大体积混凝土（PPT课件） .ppt

大体积混凝土,建筑之家,一、大体积混凝土的定义 在工程实践中常遇到大体积混凝土结构，如大型设备基础、高层建筑基础底板、构筑物基础、桥梁墩台、深梁、水电站坝等。由于这些结构体积大、整体行要求高，往往不宜留置施工缝。此外，水泥水化时放出大量热量，当结构体积大时，混凝土内部聚集的热量长期不易散失，混凝土内部和周围大气环境间形成较高温度差，由于温度应力常造成混凝土开裂。因此，美国混凝土学会曾强调指出：“任何就地浇筑的大体积混凝土，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。”综述所述，应十分慎重组织大体积混凝土的施工，以防止出现质量事故。 对于大体积混凝土的定义有不同的解释，日本建筑学会标准（jass5）的定义：“结构断面最小尺寸在800mm以上，水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差超过25c的混凝土，称为大体积混凝土。” 我国某施工单位制定的“大体积混凝土工法”中认为：凡结构断面最小尺寸大于3000mm的混凝土块体；或者单面散热的结构断面的最小尺寸在750mm以上，双面散热在1000mm以上，水化热引起的最高温度与外界气温之差预计超过25c的混凝土，均可称为大体积混凝土。总之大体积混凝土还没有一个统一的定义。,但是用结构尺寸大小来定义大体积混凝土结构过于机械，有些结构的尺寸并不很大（如某些地铁隧道底板厚度仅0.5m）但受到外界约束很大，也避免不了出现裂缝。采用以上定义方法有可能对某些本应属于大体积的混凝土结构忽略了对施工的预控。至于用混凝土结构可能出现的最高温度于外界气温之差的某一规定值来定义大体积混凝土也不够严密。因为“温度差”只有在约束条件下才起作用。当内外约束（限制）较小时，就可允许混凝土和外界温度差较大，反之较小。我国有关设计规范中曾规定，当基础混凝土28d龄期的极限拉伸值不低于0.8510-4时，施工质量均匀、良好，短间歇均匀上升的浇筑块、基础的容许温度差一般按表5-1 该规定中考虑了约束条件及混凝土的抗拉能力，从而规定容许温差，是较科学的。,二、大体积混凝土的温度及湿度变形 温度变形产生的原因很多，在这里仅讨论由于温度和湿度变化而产生的混凝土的变形。当升温时或混凝土吸湿时体积膨胀，当降温时或混凝土失水时，体积收缩。随着有无限制条件，混凝土的膨胀及收缩变形产生不同的结果。,大体积混凝土在温度应力作用下的两种不利情况 1产生表面裂缝 大体积混凝土浇注后一段时间，内部水化热不易散失，外部混凝土散热较快，水化热温升随壁（板）厚度增加而加大，混凝土内外形成一定的温度梯度。无论温升阶段或温降阶段，混凝土中心温度总是高于混凝土表面温度。根据热胀冷缩原理，中心部分混凝土膨胀速率要比表面混凝土大。因此，混凝土中心与表面各质点间的内约束以及来自地基及其他外部边界约束的共同作用，使混凝土内部产生压应力，混凝土表面产生拉应力。当温度梯度大到一定程度时，表面拉应力（t）超过混凝土的极限抗拉强度rf（t）时，混凝土表面产生裂缝。在升温阶段，混凝土未充分硬化，弹性模量小，徐变影响较大。因此拉应力较小，只引起混凝土表面裂缝。,2产生贯穿裂缝 随着水泥水化反应的结束及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段。温度降低，混凝土体积收缩。由于混凝土内部热量是通过表面向外散发，降温阶段混凝土中心部分与表面部分的冷缩程度不同，在混凝土内部产生较大的内约束，同时地基与边界条件也对收缩的混凝土产生较大外约束。内外约束的作用，使收缩的混凝土产生拉应力，随混凝土的龄期增长，抗拉强度rf（t）增大。弹性模量e（t）增高，徐变影响减小。因此降温收缩产生的拉应力（t）较大，易在混凝土中心部位形成较高拉应力区，若此时的混凝土拉应力（t）大于混凝土此龄期的抗拉强度rf（t），则大体积混凝土产生贯穿裂缝。,三、大体积混凝土结构裂缝控制的综合措施 （一）降低浇注温度及硬化过程中的混凝土温度 1混凝土原材料的预冷却 混凝土原材料的预冷却，不仅可以降低混凝土的浇注温度，而且还可削减混凝土内部的最高温度，并减少最高温度与稳定温度之间的差值，从而把混凝土内的温度变化控制在允许范围之内，以防止裂缝的产生。 （1）冷却搅和水或掺冰屑 在暑期施工中，一般采用冷却拌和水或掺冰屑的办法，达到降低混凝土拌和温度的目的。 