大体积混凝土热工计算课件

1、第一章、混凝土裂缝产生的原因第一章、混凝土裂缝产生的原因1.1、混凝土结构开裂的原因很多，但归纳起来有两类：变形引起的裂缝和受力（荷载）引起的裂缝。根据工程实践统计有80%的混凝土裂缝属于变形变化裂缝。1.2、变形作用包括温度（水化热、气温、太阳辐射、生产热等）；湿度（自身收缩、失水干缩、碳化收缩、缩性收缩等）；地基变形（地基不均匀沉降、膨胀地基、湿陷地基等）。变形裂缝其实也是混凝土内部应力导致开裂，起因是结构首先要求变形，当变形得不到满足才引起应力，应力超过混凝土抗拉强度才会开裂。1.3、大体积混凝土释放的水化热，会产生较大的温度变化和收缩作用，由此而产生的温度和收缩应力，是导致混凝土出现裂

2、缝的主要原因。从而影响基础的整体性、耐久性和使用功能。因此，控制混凝土浇筑块体因水泥水化热引起的温升、混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度，防止混凝土出现有害的温度裂缝是施工技术的关键问题。 第二章、大体积混凝土裂缝控制施工计算第二章、大体积混凝土裂缝控制施工计算第一节、自约束裂缝控制计算第一节、自约束裂缝控制计算浇筑大体积混凝土时，由于水化热的作用，中心温度高，与外界接触的表面温度低，当混凝土表面受外界气温影响急剧冷却收缩时，外部混凝土质点与混凝土内部各质点之间相互约束，使表面产生拉应力，内部降温慢受到自约束产生压应力。设温度呈对称抛物线分布，则由于温差产生的最大拉应力和压应力可由下式计算；

3、第二节、混凝土外约束裂缝计算第二节、混凝土外约束裂缝计算 大体积混凝土结构浇筑后，由于水泥水化热使混凝土温度升高，体积膨胀，达到峰值后（约35d）将持续一段时间，因内部温度慢慢要与外界气温相平衡，以后温度将逐渐下降，从表面开始慢慢深入到内部，此时混凝土已基本结硬，弹性模量很大，降温时当温度收缩变形受到外部边界条件的约束，将引起较大的温度应力。一般混凝土内部温升值愈大，降温值也愈大，产生的拉应力也愈大，如通过施工计算后采取措施控制过大的降温收缩应力的出现，即可控制裂缝的发生。外约束裂缝控制的施工计算按不同时间和要求，分以下两个阶段进行。 2.2.1混凝土浇筑前裂缝控制施工计算混凝土浇筑前裂缝控制

4、施工计算 在大体积混凝土浇筑前，根据施工拟采取的施工方法、裂缝控制技术措施和已知施工条件，先计算混凝土的最大水泥水化热温升值、收缩变形值、收缩当量温差和弹性模量，然后通过计算，估量混凝土浇筑后可能产生的最大温度收缩应力，如小于混凝土的抗拉强度，则表示所采取的裂缝控制技术措施，能有效地控制裂缝的出现；如超过混凝土的允许抗拉强度，则应采取调整混凝土的浇筑温度，减低水化热温升值，降低内外温差，改善施工操作工艺和性能，提高混凝土极限拉伸强度或改善约束技术措施，重新进行计算，直至计算的降温收缩应力，在允许范围以内为止，以达到预防温度收缩裂缝出现的目的。计算步骤如下：第二节、混凝土外约束裂缝计算第二节、混

5、凝土外约束裂缝计算 2.2.1.1混凝土的绝热温升混凝土的绝热温升水泥水化过程中，放出热量称为水化热。当结构截面尺寸小，热量散失快，水化热可不考虑。但对大体积混凝土，混凝土在凝固过程中聚积在内部热量散失很慢，常使温度峰值很高。而当混凝土内部冷却时就会收缩，从而在混凝土内部产生拉应力。假若超过混凝土的极限抗拉强度时，就可能在内部裂缝，而这些内部裂缝又可能与表面干缩裂缝联通，从而造成渗漏甚至破坏，所以对大体积混凝土的水化热问题给予高度重视。mc每立方米水泥用量（kg/m3）Q 每千克胶凝材料水化热量（J/kg）C 混凝土的比热0.841.05kj/kgk 一般取0.96混凝土的密度kg/m3e 常

6、数 2.718m 与水泥品种比表面、浇捣时温度有关的经验系数。浇筑温度35取0.428t 混凝土龄期（d）第二节、混凝土外约束裂缝计算第二节、混凝土外约束裂缝计算 2.2.1.2混凝土水化热调整温升混凝土水化热调整温升Tmax=T0+T(T)Tmax混凝土内部中心最高温度T0混凝土入模温度T(T)在t龄期时混凝土的绝热温升混凝土降温系数= Tm/ Tn；Tm混凝土实际温升、Tn混凝土的最终绝热温升值。反应器基础工程实例反应器基础工程实例反应器基础配合比设计报告序号名称规格型号产地材料用量（kg/m3）比例1水泥PO42.5R广东塔牌L083329112砂(干料)中砂细度模数2.9惠州7612.

