《大体积混凝土施工》PPT课件.ppt

第7节大体积混凝土施工,高层建筑基础底板、桩基承台板、深梁多为大体积的钢筋混凝土、加之高层建筑基础底板承受荷载大，结构整体刚度要求高，目前普遍底板不分缝，一次连续整浇混凝土量很大。如武汉国际贸易中心大厦52层，主楼承台板厚分别为3.1m，3.7m，4.8m，混凝土(C40)总体积达11000m3，一次性浇筑完毕。上海金茂大厦主楼的基础承台厚4m，一次性浇筑14万立方米混凝土（C50）。除基础大体积混凝土外，在上部结构中构件体积也越来越大，,如广州中天大厦底层大空间的边柱跨度45m，转换层采用高7.55m，2.75m的4根钢筋混凝土大梁，L形角柱边长为7.55m，宽2.75m，同样属于大体积混凝土。大体积钢筋混凝土温度场的变化和裂缝的产生和防止自有其内在的不同于一般体积混凝土的规律，在工程施工中应予以高度重视。,大体积砼结构的特点,由于高层基础多为砼体积较大的箱形、筏形和桩承台较大的基础，这种结构有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。外荷载引起裂缝的可能性很小。但水泥的水化反应过程中释放的水化热所产生的温度变化与砼收缩的共同作用，会产生较大温度应力和收缩应力，是大体积砼结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，所以必须控制温度应力和温度变形裂缝的开展。,大体积混凝土的定义,大体积混凝土含义一般是指其体积大到必须采取措施处理水化热产生的温差，合理解决温差变形引起的应力，并控制裂缝的产生或限制裂缝开展的现浇混凝土。我国建设部在行业标准普通混凝土配合比设计规程（JGJ55-2000）中给予大体积混凝土定义：混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。,日本建筑学会标准（JASS）定义：“结构断面最小尺寸在80cm以上，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的混凝土称为大体积混凝土。”美国（ACI）规定：“任何就地建筑的大体积混凝土，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，以最大限度减少开裂。”,通过大量的工程实践证明：,砼的温升和温差与表面系数有关，单面散热的结构断面最小厚度在75cm以上，双面散热的结构断面最小厚度在100cm以上，水化热行引起的砼内外最大温差预计可能超过25，应按大体积砼施工,建筑工程的大体积混凝土,1、基础工程：厚大的混凝土底板、深梁、厚大的桩基承台等；2、上部结构：巨型柱、高层建筑的转换梁或板、防辐射结构,结构物裂缝的基本概念,裂缝的种类及产生的原因:1、裂缝的种类：按裂缝的宽度不同，混凝土裂缝可分为“微观裂缝”和“宏观裂缝”两种。1）微观裂缝（在尚未承受荷载的混凝土结构中存在着肉眼看不见的微观裂缝其宽度为0.05mm以下）：粘着裂缝：骨料与水泥石粘面上的水泥石裂缝：骨料间水泥浆中的裂缝骨料裂缝：存在于骨料本身的裂缝,前两种形式的裂缝较多，且这些裂缝分布不规则、不贯穿，砼仍可承受拉力。,2）宏观裂缝（宽度0.05mm以上肉眼可见的裂缝）：表面裂缝：表面拉应力大于砼极限抗拉强度时出现的裂缝贯穿裂缝：砼从高温降温引起砼收缩产生拉应力，当大于砼的极限抗拉强度时，混凝土的整个截面出现贯穿裂缝。深层裂缝：表面裂缝发展而成深层裂缝,宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。,(1)表面裂缝,大体积混凝土浇筑初期，水泥水化热大量产生，使混凝土的温度迅速上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，其温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，热量不易散发，其温度上升较多。混凝土内部温度高、表面温度低，则形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。