在拌和水中加冰，必须使冰在拌和过程中完全融化，否则，待混凝土浇筑后冰屑融化，在混凝土中形成空洞，影响混凝土的质量。 （2）预冷骨料 当混凝土体积特大或气温很高时，单靠冷却拌和水法往往满足不了要求，故还需与预冷骨料配合使用，预冷骨料通常有湿法、干法与真空气法三种。,1）湿法冷却：主要有浸水法、喷水法 。 浸水法 粗骨料的预冷最常用的是浸水法，既把骨料放在12的冷水中进行冷却。故其方法是建一些大容积的料仓（称为冷却塔），内装约1/3的冷冻水，用进料皮带机将骨料送入仓内，直到装满为止，然后不断通入冷冻水，循环至预定时间内停止进水，排去仓内水，最后将骨料卸入出料皮带机，运送至搅拌站的石子料仓内。这种方法冷却效果好，工艺流程简单，但需要大量的冷却设备。 喷水法 骨料在运输过程中，在指定地点装设喷水管，沿途喷洒冷水。这种方法冷却效果不好，耗水多，经济效益差。 2）干法冷却：是用冷空气对骨料进行吹风冷却，亦有两种方式：一种方式是在搅拌楼的骨料仓内进行冷却。此时需将料仓封闭，由通风系统通入冷风。为了达到预定冷却效果，骨料需在仓内滞留一定的时间。另一种方式是在运送过程中用冷风使骨料冷却。此时，沿输送骨料的皮带机应设冷风道、冷气供风管及回风管。冷风还需有足够的长度。 3）真空气法：是利用在骨料中水分蒸发、吸热而冷却骨料。冷却时，将骨料装满在封闭的料仓中，抽出几乎所有的空气。然后将真空保持一定的时间。,2低水泥水化热 （1）水泥的选用 应优先采用水化热低的矿渣水泥配制大体积混凝土，当混凝土的强度等级为c15时，可采用325号矿渣硅酸盐水泥，当混凝土强度等级为c20或c20以上时，宜采用425号的矿渣硅酸盐水泥；也可用525号水泥，但注意用量。 对大体积混凝土所用的水泥，应进行水化热测定，水泥水化热的测定按现行国家标准水泥水化热试验方法（直接法）进行，配制混凝土所用水泥7天的水化热宜不大于250kj/kg。 （2）混凝土强度选用 避免用高强混凝，尽可能选用中低强度混凝土，基础混凝土的强度等级宜在c25c35的范围选用，利用后期强度r60。 （3）大体积混凝土配合比的选择 在满足设计要求及施工工艺要求的前提下，应尽量减少水泥用量，以降低混凝土的绝热温升。,1）采用减水剂、减少用水量及水泥用量； 2）合理选择骨料粒径及级配、沙率，以在保证混合物和易性的原则下尽可能减少用水量以降低水泥用量。 3）采用优质粉煤灰等活性掺和料取代水泥用量；改善混合物和易性，可减少用水量，提高混凝土结构的后期强度及耐久性。 3降低核心部分混凝土温度 浇注混凝土时预埋钢管，混凝土硬化过程中向钢管内通入冷水，以降低核心部分混凝土温度。,（二）提高混凝土极限抗拉强度 1选择良好级配的粗骨料，严格控制其含泥量不大于1.5。 2加强混凝土的振捣，采用二次投料法及二次振捣法，加强早期养护，并在浇注后及时排除表面积水以提高混凝土湿度和早期龄期抗拉强度，减少收缩变形。 3在大体积混凝土内设置必要的温度配筋（采用小直径、密间距）。在应力集中处如界面突变或转折处，底板（顶板）与墙转折处，孔洞转角及周边，增加斜向构造配筋，以防止出现裂缝。,（三）改善约束条件，削减温度应力 1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，并减少每次浇筑长度的蓄热量，以防止水化热的积聚，减少温度应力。 2对大体积混凝土基础与岩石地基，或基础与厚大的混凝土垫层之间设置滑动层，如采用平面浇沥青胶铺砂或刷热沥青或铺卷材。在垂直面、键槽部位设置缓冲层，可用铺设3050mm厚沥青木丝板或聚苯乙烯泡沫塑料，以消除嵌固作用，释放约束应力。 3采用合理的平面和里面设计。避免截面突变，从而减小约束应力。,（四）加强施工中的温度控制 1在大体积混凝土工程施工前，应对施工阶段大体积混凝土浇注的温度、温度应力及收缩应力进行验算，确定施工阶段大体积浇注块体的升温峰值、里外温差及降温速度的控制指标及制定温控施工技术措施。温度控制应围绕如何防止因温度变形而引起的结构物开裂为核心。 温度控制的目的，就是要对混凝土的初始温度（浇筑温度），和混凝土内部的最高温度进行人为的控制。 温度控制措施必须建立在严密的科学基础上。不但要有温度控制的要求，而且还应计算出各龄期混凝土内的温度应力。只有采取温度及应力“双控制”的方法，才能最大限度地避免结构物出现开裂的情况。,2合理安排施工程序，控制混凝土浇注面在浇筑过程中均匀上升，避免混凝土拌合物堆积高差过大。