大体积溷凝土施工技术

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大体积混凝土施工技术 大体积混凝土的定义美国混凝土协会（ACI）规定：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大的限度减少开裂。”日本建筑协会标准（JASS5）中规定：“结构断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过25℃的混凝土，称之为大体积混凝土。” 目前，较新的观点指出：所谓大体积混凝土，是指其结构尺寸已经大到必须采用相应技术措施、妥善处理内外温度差值、合理解决温度应力、并按裂缝开展控制的混凝土。大体积混凝土的定义 建筑工程大体积砼常出现的部位：厚大的地下室底板（特别是电梯井筒部位）、桩顶承台梁、转换梁或板、内筒外框架超高层的大截柱等。桥梁工程大体积砼常出现的部位：桥大直径桩基础、悬索桥的锚碇和桥塔的一些部位、斜拉桥桥塔的一些部位、连续梁桥的墩台梁等。大体积混凝土的定义 建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。裂缝分为表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成了温度梯度，是混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。大体积混凝土的温度裂缝 大体积混凝土的温度裂缝故大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果，一方面是混凝土内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点间的内约束阻止这种应变，一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。引起温度裂缝的原因可分为以下几类：水泥水化热水泥的水化热是大体积混凝土内部热量的主要来源，由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在混凝土内部不易散失。外界气温变化 大体积混凝土的温度裂缝约束条件结构在变形时会受到一定的抑制而阻碍其自由变形，该抑制即称“约束”，大体积混凝土由于温度变化产生变形，这种变形受到约束才产生应力。在全约束条件下，混凝土结构的变形：——混凝土收缩时的相对变形；——混凝土的温度变化量；——混凝土的温度膨胀系数。混凝土收缩变形 大体积混凝土的温度应力混凝土的温度取决于它本身环境有温差存在，而结构物四周又不可能做到完全绝热，因此，在新浇筑的混凝土与其四周环境之间，就会发生热能的交换。模板、外界气候(包括温度、湿度和风速)和养护条件等因素，都会不断改变混凝土所贮备的热能，并促使混凝土的温度逐渐发生变动。因此，混凝土内部的最高温度，实际上是由浇筑温度、水泥水化热引起的绝对温升和混凝土浇筑后的散热温度三部分组成。大体积混凝土温度应力特点 大体积混凝土温度计算最大绝热温升（二式取其一）Th——混凝土最大绝热温升(℃)mc——混凝土中水泥(包括膨胀剂)用量（kg/m3）F——混凝土活性掺合料用量（kg/m3）K——掺合料折减系数。粉煤灰取0.25~0.30Q——水泥28d水化热(kJ/kg)c——混凝土比热，取0.97[kJ/(kg·K)]ρ——混凝土密度(2400kg/m3)t——混凝土的龄期（d）m——系数、随浇筑温度改变 大体积混凝土温度计算水泥品种水泥强度等级水化热Q(kJ/kg)3d7d28d硅酸盐水泥42.531435437532.5250271334矿渣水泥32.5180256334表1不同品种、强度等级水泥的水化热浇筑温度(℃)51015202530m(1/d)0.2950.3180.3400.3620.3840.406表2系数m 