上的结构属于大体积混凝土结构。大体积混凝土施工时, 由于水泥水化过程中释放大量的水化热, 使混凝土结构的温度梯度过大, 从而导致混凝土结构出现温度裂缝。因此, 计算并控制混凝土硬化过程中的温度, 进而采取相应的技术措施, 是保证大体积混凝土结构质量的重要措施。关键词：大体积混凝土 裂缝 内外温差 水化热1 概述 大体积混凝土与普通钢筋混凝土相比, 具有结构厚, 体形大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的特点。 大体积混凝土在硬化期间, 一方面由于水泥水化过程中将释放出大量的水化热, 使结构件具有“热涨”的特性; 另一方面混凝土硬化

2、时又具有“收缩”的特性, 两者相互作用的结果将直接破坏混凝土结构, 导致结构出现裂缝。因而在混凝土硬化过程中,必须采用相应的技术措施, 以控制混凝土硬化时的温度, 保持混凝土内部与外部的合理温差, 使温度应力可控, 避免混凝土出现结构性裂缝。2 大体积混凝土产生裂缝的原因大体积混凝土裂缝产生的原因主要为：温度裂缝、干缩裂缝、材料裂缝等。2.1温度裂缝混凝土浇筑后，由于混凝土内外部温差过大会产生裂缝。混凝土浇注后，水泥水化热较大，使混凝土温度上升。当聚集在混凝土内部的水泥水化热不易散发时，混凝土内部温度明显升高。而混凝土表面通常散热较快，形成内外温差，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉

3、应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝，特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。2.2 干缩裂缝收缩裂缝是指因混凝土收缩所产生的裂缝。收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量, 用水量和水泥用量越高, 混凝土的收缩就越大。混凝土中约20%的水分是水泥水化所必需的，但仍有80%的水分需要蒸发，当混凝土中的多余水分蒸发时，就会引起混凝土体积收缩，也叫干缩，而混凝土又由于受到地基或边界条件的约束，使混凝土内部产生较大的拉应力，当拉应力超过混凝土抗拉强度时，混凝土就会产生裂缝即干缩裂缝。2.3 材料裂缝材料裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格或骨料中含泥量过多而引起的。3 大体积混凝土裂缝

4、控制的理论计算工程实例: 混凝土及其原材料各种原始数据及参数为: C30 混凝土采用P.S32.5 矿渣硅酸盐水泥, 其配合比为: 水: 水泥: 砂: 石子 ( 单位kg) =158: 298: 707: 1204, 砂、石含水率分别为3%、0%,水泥、砂、石子。CC = CS = Cg=0.84kj/kg.k；各种材料的温度及环境气温: 水18, 砂、石子23, 水泥25, 环境气温25。3.1 混凝土温度计算( 1) 混凝土拌和温度计算: 本实例中的混凝土拌和温度计算见下表：材料名称重量（kg）比热（kj/kg.k)热当量Wc(kj/0C)温度Ti（0C）热量Timc（kj)(1)(2)(

5、3)=(1)×(2)(4)(5)=(3)×(4)水泥2980.84250.32256258砂子12040.841011.362323261.28石子7070.84593.882313659.24砂中含水量214.288.2181587.6石中含水量04.20180拌合水1374.2575.41810357.2合计23672519.1655123.32T0=(5)/(3)=55123.32/2519.16=21.9( 2) 混凝土出机温度计算:公式 T1=T0- 0.16( T0- Ti)式中: T1混凝土出机温度( ) ; T0混凝土拌和温度( ) ; Ti混凝土搅拌棚内温

6、度( ) 。T1=21.9- 0.16×( 21.9- 25) =22.4。( 3) 混凝土浇筑温度计算: 公式TJ=T1- ( n+0.032n)( T1- TQ) 式中: TJ混凝土浇筑温度( ) ; T1混凝土出机温度( ) ; TQ混凝土运送、浇筑时环境气温( ) ;n混凝土自开始运输至浇筑完成时间( h) ; n混凝土运转次数。 温度损失系数( /h)本例中, 若n取1/3, n 取1, 取0.25,则: TJ=22.4- ( 0.25×1/3+0.032×1) ×( 22.4-25) =22.7( 低于30)3.2 混凝土的绝热温升计算 Th