7、623石子（干料）花岗岩531.5mm大亚湾鸿发10523.624水1550.535减水剂HX-XP聚羧酸缓凝高效减水剂惠州宏翔9.30.036粉煤灰级大亚湾国华440.157粒化高炉矿渣粉S95迁安市九江680.23水胶比0.38坍落度120160砂率%42水泥浆量30%砂含水率为6%，石子含水率均为1.5%反应器基础工程实例反应器基础工程实例水泥水化热计算：水泥水化热计算： 水泥水化热总量计算水泥水化热总量计算=4（7354-3314）=391kj/kg反应器基础工程实例反应器基础工程实例胶凝材料水化热总量计算胶凝材料水化热总量计算根据配合比可知K=0.96+0.93-1=0.89Q=0.

8、89391 kj/kg=348反应器基础工程实例反应器基础工程实例绝热状态下混凝土的水化热绝热升温值为：绝热状态下混凝土的水化热绝热升温值为： )1 ()(mtcteCQmTCQmTcmax )(tT浇完一段时间t，混凝土的绝热升温值；maxT混凝土的最大水化热绝热升温值，即最终升温值； cmQcm每立方米混凝土胶凝材料用量，403kg/m3；胶凝材料水化热总量(kj/kg); 348 kj/kg混凝土比热在0.841.05之间，一般取0.96混凝土质量密度： 2380 kg/m3；e常数，e =2.718与水泥品种比表面、浇捣时温度以及有关的经验系数，一般取m=0.20.4；查表得（m=0.

9、363）反应器基础工程实例反应器基础工程实例绝热状态下混凝土的水化热绝热升温值为：绝热状态下混凝土的水化热绝热升温值为： 1-e-m3=0.662(3天)1-e-m6=0.886(6天)1-e-m9=0.962(9天)CQmTcmax= (403x348)/0.96x2380=61.38T(3)=mcQ(1-e-mt)/C=61.380.662=40.63T(6)=mcQ(1-e-mt)/C=61.380.886=54.38T(9)=mcQ(1-e-mt)/C=61.380.962=59.05混凝土调整温升为混凝土调整温升为Tmax=T0+T(T)Tmax混凝土内部中心最高温度T0混凝土入模温

10、度T(T)在t龄期时混凝土的绝热温升混凝土降温系数= Tm/ Tn；Tm混凝土实际温升、Tn混凝土的最终绝热温升值。T (3d)=20+40.630.74=50.1T (6d)=20+54.380.73=59.7T (9d)=20+59.050.72=62.5第二节、混凝土外约束裂缝计算第二节、混凝土外约束裂缝计算2.2.1.32.2.1.3混凝土收缩值与收缩当量温差计算混凝土收缩值与收缩当量温差计算（1）混凝土收缩值标准状态下混凝土的最终收缩量0y =3.2410-4非标准状态下混凝土任意龄期的收缩变形值为：ntyymmmet 2101. 00)1 ()(2.2.1.3混凝土收缩值与收缩当量

11、温差计算混凝土收缩值与收缩当量温差计算ntyymmmet 2101. 00) 1 ( ) (（2）收缩当量温差计算混凝土收缩当量温差是将混凝土干燥收缩与自身收缩产生的变形值，换算或相当 于引起等量变形所需要的温度，以便按温差计算温度应力。混凝土的收缩变形换成当量温差按下式计算。式中 Ty（t） 任意龄期（d）混凝土收缩当量温差（），负号表示降温； 各龄期（d）混凝土的收缩相对变形值； 混凝土的线膨胀系数，取1.010-5。2.2.1.3混凝土收缩值与收缩当量温差计算混凝土收缩值与收缩当量温差计算反应器基础工程实例M1：水泥品种修正系数，普通水泥取1.0； M2：水泥细度修正系数：细度模数为37