,表面裂缝虽不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于表面裂缝处的断面已削弱，易产生应力集中现象，能促使裂缝进一步开展。国内外对裂缝宽度都有相应的规定，如我国的混凝土结构设计规范(GB50-89)，对钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度就有明确的规定：室内正常环境下的一般构件为0.3mm；露天或室内高湿度环境下为0.2mm。,贯穿裂缝,大体积混凝土浇筑初期，混凝土处于升温阶段及塑性状态，弹性模量很小，变形变化所引起的应力很小，温度应力一般可忽略不计。,混凝土浇筑一定时问后，水泥水化热基本已释放，混凝土从最高温逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上混凝土多余水分蒸发等引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束，不能自由变形，导致产生拉应力，当该拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，混凝土整个截面就会产生贯穿裂缝,贯穿裂缝切断了结构断面，破坏了结构整体性、稳定性、耐久性、防水性等，影响正常使用。应当采取一切措施控制贯穿裂缝的开展。,深层裂缝,基础约束范围内的混凝土，处在大面积拉应力状态，在这种区域若产生了表面裂缝，则极有可能发展为深层裂缝，甚至发展成贯穿性裂缝。深层裂缝部分切断了结构断面，具有很大的危害性，施工中是不允许出现的。如果设法避免基础约束区的表面裂缝，且混凝土内外温差控制适当，基本上可避免出现深层裂缝和贯穿裂缝。,混凝土裂缝的三类原因：,1、由外荷载的直接应力（即按常规计算的主要应力）引起的裂缝。,2、由结构的次应力（计算未考虑到的结构内部应力）引起的裂缝。,大体积混凝土的裂缝多由上述第三种原因引起。当变形受到约束产生的应力超过混凝土的抗拉强度时，就引起裂缝。,3、由变形变化（温度、收缩、不均匀沉降等）引起的裂缝。,混凝土基础底板内部温差引起的温度应力分布：,结构变形的内外约束：1、内约束：结构变形时，其内部各质点之间产生的约束；2、外约束：结构变形时，不同结构之间产生的约束。外约束分为：自由体、全约束、弹性约束（部分约束）建筑工程中的大体积混凝土，外约束应力占主要地位,大体积混凝土基础底板产生的裂缝,1、内约束引起的表面裂缝：砼浇筑初期，其内部与表面温差过大；,2、外约束引起的深层裂缝：砼浇筑后期，砼降温、干缩变形引起的基础底板收缩受到地基约束。,（主要由温度变形、收缩变形导致）,大体积混凝土基础底板产生的裂缝,大体积混凝土基础底板出现的裂缝按深度可分为以下三种：表面裂缝、深层裂缝、贯穿裂缝,深层裂缝进一步扩展形成贯穿裂缝,混凝土结构裂缝宽度的控制,一类环境（室内正常环境）：0.3mm；二类环境：0.2mm。,对于基础、地下或半地下结构，裂缝主要影响其防渗性能。当裂缝宽度只有0.10.2mm时，虽然早期有轻微渗水，经过一段时间后一般裂缝可以自愈。当裂缝宽度超过0.20.3mm时，其渗水量与裂缝宽度呈三次方增加，必须进行化学注浆处理。,目的：防止钢筋锈蚀、混凝土碳化和酥松脱落，从而影响结构的耐久性、防水性。,混凝土结构设计规范（GB500102002）的要求：,大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因：,1、水泥水化热；,水化热引起的绝热温升：与混凝土单位体积内的水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期按指数关系增长，一般10d左右达到最终绝热温升。,但由于结构自然散热，实际混凝土内部的最高温度，大多发生在混凝土浇筑后的35d。,大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因：,2、约束条件；,（1）在全约束条件下，混凝土结构因温差产生的温度应力应为：E；其中：T（即温差与混凝土线胀系数的乘积）；,当超过混凝土的极限拉伸值p时，结构便出现裂缝。