大体积混凝土施工课件

大體積混凝土施工●

3.1大體積混凝土的溫度裂縫

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3.1.1裂縫種類

按產生原因一般可分為(1)荷載作用下的裂縫(約占10%)(2)變形作用下的裂縫(約占80%)(3)耦合作用下的裂縫(約占10%)按裂縫有害程度分(1)有害裂縫、(2)無害裂縫按裂縫出現時間分為(1)早期裂縫(3～28天)、(2)中期裂縫(28～180天)(3)晚期裂縫(180～720天，最終20年)。按深度一般可分為(1)表面裂縫、(2)淺層裂縫、(3)深層裂縫(4)貫穿裂縫圖3.1溫度裂縫

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3.1.2裂縫產生的原因

大體積混凝土施工階段產生的溫度裂縫，是其內部矛盾發展的結果，一方面是混凝土內外溫差產生應力和應變，另一方面是結構的外約束和混凝土各質點間的內約束阻止這種應變，一旦溫度應力超過混凝土所能承受的抗拉強度，就會產生裂縫。1.水泥水化熱

水泥的水化熱是大體積混凝土內部熱量的主要來源，由於大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在混凝土內部不易散失。2.外界氣溫變化3.約束條件結構在變形時會受到一定的抑制而阻礙其自由變形，該抑制即稱“約束”，大體積混凝土由於溫度變化產生變形，這種變形受到約束才產生應力。在全約束條件下，混凝土結構的變形：式中：——混凝土收縮時的相對變形；——混凝土的溫度變化量；——混凝土的溫度膨脹係數。(3-1)4.混凝土收縮變形

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3.2.1大體積混凝土溫度應力特點●

3.2大體積混凝土的溫度應力

混凝土的溫度取決於它本身環境有溫差存在，而結構物四周又不可能做到完全絕熱，因此，在新澆築的混凝土與其四周環境之間，就會發生熱能的交換。範本、外界氣候(包括溫度、濕度和風速)和養護條件等因素，都會不斷改變混凝土所貯備的熱能，並促使混凝土的溫度逐漸發生變動。因此，混凝土內部的最高溫度，實際上是由澆築溫度、水泥水化熱引起的絕對溫升和混凝土澆築後的散熱溫度三部分組成。

●3.2.2大體積混凝土溫度應力計算1.大體積混凝土溫度計算1)最大絕熱溫升(二式取其一)(3-2)式中：——混凝土最大絕熱溫升(℃)；——混凝土中水泥(包括膨脹劑)用量(F——混凝土活性摻合料用量()；)；C——混凝土比熱，取0.97]；——混凝土密度，取2400(e——為常數，取2.718；t——混凝土的齡期(d)；m——係數，隨澆築溫度改變，查表3-2。)；水泥品種水泥強度等級水化熱Q()

3d7d28d矽酸鹽水泥42.531435437532.5250271334礦渣水泥32.5180256334表3-1不同品種、強度等級水泥的水化熱表3-2係數m澆築溫度(℃)51015202530m(1/d)0.2950.3180.3400.3620.3840.4062)混凝土中心計算溫度——t齡期混凝土中心計算溫度(℃)；——混凝土澆築溫度(℃)；——t齡期降溫係數，查表3-3同時要2)混凝土中心計算溫度(3-3)