7、=W0Q0/(C) 式中:W0每立方米混凝土中的水泥用量( kg/m3) ;Q0每公斤水泥水化热量(KJ/kg) ; C混凝土的比热容取0.97(KJ/kgk) ; 混凝土的质量密度( kg/m3)取=2400 kg/m3；Th=( 298×334) /( 0.97×2400) =42.83.3 混凝土内部实际温度计算 Tm=TJ+Th 式中: Tj混凝土浇筑温度; Th混凝土最终绝热温升; 温降系数查建筑施工手册, 若混凝土浇筑厚度3.4m。则:3取0.704,7取0.685,14 取0.527,21 取0.328。 本例中: Tm(3)=22.7+0.704×

8、42.8=52.8;Tm (7)=22.7+0.685×42.8=52.0;Tm (14)=22.7+0.527×42.8=45.3; Tm(21)=22.7+0.328×42.8=36.7。 3.4 混凝土表面温度计算 Tb()=Tq+4h(H- h) T()/H2式中: Tb()龄期时混凝土表面温度( ) ; Tq龄期时的大气温度( ) ; H混凝土结构的计算厚度(m) 。 按公式 H=h+2h计算, h混凝土结构的实际厚度(m); h混凝土结构的虚厚度(m): h=K/，K计算折减系统取0.666,混凝土导热系数取2.33W/mK。 模板及保温层传热系数(W

9、/m2K): 值按公式=1/( i/i+1/g) 计算,i模板及各种保温材料厚度(m) ;i模板及各种保温材料的导热系数(W/mK) ;g空气层传热系数可取23W/mK。 T()龄期时,混凝土中心温度与外界气温之差(): T()=Tm()- Tq。若混凝土便面只覆盖一层塑料布，蓄水养护，水i=0.3m, i=0.58 W/mK，混凝土灌注高度为3.4m, 则: =1/(0.3/0.58+1/23)=1.71h=K/=0.666×2.33/1.71=0.91H=h+2h=3.4+2×0.91=5.22(m)若Tq 取20, 则: T(3)=52.8- 20=32.8 T(7)

10、=52- 20=32 T(14)=45.3- 20=25.3 T(21)=36.7- 20=16.7 则: Tb(3)=20+4×1.1(5.22- 0.91)×32.8/5.222=42.8 Tb (7)=20+4×1.1 (5.22- 0.91) ×32/5.222=42.3 Tb (14)=20+4×1.1 (5.22- 0.91) ×25.3/5.222=37.6 Tb (21)=20+4×1.1 (5.22- 0.91) ×16.7/5.222=31.63.5 混凝土内部与混凝土表面温差计算 T()s=T

11、m()- Tb() 本工程实例中: T(3)s=52.8- 42.8=10( ) T(7)s=52- 42.3=9.7( ) T(14)s=45.3- 37.6=7.7( ) T(21)s=36.7- 31.6=5.1( ) 4 大体积混凝土施工技术措施4.1 降低水泥水化热混凝土的热量主要来自水泥水化热, 因而选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配制混凝土较好;精心设计混凝土配合比, 采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术, 减少每立方米混凝土中的水泥用量, 以达到降低水化热的目的; 选用适宜的骨料, 施工中根据现场条件尽量选用粒径较大, 级配良好的粗骨料;选用中粗砂, 改善混凝土的和易性, 并充分利

12、用混凝土的后期强度, 减少用水量; 严格控制混凝土的塌落度。4.2 降低混凝土入模温度控制混凝土的入模温度对于降低大体积混凝土的总温升，减少结构物的内外温差，具有重大影响。入模温度的高低与出机温度密切相关，另外还与运输工具、运距、转运次数、施工气候条件等有关。大体积混凝土内的最高温度由浇筑温度和水化热温升组成，因此降低混凝土拌合料的浇筑温度也很重要。对混凝土拌合料的浇筑温度影响较大的是石子和水，在气温较高季节或经计算混凝土内外温差不满足要求时，首选降低水温，其次降低石子温度。夏季为防止太阳的直接辐射，应在砂石堆场搭设简易遮挡装置等措施。浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温, 尽量避开炎热天气浇