12、0m2/kg取1.13M3：水灰比修正系数：水灰比为0.38取1.0；M4：胶浆量修正系数：估算一般为（水全部重量+胶凝材料全部重量+砂子重量的30%）混凝土重量。胶浆量：（155+291+76130%）238030%，查表取M4=1.45；M5：养护条件修正系数：三天取1.09；六天取1.04;9天取0.96M6：环境相对湿度修正系数，按60%计算；取0.88；M7：构件尺寸修正系数：水力半径的倒数（），为构件的截面周长（L）除以截面积（A）；基础半径5.5m；则周长为2*3.14*5.5=34.54m；面积为3.14*5.52=94.98m2；水力半径的倒数=L/A=34.54/94.98

13、=0.36 取1.22.2.1.3混凝土收缩值与收缩当量温差计算混凝土收缩值与收缩当量温差计算反应器基础工程实例M8：配筋率修正系数：钢筋的弹性模量钢筋的截面积（混凝土的弹性模量混凝 土的截面积）根据可知=EaAa/EbAb=2.1x105x(1357+35676+47590+9671+104475)/2.8x104x7820000=0.2查表取M8取0.61 M9：减水剂修正系数，取1.3 M10：粉煤灰掺量系数（指粉煤灰掺合料重量占胶凝材料总重的百分数），取0.93 M11：矿粉掺量系数，取1.01(3)=0.13610-4（6）=0.2610-4 （9）=0.410-4混凝土收缩当量温差

14、混凝土收缩当量温差Ty(3) =-y(3)/=-0.136*10-4/1.0*10-5=-1.36Ty(6) =-y(6)/=-0.26*10-4/1.0*10-5=-2.6Ty(9) =-y(9)/=-0.4*10-4/1.0*10-5=-42.2.1.4各龄期混凝土弹性模量计算各龄期混凝土弹性模量计算混凝土的弹性模量是表示材料弹性性质的系数，反映瞬时荷载作用下的应力应变性质。根据试验，混凝土的弹性模量随着混凝土抗压强度和密度的增加而加大，亦即混凝土的弹性模量随混凝土浇筑后龄期的增加而加大，随龄期不同而变化。各龄期混凝土的弹性模量按下式计算：式中 E（t）混凝土从浇筑后至计算时的弹性模量（N

15、/mm2）, 计算温度应力时，一般取平均值；EC混凝土的最终弹性模量（N/mm2）；可按下表取用2.2.1.4各龄期混凝土弹性模量计算各龄期混凝土弹性模量计算反应器基础工程实例cE混凝土弹性模量混凝土弹性模量：混凝土最终弹性模量（N/mm2），可近似取28d的弹性模量，根据大体积混凝土规范第25页表B.3.1可取3.15104N/mm2E(3)= EC(1-e-0.09t)=3.15104(1- e-0.09*3)=0.745*104 4N/mm2E(6)= EC(1-e-0.09t)= 3.15104(1- e-0.09*6)=1.31*104 4N/mm2E(9)= EC(1-e-0.09

16、t)= 3.15104(1- e-0.09*9)=1.75*104 4N/mm22.2.1.5计算混凝土的温度收缩应力计算混凝土的温度收缩应力大体积混凝土基础或结构（厚度大于1m）贯穿性或深进裂缝，主要是由于平均降温差和收缩差引起过大的温度收缩应力而造成的。混凝土因外约束引起的温度（包括收缩）应力（二维时），一般用约束系数法来计算约束应力，按以下简化公式计算：RSTEtct)()(1htytTTTTT)()(032ht ytTTTTT) () (032 混凝土的线膨胀系数，取1.010-5。 混凝土的最大综合温差绝对值，如为降温取负值；当大体积混凝土基础长期裸露在室外，且未回填土时， 值按混凝

17、土水化热最高温升值（包括入模温度）与当月平均最低温度之差进行计算；计算结果为负值，则表示降温；T0混凝土入模温度Tt时间t，混凝土的绝热温升值按Ty（t）混凝土收缩当量温差Th混凝土浇筑完后达到稳定时的温度，一般根据历年气象资料取当年平均气温S（t）混凝土徐变影响的松弛系数（建筑施工计算手册表11-17）：0.186（3天）；0.208（6天）；0.214（10天）R混凝土的外约束系数，当为岩石地基时，R=1;当为可滑动垫层时，R=0,一般土地基取0.250.5v：混凝土的泊松比，取0.152.2.1.5计算混凝土的温度收缩应力计算混凝土的温度收缩应力反应器基础工程实例)(tT)(tyThT混

18、凝土最大综合温差混凝土最大综合温差T0：混凝土入模温度，由计算，为20 ：混凝土水化热绝热温升值，取以上计算结果为50.1（3天）、59.7（6天）、62.5（9天）； ：混凝土收缩当量温差，取3.1.53.1.5条款的计算结果为-1.36（3天）；-2.6（6天）；-4（9天）：本地区四月份平均气温22T(3)=T0+2T(t)/3+ Ty(3)- Th=20+250.1/3-1.36-22=30.04T(6)=T0+2T(t)/3+ Ty(6)- Th=20+259.7/3-2.6-22=35.2T(9)=T0+2T(t)/3+ Ty(9)- Th=20+262.5/3-4-22=35.7