式中：考慮混凝土的養護、範本、外加劑、摻合料的影響。表3-3降溫係數澆築層厚度(m)齡期t(d)369121518212427301.00.360.290.170.090.050.030.011.250.420.310.190.110.070.040.031.500.490.460.380.290.210.150.120.080.050.042.500.650.620.570.480.380.290.230.190.160.153.000.680.670.630.570.450.360.300.250.210.194.000.740.730.720.650.550.460.370.300.250.243)混凝土表層(表面下50～100mm處)溫度(1)保溫材料厚度(或蓄水養護深度)——保溫材料厚度(m)；——所選保溫材料導熱係數[]查表3-4。(3-4)式中:表3-4幾種保溫材料導熱係數材料名稱密度()導熱係數λ[材料名稱密度()導熱係數λ[]建築鋼材780058礦棉，岩棉110～2000.031～0.065鋼筋混凝土24002.33瀝青礦棉氈100～1600.033～0.052水0.58泡沫塑料20～500.035～0.047木範本500～7000.23膨脹珍珠岩40～3000.019～0.065木屑0.17油氈0.05草袋1500.14膨脹聚苯板15～250.042瀝青蛭石板350～4000.081～0.105空氣0.03膨脹蛭石80～2000.047～0.07泡沫混凝土0.10——混凝土表面溫度(℃)；——施工期大氣平均溫度(℃)；——混凝土導熱係數，取2.33；——計算的混凝土最高溫度(℃)；計算時可取=15～20℃，=20～25℃；——傳熱係數修正值，取1.3～2.0，查表3-5。表3-5傳熱係數修正值保溫層種類K1K21僅由容易透風的材料組成(如草袋、稻草板、鋸末、砂子)2.63.02由易透風材料組成，但在混凝土面層上再鋪一層不透風材料2.02.33在易透風保溫材料上鋪一層不透風材料1.61.94在易透風保溫材料上下各鋪一層不易透風材料1.31.55僅由不易透風材料組成(如油布、帆布、棉麻氈、膠合板)1.31.5注：值—一般颳風情況(風速小於4)；

值—刮大風情況。(2)如採用蓄水養護，蓄水養護深度。(3-5)式中：——養護水深度(m)；x——混凝土維持到指定溫度的延續時間，即蓄水養護時間(h)；M——混凝土結構表面係數()，F——與大氣接觸的表面積(V——混凝土體積()；)；——般取20℃～25℃；——傳熱係數修正值；700——折算係數[]；——水的導熱係數，取0.58[]。(3)混凝土表面範本及保溫層的傳熱係數。(3-6)式中：——混凝土表面範本及保溫層等的傳熱係數[]；——各保溫層材料厚度(m)；——各保溫層材料導熱係數[]；——空氣層的傳熱係數，取23[]。(4)混凝土虛厚度。

(3-7)式中：——混凝土虛厚度(m)；——混凝土導熱係數，取2.33[]k——折減係數，取2/3；(5)混凝土計算厚度。(3-8)式中：H——混凝土計算厚度(m)；h——混凝土實際厚度(m)。(3-9)(6)混凝土表層溫度。式中：——混凝土表面溫度(℃)；——施工期大氣平均溫度(℃)；——混凝土虛厚度(m)；——混凝土中心溫度(℃)H——混凝土計算厚度(m)；4)混凝土內平均溫度。(3-10)2.大體積混凝土溫度應力計算1)地基約束係數(1)單純地基阻力係數()，查表3-6。表3-6單純地基阻力係數()土質名稱承載力(推薦值軟黏土80～1500.01～0.03砂質黏土250～4000.03～0.06堅硬黏土500～8000.06～0.10風化岩石和低強度素混凝土5000～100000.60～1.00C10以上配筋混凝土5000～100001.00～1.50(2)樁的阻力係數。(3-11)式中：Q——樁產生單位位移所需水準力(當樁與結構鉸接時當樁與結構固接時

——樁的阻力係數(N/mm3)；)；E——樁混凝土的彈性模量(I——樁的慣性矩()；)；——地基水準側移剛度，取D——樁的直徑或邊長(mm)；F——每根樁分擔的地基面積()。2)大體積混凝土暫態彈性模量(3-12)式中：——t齡期混凝土彈性模量()；——28d混凝土彈性模量()e——常數，取2.718；t——齡期(d)。3)地基約束係數(3-13)式中：——t齡期地基約束係數()；h——混凝土實際厚度(mm)；——單純地基阻力係數()；——樁的阻力係數()；——t齡期混凝土彈性模量()4)混凝土幹縮率和收縮當量溫差混凝土幹縮率式中：——t齡期混凝土幹縮率；