,（2）实际混凝土结构并非受到全约束，且混凝土还有徐变变形，所以内外温差在25甚至30情况下混凝土也可能不开裂。,3、外界气温变化；,混凝土的内部温度浇筑温度水化热绝热温升结构散热降温。,外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；如外界气温下降，会增加混凝土的降温幅度。特别是气温骤降时，会增加混凝土内外的温度梯度，对大体积混凝土极为不利。,大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因：,4、混凝土的收缩变形；,（1）混凝土的收缩变形，主要由于混凝土中多余水分的蒸发引起混凝土体积的干燥收缩。（这种收缩变形如受到约束，即会产生收缩应力）,混凝土的干燥收缩，在很大程度上是可逆的。,（2）混凝土的收缩变形除干燥收缩外，还有碳化变形。即：空气中的CO2与混凝土水泥石中的Ca(OH)2反应生成碳酸钙CaCO3，放出结合水而使混凝土收缩。,大体积混凝土结构施工阶段产生裂缝的主要原因：,控制裂缝开展的基本方法：,表面裂缝危害较小，贯穿裂缝危害较大，重点控制贯穿裂缝的开展，常采用的有三种方法：1、“放”的方法：减少约束体与被约束体之间的相互制约，以设置永久性的伸缩缝的方法。一般3040m，个别1020m。2、“抗”的方法：n减小约束体与被约束体之间的相对温差，改善钢的配置，减少砼的收缩，提高砼的抗拉强度。,3、“放”“抗”结合的方法：可分为“后浇带”“跳仓打”和“水平分层间歇”。“后浇带”：是现浇整体砼结构中，在施工期，保留临时性温度收缩的变形缝方法。,“跳仓打”法：将整个结构按垂直施工缝分段，间隔一段浇筑一段，经过不少于5d的间歇后再浇筑成整体。“水平分层间歇”法：把整体砼结构分成几个薄层进行浇筑，增加散热的机会，减少砼温度的上升，一般厚度控在0.62.0m范围内，时间间隔一般57d.,温度应力的计算,结构中的温度场：大体积砼内部最高温度，由混凝土浇筑温度，水泥水化热引起的温升和砼的散热温度三部分组成,1、混凝土的绝热最高温升计算砼的周围没有任何散热条件，没有任何热损耗，水泥水化后产生的水化热量，全部转化成为温升的最后温度，称为绝热温升。TmaxWQ/Cr式中：Tmax绝热最高温升（）W每千克水泥的水化热（J/kg）Q每立方米砼中水泥用量（kg/m3C砼的比热,一般取0.96X103(J/kg)r砼的容重（kg/m3）取2400（kg/m3）,2、砼最高温升值计算由于大体砼结构都处一定的散热条件下，故实际的最高温升一般都小于绝热温升。凡结构厚度在1.8m以下，在计算最高温升值时，可以忽略水灰比、单位用水量、浇筑工艺及浇筑速度等次要因素的影响，而只考虑单位体积水泥用量及混凝土浇筑温度这两个主要影响因素，以简便的经验公式计算：,Tmax=t0+Q/10Tmax=t0+Q/10+F/50式中Tmax混凝土内部的最高温升值()；t0混凝土浇筑温度()，在计算时，在无气温与浇筑温度的关系值时，可采用计划浇筑日期的当地旬平均气温()；Q每立方米混凝土中水泥的用量(kg/m3)，上述两公式适用于425矿渣硅酸盐水泥，如使用525水泥时，建议用Q101.11.2；使用325水泥时，建议采用Q100.900.95；F每立方米混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)。,水化热实测升降温曲线,为快速掌握大体积钢筋混凝土在硬化过程中的温度变化情况，有利于施工中控制裂缝的开展，工程技术人员对有关工程在不同季节、不同厚度的混凝土的水化热进行了施工全过程的跟踪和实测，统计整理后得出混凝土中心部位的水化热升降温曲线如图所示。,设Tmax为混凝土内部最高温升，tmax为达到混凝土内部最高温度的时间。从图33中可以查得：A曲线：2.6m厚，夏季施工时，测温曲线的Tmax60.8，tmax3d；B曲线：1.3m厚,夏季施工时，测温曲线的Tmax39.1,tmax3d，掺粉煤灰；C曲线：2.6m厚，冬季施工时，测温曲线的Tmax31.4,tmax5.5dD曲线：1.3m厚，冬季施工时，测温曲线的Tmax22.3,tmax3d