19、2.2.1.5计算混凝土的温度收缩应力计算混凝土的温度收缩应力反应器基础工程实例)(tET混凝土的温度收缩应力混凝土的温度收缩应力：混凝土从浇筑后至计算时的弹性模量（N/mm2），取3.1.63.1.6条款计算结果：0.745104 N/2（3天）；1.31104 N/2（6天）；1.75104 N/2（9天）； ：混凝土线膨胀系数，1.010-5：混凝土的最大综合温度差，取计算结果：30.04（3天）；35.2（6天）；35.7 （9天）； v：混凝土的泊松比，取0.15 S（t）：混凝土徐变影响的松弛系数（建筑施工计算手册表11-17）：0.186（3天）；0.208（6天）；0.214（

20、10天） R：混凝土外约束系数R=1（岩石地基）； 混凝土在第N天的降温收缩应力为:(3) =（-0.7451041.010-530.04）（1-0.15）0.1861=-0.49 N/mm2(6) =（-1.311041.010-535.2）（1-0.15）0.2081 =-1.23 N/mm2(9) =（-1.751041.010-535.7）（1-0.15）0.2141 =-1.57 N/mm22.2.1.6混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度ftk（t）混凝土龄期为t时的抗拉强度标准值（N/mm2） ftk混凝土抗拉强度标准值（N/mm2） r系数，应根据所用混凝土试验确定，当无试验数据时

21、，可取0.3（6）混凝土的抗裂性能判断2.2.1.6混凝土的抗拉强度混凝土的抗拉强度Ftk（3d）=2.2（1-2.718-0.33）=1.31 N/mm2Ftk（6d）=2.2（1-2.718-0.36）=1.84 N/mm2Ftk（9d）=2.2（1-2.718-0.39）=2.05 N/mm2反应器基础工程实例混凝土抗拉强度 混凝土防裂性能判断 (3)= -0.49 N/mm21.13Ftk（3d）1.15=1.29 满足要求(6)= -1.23 N/mm21.13Ftk（6d）1.15=1.81满足要求(9)=-1.57 N/mm21.13Ftk（9d）1.15=2.01满足要求2.2

22、.2混凝土浇筑后裂缝控制施工计算混凝土浇筑后裂缝控制施工计算大体积混凝土浇筑后，根据实测温度值和绘制的温度升降曲线，分别计算各降温阶段产生的混凝土温度收缩拉应力，其累计总拉应力值，如不超过同期龄的混凝土抗拉强度，则表示所采取的防裂措施能有效地控制预防裂缝的出现，不致于引起结构的贯穿性裂缝；如超过该阶段时的混凝土抗拉强度，则应采取加强养护和保温（如覆盖保温材料、及时回填土等）措施，使缓慢降温和收缩，提高龄期混凝土的抗拉强度、弹性模量发挥徐变特性等，以控制裂缝的出现，计算步骤和方法如下：2.2.2.1求混凝土实际最高温升值根据各龄期的实际温升后的降温值及升降温曲线，按下式求各龄期实际水化热最高温升

23、值：Td=Tn-ToTd各龄期混凝土实际水化热最高温升值Tn各龄期实测温度值To混凝土入模温度2.2.2.2计算混凝土水化热平均温度结构裂缝主要是由降温和收缩引起的，任意降温差（水化热温差加上收缩当量温差）均可分解为平均降温差和非均匀降温差；前者引起外约束，是导致产生贯穿性裂缝主要原因；后者引起自身约束，导致产生表面裂缝。因此，重要的是控制好两者的降温差，减少和避免裂缝的开展。非均匀降温差一般都采取控制混凝土内外温差在2030以内。在一般情况下，现浇大体积混凝土在升温阶段出现裂缝的可能性较小，在降温阶段，如平均降温差较大，则早期出现裂缝的可能性较大。在施工阶段早期降温主要是水化热降温（包括少量

24、的混凝土收缩）其水化热平均温度可按下式计算2.2.2混凝土浇筑后裂缝控制施工计算混凝土浇筑后裂缝控制施工计算Tt（t）= T1+2/3T4= T1+2/3（T2-T1）Tt（t）各龄期混凝土的综合温差T1 保温养护下混凝土表面温度T2 实测基础中心最高温度2.2.2.3计算混凝土截面上任意深度的温度Ty截面上任意深度的温度d基础或结构的厚度y基础截面上任意一点离开中心轴的距离T1、T4符号意义同上2.2.2.4计算各龄期混凝土收缩变形值、收缩当量温差及弹性模量计算方法同上2.2.2.5计算各龄期混凝土的综合温差及总温差T（t）= Tx（t）+ Ty（t）T（t）各龄期混凝土的综合温差Tx（t）