——標準狀態下混凝土極限收縮值，取

——各修正係數，查表3-7。(3-14)、

收縮當量溫差(3-15)式中：——t齡期混凝土收縮當量溫差(℃)；——混凝土線性膨脹係數，(1/℃)。5)結構計算溫差(一般3d劃分一區段)(3-16)式中：——i區段結構計算溫度(℃)；——i區段平均溫度起始值(℃)；——i區段平均溫度終止值(℃)；——i區段收縮當量溫差終止值(℃)；——i區段收縮當量溫差起始值(℃)6)各區段拉應力(3-17)式中：——i區段混凝土內拉應力()；——i區段平均彈性模量()；——i區段平均應力鬆弛係數，查表3-8表3-8鬆弛係數S(t)齡期t(d)369121518212427300.570.520.480.440.410.3860.3680.3520.3390.327——i區段平均地基約束係數；L——混凝土最大尺寸(mm)；ch——雙曲余弦函數。到指定期混凝土內最大應力(3-18)7)安全係數3.大體積混凝土平均整澆長度(伸縮縫間距)式中：K——大體積混凝土抗裂安全係數，應≥1.15；——到指定期混凝土抗拉度設計值()。1)混凝土極限拉伸值(3-19)式中：——混凝土極限拉伸值；——混凝土抗拉強度設計值()；——配筋率(%)，

d——鋼筋直徑(mm)；——以e為底的對數；t——指定期齡期(d)；——鋼筋截面積()；——混凝土截面積()。2)平均整澆長度(伸縮縫間距)(3-20)式中：h——混凝土厚度mm)；E(t)——指定時刻的混凝土彈性模量(N/mm2)；——地基阻力係數()，；——反雙曲余弦函數；——指定時刻的累計結構計算溫差(℃)。——平均整澆長度(伸縮縫間距)(mm)；●3.2.3混凝土熱工計算1.混凝土熱導率計算

混凝土熱導率，是指在單位時間內熱流通過單位面積和單位厚度混凝土介質時，混凝土介質兩側為單位溫差時熱量的傳導率。它是反映混凝土傳導熱量難易程度的係數。混凝土的熱導率以下式表示(3-21)式中：——混凝土熱導率()；Q——通過混凝土厚度為的熱量(J)；——混凝土厚度(m)；——溫度差(℃)；t——測試時間(h)。A——混凝土的面積()；2.混凝土比熱計算單位重量的混凝土，其溫度升高1℃所需的熱量稱為混凝土的比熱，可按式(3-23)計算

(3-23)、、、、

式中：分別為混凝土、水泥、砂、石子、

水的比熱()3.混凝土熱擴散係數計算混凝土的熱擴散係數(又稱導溫係數)是反映混凝土在單位時間內熱量擴散的一項綜合指標。熱擴散係數愈大，愈有利於熱量的擴散。混凝土的熱擴散係數一般通過試驗求得或按式(3-24)計算(3-24)式中：a——混凝土的熱擴散係數()；——混凝土的重度()，普通混凝土的重度一般之間，鋼筋混凝土的重度之間。在2300～2450在2450～2500●3.2.4混凝土拌和溫度和澆築溫度計算1.混凝土拌和溫度計算混凝土的拌和溫度，是指組成混凝土的各種材料經攪拌形成均勻的混凝土出料後的溫度，又稱為出機溫度，可按式(3-25)表示(3-25)式中：——混凝土的拌和溫度(℃)；m——混凝土組成材料的重量(kg)；C——混凝土組成材料的比熱()；——混凝土組成材料溫度(℃)。若考慮混凝土攪拌時設置攪拌棚相對混凝土出機溫度的影響，則混凝土的出機溫度為一混凝土出機溫度(℃)；—混凝土攪拌棚溫度(℃)。(3-26)式中：2.混凝土澆築溫度計算混凝土的澆築溫度一般可按式(3-27)計算―

(3-27)●

3.3大體積混凝土溫度裂縫的控制措施●3.3.1混凝土材料1.選擇水泥品種

混凝土溫升的熱源是水泥水化熱，故選用中低熱的水泥品種，可減少水化熱，使混凝土減少升溫。例如，優先選用等級為32.5、42.5的礦渣矽酸鹽水泥，因其與同等級的礦渣水泥和普通矽酸鹽水泥相比，3d的水化熱可減少28%。2.減少水泥用量由於水泥水化熱而導致的溫度應力是地下室牆板產生裂縫的主要原因，且混凝土的強度、抗滲等級越高，結構產生裂縫的概率也越高。在地下室外牆施工中，除了在保證設計要求的條件下儘量降低混凝土的強度等級以減少水化熱外，還應該充分利用混凝土的後期強度。實驗數據表明，每立方米的混凝土水泥用量每增(減)l0kg，水泥水化熱使混凝土的溫度相對升(降)達1℃。3.選擇外加劑1)減水劑2)粉煤灰3)膨脹劑4)選擇粗、細骨料(1)含泥量(2)骨料粒徑。(3)砂率和細度模數。●3.3.2外部環境1.混凝土澆築與振搗