在结构完成后及时间回填土，避免其侧面长期暴露。 3加强测温和温度监测与管理，实行信息化控制，随时控制混凝土内的温度变化，混凝土的中心温度与表面温度之间的差值（tmax tb），基底面温差以及混凝土表面温度与室外空气中最低温度之间的差值（tb tq），均应小于20c；经过计算确认结构物混凝土具有足够的抗裂能力时，允许不大于2530c。及时调整保温及养护措施，使混凝土的温度梯度和温度不至过大，以有效控制有害裂缝的出现。 4规定合理的拆模时间，拆模时间应考虑气温环境等情况，必须有利于温度控制，即拆模后混凝土的温差不能太大，拆模后及时回填土。,5混凝土浇筑后，做好表面的长时间保温保湿养护，延缓降温时间和速度，以充分发挥混凝土的“应力松弛效应”，以减低温度应力。夏季及常温应在浇筑后及时洒水养护，以保持混凝土表面经常湿润为原则，模板上亦应经常洒水。夏季应避免曝晒，注意保温。冬季应采取措施保温覆盖，以免发生急剧的温度梯度。当气温骤降，为防止表面散热过快，内外温差过大，可用碘钨灯或其他加热装置加热表面。 混凝土的养护时间，应根据水泥品种而定。利用后期强度的混凝土，以及在干燥、炎热气候条件下，应延长养护时间，至少养护28天，对裂缝有严格要求时，应再适当延长。 大体积混凝土养护时间：普硅水泥14d；火山灰质水泥、矿渣水泥、大坝水泥、矿渣大坝水泥21d；在现场掺用混合材料的水泥21d。,（五）混凝土混合物中掺入膨胀剂 混凝土混合物中掺入膨胀剂，为大体积混凝土的施工开辟了一个崭新的领域。膨胀剂在混凝土内部产生的膨胀受到内部限制（包括混凝土本身及钢筋的限制）。因此是限制膨胀。在正确使用膨胀剂及掺量正确的前提下，膨胀剂的微膨胀作用可部分地抵消大体积混凝土的限制收缩，从而防止或减少收缩裂缝。因此掺膨胀剂的混凝土称为补偿收缩混凝土。 采用掺入膨胀剂的措施来防止大体积混凝土的开裂，相对来说比其他措施较简便、较经济。在二十世纪八十年代邯郸钢铁厂中柱四辊主轧机基础是长27.2m宽16.9m深10.1512.15m的大体积混凝土结构，混凝土体积约4500m3。在研究防止大体积混凝土施工时开裂措施方案时，技术经济分析表明掺膨胀剂并保温的方案的费用为73万元，冰水搅拌混凝土并埋钢管通水及保温的方案需费用210万元。,五、大体积混凝土施工 （一）保证大体积混凝土连续浇筑的措施 大体积混凝土施工的另一特点是整体性要求高，不允许留设施工缝，在施工中应当采取措施保证混凝土浇筑工作能连续进行。因此在制定大体积混凝土施工方案时应计算混凝土的浇筑量。并根据混凝土的浇筑量确定所需搅拌机、运输工具和振动器的数量，以及所需劳动量，进行劳动组织。,常用的浇筑方案有以下几种（见图5-4） （a）全面分层 在整个模板内全面分层，浇筑区面积即为基础平面面积，第一层全部浇筑完毕后，再回头浇筑第二层，第二层要在第一层混凝土初凝之前，全部浇筑振捣完毕。采用这种方案，结构的平面尺寸一般不宜太大。 （b）分段分层 混凝土从底层开始浇筑，进行一定距离后就回头浇第二层，如此向前呈阶梯形推进。当结构的厚度不大，分层较少时，混凝土浇筑到顶后，第一层末端的混凝土还未初凝，又可从第二层依次分层浇筑。适于在结构平面面积较大时采用。 （c）斜面分层 当结构的长度大大超过厚度三倍时，可采用本方案。振捣工作从浇筑层斜面的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土的浇筑质量。,全面分层,浇筑强度计算：q（t1t2）fh qfh（t1t2）,分段分层,浇筑强度计算：,斜面分层,浇筑强度计算：,（二）大体积混凝土施工的温度监测 大体积混凝土施工中加强温度监测，实行信息化控制。随时掌握混凝土内的温度变化对于防止开裂有决定性意义。 1温度监测要求 （1）要求 1）大体积混凝土的温控施工中，除应进行水泥水化热的测试外，在混凝土浇筑过程中还应进行混凝土浇筑温度的监测，在养护过程中还进行混凝土浇筑块升降温、里外温差、降温速度及环境温度等监测。图5-5 是对质点温测曲线。,2）混凝土浇筑温度系指混凝土振捣后，位于混凝土上表面以下50100mm深处的温度。混凝土浇筑温度的测试每工作班（8h）应不少于2次。 3）大体积混凝土浇筑块体里外温差、降温速度及环境温度的测试，每层夜应不少于2次。,（2）大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置，以真实地反映出混凝土块体的里外温差、降温速度及环境温