大体积混凝土温度计算混凝土中心计算温度T1(t)——t龄期混凝土中心计算温度（℃）Tj——混凝土浇筑温度（℃）ξ(t)——t龄期降温系数 大体积混凝土温度计算浇筑层厚度(m)龄期t(d)369121518212427301.00.360.290.170.090.050.030.011.250.420.310.190.110.070.040.031.500.490.460.380.290.210.150.120.080.050.042.500.650.620.570.480.380.290.230.190.160.153.000.680.670.630.570.450.360.300.250.210.194.000.740.730.720.650.550.460.370.300.250.24龄期降温系数ξ(t) 大体积混凝土温度计算混凝土表层（表面下50~100mm处）温度δ——保温材料厚度（m）T2——混凝土表面温度（℃）保温材料厚度Tq——施工期大气平均温度（℃）λ——混凝土导热系数，取2.33W/(m·K)Tmax——计算得混凝土最高温度（℃） 材料名称密度(kg/m3)导热系数λ[W/(m·K)材料名称密度(kg/m3)导热系数λ[W/(m·K)建筑钢材780058矿棉，岩棉110～2000.031～0.065钢筋混凝土24002.33沥青矿棉毡100～1600.033～0.052水0.58泡沫塑料20～500.035～0.047木模板500～7000.23膨胀珍珠岩40～3000.019～0.065木屑0.17油毡0.05草袋1500.14膨胀聚苯板15～250.042沥青蛭石板350～4000.081～0.105空气0.03膨胀蛭石80～2000.047～0.07泡沫混凝土0.10大体积混凝土温度计算λx——所选保温材料导热系数[W/(m·K)] 大体积混凝土温度计算Kb——传热系数修正值，取1.3~2.0。保温层种类K1K21仅由容易透风的材料组成(如草袋、稻草板、锯末、砂子)2.63.02由易透风材料组成，但在混凝土面层上再铺一层不透风材料2.02.33在易透风保温材料上铺一层不透风材料1.61.94在易透风保温材料上下各铺一层不易透风材料1.31.55仅由不易透风材料组成(如油布、帆布、棉麻毡、胶合板)1.31.5K1值为一般刮风情况（风速<4m/s，结构位置>25m）；K2值为刮大风情况； 大体积混凝土温度计算Kb——传热系数修正值，取1.3~2.0。保温层种类K1K21仅由容易透风的材料组成(如草袋、稻草板、锯末、砂子)2.63.02由易透风材料组成，但在混凝土面层上再铺一层不透风材料2.02.33在易透风保温材料上铺一层不透风材料1.61.94在易透风保温材料上下各铺一层不易透风材料1.31.55仅由不易透风材料组成(如油布、帆布、棉麻毡、胶合板)1.31.5K1值为一般刮风情况（风速<4m/s，结构位置>25m）；K2值为刮大风情况； 大体积混凝土温度计算如采用蓄水养护，蓄水养护深度hw——养护水深度（m）x——混凝土维持到指定温度的延续时间，即蓄水养护时间（h）M——混凝土结构表面系数（1/m）,M=F/VF——与大气接触的表面（m2）V——混凝土体积（m3）700——折算系数[kJ/(m3·K)]λw——水的导热系数，取0.58 大体积混凝土温度计算混凝土表面模板及保温层的传热系数β——混凝土表面模板及保温层等的传热系数[W/(m3·K)]δi——各保温材料厚度（m）λi——各保温材料导热系数[W/(m3·K)]βq——空气层的传热系数，取23[W/(m3·K)] 大体积混凝土温度计算混凝土虚厚度h’——混凝土虚厚度（m）k——折减系数，取2/3λ——混凝土导热系数，取2.33[W/(m3·K)] 大体积混凝土温度计算混凝土计算厚度H——混凝土计算厚度（m）h——混凝土实际厚度（m） 大体积混凝土温度计算混凝土表层温度T2(t)——混凝土表面温度（℃）Tq——施工期大气平均温度（℃）h’——混凝土虚厚度（m）H——混凝土计算厚度（m）T1(t)——混凝土中心温度（℃） 