對於地下室牆體結構的大體積混凝土澆築，除了一般的施工工藝以外，應採取一些技術措施，以減少混凝土的收縮，提高極限拉伸，這對控制溫度裂縫很有作用。改進混凝土的攪拌工藝對改善混凝土的配合比、減少水化熱、提高極限拉伸有著重要的意義。2.混凝土澆築溫度適當地限制混凝土的澆築溫度，一般情況下，建議混凝土的最高澆築溫度應控制在40℃以下。3.混凝土出機溫度

為了降低大體積混凝土總溫升和減小結構的內外溫差，控制出機溫度是很重要的。在混凝土的原材料中，石子的比熱較小，但其在每立方米混凝土中所占的品質較大。水的比熱最大，但它在混凝土中占的品質卻最小。4.混凝土養護

地下室外牆澆築以後，為了減少升溫階段的內外溫差，防止因混凝土表面脫水而產生幹縮裂縫，應對混凝土進行適當的潮濕養護；為了使水泥順利進行水化，提高混凝土的極限拉伸和延緩混凝土的水化熱降溫速度，防止產生過大的溫度應力和溫度裂縫，應加強對混凝土進行保濕和保溫養護。5.防風和回填外部氣候也是影響混凝土裂縫發生和開展的因素之一，其中，風速對混凝土的水分蒸發有直接的影響，不可忽視，地下室外牆混凝土應儘量封閉門窗，減少對流。土是最佳的養護介質，地下室外牆混凝土施工完畢後，在條件允許的情況下應儘快回填。●3.3.3約束條件1.後澆帶後澆帶的構造有平接式、T字式、企口式等三種，如圖3.2所示。後澆帶的寬度應考慮施工方便，避免應力集中，寬度可取700～1000mm。當地上、地下都為現澆鋼筋混凝土結構時。在設計中應標明後澆帶的位置，並應貫通地上和地下整個結構，但鋼筋不應截斷。(a)平接式(b)T字式(c)企口式圖3.2後澆帶構造2.應力釋放帶正常情況下後澆帶的間距為20～30m，但在許多實際工程中，由於設計、施工條件的制約，後澆帶的間距往往超過這個範圍。例如，在澆築地下室外牆時，當地下室外牆很長或是環狀全封閉結構時，其水準方向的約束應力相當大，若無處釋放，就很容易產生豎向裂縫，因此在這類地下室外牆板上合理佈置應力釋放帶，有目的地給予誘導釋放,可以有效地減少或防止豎向裂縫的發生。3.構造設汁地下室牆體結構設計時應注意構造配筋的重要性，它對結構抗裂性能的影響很大，但目前國內外對此都不夠重視。對連續板不宜採用分離式配筋，應採用上下兩層的連續配筋；對轉角處的樓板宜配上下兩層放射筋，其直徑為8～14mm，間距約為200mm，同時應盡可能採用小直徑、小間距。在孔洞周圍、變截面轉角處，由於溫度變化和混凝土收縮會產生應力集中而導致裂縫，因此，可在孔洞四周增配斜向鋼筋、鋼筋網片；在變截面處做局部處理，使截面逐步過渡，同時增配抗裂鋼筋，防止裂縫。4.滑動層由於邊界條件在約束下才會產生溫度應力，因此，在與外約束的接觸面上設置滑動層可以大大減弱外約束。可在外約束兩端各1/4～1/5的範圍內設置滑動層；對約束較強的接觸面，可在接觸面上直接設滑動層。滑動層的做法有鋪設一層刷有兩道熱瀝青的油氈，或鋪設10～20mm厚的瀝青砂，或鋪設50mm厚的砂或石屑層。5.緩衝層在高、低底板交接處和底板地梁等處，用30～50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料做垂直隔離層，如圖3.3所示，以緩衝基礎收縮時的側向壓力。(a)高、低底板交接處(b)底板地梁處圖3.3緩衝層示意圖6.跳倉施工

一般分倉間歇時間7～10天。上海萬人體育場，周長1100m，直徑300餘米，採用分塊跳倉澆築，取消伸縮縫，只有施工縫，C25混凝土利用後期強度，優選配合比和外加劑，嚴格養護，最後只有輕微無害裂縫，經處理使工程完全滿足正常使用要求。與北京工人體育場相比較(24條永久伸縮縫)，避免了留設伸縮縫造成的滲漏缺陷。●3.3.4預應力技術