13、筑。夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土, 或在混凝土拌和水中加入冰块, 同时对骨料进行遮阳、洒水降温, 在运输及浇筑过程中也采用遮阳保护、洒水降温等措施, 以降低混凝土拌和物的入模温度; 掺加相应的缓凝型减水剂;在混凝土入模时, 还可以采取强制通风措施,加速模内热量的散发。4.3 提高混凝土的抗拉强度。提高混凝土的抗拉强度，首先应控制集料含泥量。砂、石含泥量过大, 不仅增加混凝土的收缩, 而且降低混凝土的抗拉强度, 对混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下, 中砂含泥量控制在2%以下, 减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响; 改

14、善混凝土施工工艺。可采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆等方法; 加强早期养护, 提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量; 在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋,以改善应力分布, 防止裂缝的出现。4.4 混凝土浇筑方式在混凝土浇筑时宜采用“分层浇筑、分层振捣、一个斜面、一次到顶”的推移浇筑法。分层浇筑易于混凝土的振捣，且混凝土的暴露面少，有利于降低混凝土的最高温升，分层厚度宜控制在50cm左右；利用混凝土自然流淌形成的斜面的浇筑方法，能较好的适应泵送工艺，避免混凝土输送管道经常拆除、冲洗、接长，从而提高泵送效率，简化混凝土的泌水处理，保证上下层混凝土浇

15、注不超过初凝时间，施工时混凝土自然流淌形成斜面的坡度宜控制在1：6左右。4.5 掺加减水剂和外掺料(1)掺加减水剂。大体积混凝土中掺加的减水剂主要是木质素磺酸钙，它对水泥颗粒有明显的分散效应，可有效地增加混凝土拌合物的流动性，且能使水泥水化较充分，提高混凝土的强度。若保持混凝土的强度不变，可节约水泥10，从而可降低水化热；同时可明显地延缓水化热的释放速度，其热峰也相应推迟。(2)掺加粉煤灰。在混凝土中掺人一定量的粉煤灰，具有以下优点：粉煤灰本身的火山灰活性作用，可生成硅酸盐凝胶，起着一定的增强作用；在单位用水量不变的条件下，可以起到显著改善混凝土和易性的效能；用粉煤灰替代部分水泥，可降低水泥的

16、用量，从而降低水化热；若保持混凝土拌合物原有的流动性，则可减少用水量，从而可提高混凝土的强度。所以在保证混凝土强度和抗渗性能的条件下，应尽可能添加掺和料，但掺量不宜大于20。4.6改善约束条件, 削减温度应力。采取分层或分块浇筑大体积混凝土，合理设置水平或垂直施工缝，或在适当的位置设置施工后浇带，以放松约束程度，减少每次浇筑长度的蓄热量，防止水化热的积聚，减少温度应力。在大体积混凝土基础与垫层之间可设置滑动层, 如技术条件许可, 施工时宜采用刷热沥青作为滑动层, 以消除嵌固作用, 释放约束应力。4.7 混凝土养护大体积混凝土浇筑完后，加强其表面保温、保湿养护，对防止混凝土产生裂缝具有重要作用：一是减小混凝土的内外温差，防止出现表面裂缝；二是防止混凝土表面过冷，避免产生贯穿裂缝；三是延缓混凝土的冷却速度，以减小新老混凝土的上下层约束。保湿养护还能减小混凝土的干缩，使混凝土的水泥水化作用顺利和充分进行，有利于提高混凝土的极限抗拉强度，对控制裂缝有积极作用。4.8 温度监控混凝土浇筑后，为了掌握大体积混凝土水化热造成不同深度处温度场的变化规律，在大体积混凝土中布设测温点，随时检测混凝土内部的温度变化情况，以便及时采取有效措施，控制温差，进而保证混凝土施