大体积混凝土温度计算混凝土平均温度 大体积混凝土应力计算地基约束系数单纯地基阻力系数Cx1（N/mm3）土质名称承载力(kN/m2)Cx1推荐值软黏土80～1500.01～0.03砂质黏土250～4000.03～0.06坚硬黏土500～8000.06～0.10风化岩石和低强度素混凝土5000～100000.60～1.00C10以上配筋混凝土5000～100001.00～1.50 大体积混凝土应力计算桩的阻力系数Cx2（N/mm3）Q——桩产生单位位移所需水平力(N/mm)当桩与结构铰接时当桩与结构固接时E——桩混凝土的弹性模量（N/mm2）I——桩的惯性矩（mm4）Kn——地基水平侧移刚度，取1×10-2D——桩的直径或边长（mm）F——每根桩分担的地基面积（mm2） 大体积混凝土应力计算大体积混凝土瞬时弹性模量E(t)——t龄期混凝土弹性模量（N/mm2）E0——28d混凝土弹性模量（N/mm2）e——常数，取2.718t——龄期（d） 大体积混凝土应力计算地基约束系数E(t)——t龄期混凝土弹性模量（N/mm2）h——混凝土实际厚度（mm）Cx1——单纯地基阻力系数（N/mm3）Cx2——桩的阻力系数（N/mm3）β(t)——t龄期地基约束系数（l/mm） 大体积混凝土应力计算混凝土干缩率和收缩当量温差混凝土干缩率εY(t)——t龄期混凝土干缩率ε0Y(t)——标准状态下混凝土极限收缩值，取3.24×10-4M1•M2∙∙∙M10——各修正系数，参考建筑施工手册第四版表10-88 大体积混凝土应力计算收缩当量温差TY(t)——t龄期混凝土收缩当量温差（℃）α——混凝土线膨胀系数，取1×10-5（1/℃） 大体积混凝土应力计算结构计算温差（一般3d划分一区段）ΔTi——i区段结构计算温差（℃）Tm(i)——i区段平均温度起始值（℃）Tm(i+3)——i区段平均温度终止值（℃）TY(i+3)——i区段收缩当量温差终止值（℃）TY(i)——i区段收缩当量温差起始值（℃） 大体积混凝土应力计算各区段拉应力σi——i区段混凝土内拉应力（N/mm2）——i区段平均弹性模量（N/mm2）——i区段平均应力松弛系数龄期t(d)369121518212427300.570.520.480.440.410.3860.3680.3520.3390.327i区段平均地基约束系数混凝土最大尺寸 大体积混凝土应力计算到指定期混凝土内最大应力σmax——到指定期混凝土内最大应力（N/mm2）——泊松比，取0.15 大体积混凝土应力计算安全系数ft——到指定期混凝土抗拉强度设计值（N/mm2）K——大体积混凝土抗裂安全系数，应≥1.15 大体积混凝土平均整浇长度混凝土极限拉伸值ft——混凝土抗拉强度设计值（N/mm2）µ——配筋率（%），µ=Fa/Fcd——钢筋直径（mm）t——指定龄期（d）Fa——钢筋截面面积（m2）Fc——混凝土截面面积（m2） 大体积混凝土平均整浇长度平均整浇长度（伸缩缝间距）[Lcp]——平均整浇长度（伸缩缝间距）（mm）h——混凝土厚度（mm）E(t)——指定时刻混凝土弹性模量（N/mm2）Cx——地基阻力系数（N/mm3）,Cx=Cx1+Cx2ΔT——指定时刻的累计结构计算温差（℃） 【例1】某工程现浇钢筋混凝土基础底板，厚度为0.8m，配置直径16带肋钢筋，配筋率0.35%，混凝土强度等级采用C30，地基为坚硬黏土，施工条件正常(材料符合质量标准、水灰比准确、机械振捣、混凝土养护良好)。试计算早期(15d)不出现贯穿性裂缝的允许间距。大体积混凝土计算案例 大体积混凝土计算案例均取1.0M4=1.42，M6=0.93，M7=0.70，M10=0.42混凝土经过15d的收缩变形混凝土收缩当量温差为 大体积混凝土计算案例混凝土上、下面温升为15℃，由于时间短，养护较好，气温差忽略不计，混凝土的水化热温差经计算为25℃，则计算温差为混凝土的极限拉伸值 大体积混凝土计算案例15d时混凝土的弹性模量伸缩缝的最大允许间距 由计算知，板的最大允许伸缩缝间距为26m。