由於高強度等級的混凝土和預拌混凝土的大量應用，使混凝土的裂縫控制變得越來越困難。混凝土的大流動性等特性與混凝土的抗裂性有著一定的矛盾。外加劑的應用雖然可以在保持一定優良工作性能的同時降低水化熱，但往往是改善了一方面又影響了另一方面，也無法從根本上解決問題。基礎的特點決定著它會受到較大的約束，儘管在施工過程中所採用的後澆帶或應力釋放帶的確是一種有效的方法，但是也帶來了施工的另一些困難。比如，後澆帶本身的處理比較複雜，如果措施不當，就很可能會成為滲漏水的突破口；後澆帶或應力釋放帶的有效設置間距比較小(20～30m)，在一些長牆施工中過多的設置會影響工期等等。●3.4大體積混凝土施工泌水的防治

為此，在結構四周側模的底部開設排水孔，使多餘的水分從孔中自然排走；利用正式設計的集水坑或人為的“水潭”，將多餘水分集中後用專門的軟軸泵或隔膜泵抽水排出。●3.5大體積混凝土施工算例

【例3.1】高層建築大體積混凝土底板，平面尺寸為×，厚為，混凝土，混凝土澆築量為3235，施工時平均氣溫為26℃，所用材料為42.5號普通水泥，混凝土水泥用量為400，中砂、碎石、混凝土的配合比為水泥∶砂∶石子=l∶1.688∶3.12，水灰比為0.45，另摻1%的JMIII。經測試，水泥、砂、石子的比熱水的比熱,各種材料的溫度分別為25℃28℃，15℃,施工方案確定採用保溫法以防止水泥水化熱可能引起的溫度裂縫。試選擇保溫材料及所需的厚度。解現場測定砂石的含水率分別為5%，1%表3-12混凝土拌合溫度計算表材料名稱重量(1)比熱(2)熱當量/℃)(3)=(1)×(2)材料溫度/℃(4)(5)=(3)×(4)水泥砂子石子砂中含水量5%石子含水量l%拌和水合計4006751248341213425030.840.840.844.24.24.23365671048l42.850.4562.82900252825151515840015876262002l42756844266834

(2)混凝土的出罐溫度。混凝土在現場用二階式攪拌站攪拌，敞開棚式，則(1)混凝土的拌合溫度。根據已知條件可用表格法來求出混凝土的拌合溫度，見表3-12。則 =23.05℃23.05℃若採用商品混凝土，可參考封閉棚式計算結果。(3)混凝土的澆築溫度。根據施工方案，混凝土澆築每個迴圈過程中：裝卸轉運3次，運輸時間3，平倉、振搗至混凝土澆築完畢共60則用自卸開敞式汽車運輸，查表3-9，=23.9℃(4)混凝土的絕熱溫升。混凝土在澆築後3～5d時水化熱溫度最大，因此，3d的混凝土絕熱溫升，可用(3-2)式的第二式計算：查表3-2得；查表3-1得=51.8℃(5)混凝土內部最高溫度。澆築層厚度為2.5m，齡期為3d時，查表3-3得=57.57℃(6)混凝土的表面溫度。施工方案中採用18mm厚的多層夾板範本，選用20mm厚的草袋進行保溫養護，大氣溫度①混凝土的虛鋪厚度：式中：查表3-4可得成為空氣的傳熱係數，取為②混凝土的計算厚度：③混凝土的表面溫度：=36.57℃【例3.2】現澆鋼筋混凝土基礎底板，厚度為0.8m，配置直徑16帶肋鋼筋，配筋率0.35%，混凝土強度等級採用C30，地基為堅硬黏土，施工條件正常(材料符合品質標準、水灰比準確、機械振搗、混凝土養護良好)。試計算早期(15d)不出現貫穿性裂縫的允許間距。計算結果表明：混凝土的中心最高溫度與表面溫度差為=21℃＜25℃；混凝土表面溫度與大氣溫度差為=10.57℃。因此，採用在混凝土表面覆蓋20mm厚的草袋作為保溫養護措施的方案是可行的。解考慮施工條件正常，由表3-7查