25、各龄期水化热平均温差Ty（t）各龄期混凝土收缩当量温差总温差为混凝土各龄期综合温差之和2.2.2混凝土浇筑后裂缝控制施工计算混凝土浇筑后裂缝控制施工计算2.2.2.6计算最大温度应力值第三节、第三节、基础侧面及基础顶面混凝土采用保温材料，保温厚度计算：基础侧面及基础顶面混凝土采用保温材料，保温厚度计算：式中：保温材料所需厚度；h:结构厚度（m）；i：保温材料的导热系数（W/m.k）；草帘子为0.14o：混凝土导热系数，取2.3 W/m.k；Tmax：混凝土中心最高温度（）； Tb：混凝土表面温度（）；Tq：混凝土浇筑后3-5d空气平均温度，取22；计算时可取Tb- Tq=1520；Tmax-T

26、b=20250.5：指中心温度向边界散热的距离，为结构厚度的一半；K：传热系数的修正值，即透风系数。对易于透风的保温材料组成的取2.6或3.0；对不易透风的保温材料组成取1.3或1.5；对混凝土表面用一层不易透风材料，上面再用容易透风的保温材料组成，取2.0。第三章、大体积混凝土控制温度和收缩裂缝的技术措施第三章、大体积混凝土控制温度和收缩裂缝的技术措施 为了有效地控制有害裂缝的出现和发展，必须从控制混凝土的水化升温、延缓降温速率、减小混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸强度、改善约束条件和设计构造等方面全面考虑，结合实际采取措施。3.1降低水泥水化热和变形 3.1.1选用低水化热或中水化热的水泥

27、品种配制混凝土，如矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥等。（3d水化热不大于240kj/kg；7d水化热不大于270kj/kg）3.1.2充分利用混凝土的后期强度，减少每立方米混凝土中水泥用量。根据试验每增减 10kg 水泥，其水化热将使混凝土的温度相应升降 1。 3.1.3使用粗骨料，尽量选用粒径较大、级配良好的粗细骨料（砂率控制在38%42%）；控制砂石含泥量；掺加粉煤灰、矿渣等掺合料（掺合料的总量不大于混凝土中胶凝材料用量的50%）或掺加相应的减水剂、缓凝剂，改善和易性、降低水灰比（水灰比不大于0.5），以达到减少水泥用量、降低水化热的目的。 3.1.4在基础内部预埋

28、冷却水管，通入循环冷却水，强制降低混凝土水化热温度。 3.1.5在厚大无筋或少筋的大体积混凝土中，掺加总量不超过 20%的大石块，减少混凝土的用量，以达到节省水泥和降低水化热的目的。 3.1.6在拌合混凝土时，还可掺入适量的微膨胀剂或膨胀水泥，使混凝土得到补偿收缩，减少混凝土的温度应力。第三章、大体积混凝土控制温度和收缩裂缝的技术措施第三章、大体积混凝土控制温度和收缩裂缝的技术措施 3.1.7改善配筋。为了保证每个浇筑层上下均有温度筋，可建议设计人员将分布筋做适当调整。温度筋宜分布细密，一般用8 钢筋，双向配筋，间距15cm。这样可以增强抵抗温度应力的能力。上层钢筋的绑扎，应在浇筑完下层混凝土

29、之后进行。 3.1.8.设置后浇缝。当大体积混凝土平面尺寸过大时，可以适当设置后浇缝，以减小外应力和温度应力；同时也有利于散热，降低混凝土的内部温度。3.2.降低混凝土温度差 3.2.1选择较适宜的气温浇筑大体积混凝土，尽量避开炎热天气浇筑混凝土。夏季可采用低温水或冰水搅拌混凝土，可对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷，或对骨料进行覆盖或设置遮阳装置避免日光直晒，运输工具如具备条件也应搭设避阳设施，以降低混凝土拌合物的入模温度。 3.2.2掺加相应的缓凝型减水剂。 3.3 加强施工中的温度控制 3.3.1在混凝土浇筑之后，做好混凝土的保温保湿养护，缓缓降温，充分发挥徐变特性，减低温度应力，夏季应注意避免曝晒，注意保湿，冬期应采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度发生。 3.3.2采取长时间的养护，规定合理的拆模时间，延缓降温时间