当板的纵向长度小于26m时，可以避免裂缝出现。否则则需在中部设置伸缩缝或“后浇缝”。当板下有桩基础时，计算阻力系数Cx时，应考虑桩基对基础底板的约束阻力。大体积混凝土计算案例 【例2】大型设备基础底板长90.8m、宽31.3m、厚2.5m，混凝土为C20，采用60d后期强度配合比，用32.5矿渣水泥，水泥用量mc=280kg/m3,混凝土浇筑入模温度Tj=28℃，为25℃，结构物周围用钢模板，在模板和混凝土上表面外包两层草袋保温，混凝土比热C=1.0kJ/kg∙K混凝土密度ρ=2400kg/m3施工时平均气温试计算总降温产生的最大温度拉应力及安全系数。大体积混凝土计算案例 解(1)计算绝热温升值，按式为简单计只计算3d、7d、28d的值。(2)混凝土中心温度计算，按式计算如下大体积混凝土计算案例 (3)混凝土表层温度。两层草袋保温按60mm计，则保温层传热系数混凝土虚厚度混凝土计算厚度混凝土表层温度大体积混凝土计算案例 (5)混凝土干缩率和当量温差，按式则(6)结构计算温差，按式大体积混凝土计算案例 (7)计算各龄期的混凝土弹性模量，按式(8)地基约束系数，按式大体积混凝土计算案例 (9)各区段拉应力，按式各区段平均弹性模量大体积混凝土计算案例 各区段平均应力松弛系数各区段平均地基约束系数大体积混凝土计算案例 只计算拉应力(10)混凝土内最大应力，按式混凝土抗拉强度设计值取1.1N/mm2，则安全系数满足抗裂条件，故知不会出现裂缝。大体积混凝土计算案例 1．合理的平面立面设计，避免截面的突变，从而减少约束应力。2．合理的布置分布钢筋，尽量采用小直径、密间距，变截面处加强分布钢筋3．避免用高强混凝土，尽量选用中低强度混凝土，采用60天或90天强度4．采用滑动层减少基础的约束。5．混凝土结构上下表面布置螺纹钢筋或冷轧扭钢筋网片。设计方面考虑的措施 ①．水泥品种:选用水化热较低的425或525矿渣水泥。②．水泥用量：尽最大限度减少水泥用量，同时参照水泥厂的水泥强度历史资料。③．水胶比:0.25~0.40④．混合材：粉煤灰、矿渣、火山灰、超细矿粉等⑤．外加剂：掺入高效复合减水剂。⑥．砂石骨料：骨料：选用粒径5～31.5mm的碎石，砂子的细度模数在2.5以上的中、粗砂。⑦．微膨胀剂：混凝土水灰比、胀剂的掺量、混凝土的养护、混凝土的密实程度、减水剂种类、膨胀剂的应用。配合比设计 ①.控制混凝土拌合料的出机温度和浇筑温度。②.混凝土的拌制1）保证混合材的质量，加强材质检验，进行混凝土试配，根据试配结果确定。2）外加剂及膨胀剂掺量准确，掺量误差控制总掺量的1％以下。3）搅拌均匀。4）加料顺序③.混凝土的输送④.浇筑方法:1）分层连续浇筑2）推移式浇筑法3）混凝土密振捣4）泌水处理施工工艺方面的措施 大体积砼浇筑完毕，分两次收水，用木蟹将表面搓毛，防止表面的收缩裂纹。 大体积砼浇筑完毕，表面采用保温养护。 混凝土的养护①降温法②蓄水养护③保温法:基础底板养护：1)板面覆盖薄膜，草袋，所需层数由计算确定。2)覆盖方法：板表面混凝土浇筑结束，约过12～20小时后，铺草袋或薄膜。3）先覆盖草袋或薄膜应根据季节、混凝土的配合比设计、养护时间等确定。空中浇筑板：1）模板一般应选用木模板或胶合板2)根据测试结果，一层胶合板模板内外温差约15℃，采用两层模板或中间夹薄膜或悬挂草袋防止空气流动过快3）底模板在铺设，根据我们的测试实践，在底模板下、木枋上铺设1～2层塑料薄膜 温度跟踪监测，信息化施工①测试混凝土的浇筑温度，即混凝土的拌合料的温度②可采用温度测试仪，温度探头预先埋入大体积砼内。③测点布置原则：测点须具有代表性，能全面反映大体积砼内各部位的温度④测温点布置：根据大体积混凝土的对称性，取其对称部分布置温度测点⑤测温制度：测温从砼浇筑后24h开始，升温阶段每2h测一次，降温阶段每4h测一次，7天后，每8h测一次。⑥大体积混凝土的上下表面温度是指上表面以下、下表面以上混凝土内5cm。