1.大体积混凝土(正文).doc

四川大学网络教育学院毕 业 论 文校外学习中心： 温州建校 学 生 姓 名： 吴敏敏 专 业： 土木工程 层 次： 业余高中起点专科 年 级： 2011年春季 学 号： 内容提要随着我国建筑业的发展，大体积工程施工大量出现。砼体积常常达数千立方米。大体积砼结构由于在水泥水化过程中释放的水化热引起的温度变化和砼本身的收缩受到外界约束作用时，就会在砼内部产生温度应力和收缩应力，当应力超过砼的抗拉极限，裂缝也就随之产生：由于这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，因此控制温度应力和温度变形裂缝是大体积砼结构施工中所面临的一个重大课题：因此，在大体积砼施工中，必须考虑温度应力的影响以及如何控制温度变形裂缝的发生和发展。砼是一种多种材料组成的非匀质材料，其抗拉强度远小于抗压强度。当拉应力超过砼的抗拉强度，就产生了裂缝甚至达到破坏。并尽可能减少温度变形引起的开裂提出了一些合理的对策、建议。关键词：特点、裂缝、温度、配制、浇筑浅谈大体积混凝土1、大体积混凝土的特点大体积混凝土是指混凝土结构中实体尺寸大于或等于lm的部位所用的混凝土。大体积混凝土的特点是：结构厚实，混凝土量大；工程条件复杂(般都是现浇钢筋混凝土地下结构)；施工技术要求高；水泥水化热使结构产生温度变形，应采取相应的措施，尽可能减少温度变形引起的开裂。大体积混凝土除了结构最小断面和内外温差有定的规定外，对平面尺寸也有一些限制。因为结构的平面尺寸过火，约束作用而产生的温度应力也愈大，如采取控制温度的措施不当，更易产生裂缝。我国的混凝土结构设计规范GB500102010中，对于混凝上结构伸缩缝最大间距作以下规定：当现浇式结构置于室内或土中时为30m，露天条件下则为20m。2、大体积混凝土的裂缝混凝土是由多种材料所组成的，它虽具有抗压强度高与耐久性良好等特性，但其抗拉强度很低，受拉时抗变形能力小，容易开裂。混凝土的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝又称为肉眼不可见裂缝，其宽度在0.05mm以下，主要是骨料与水泥石粘者面上的裂缝、水泥石裂缝和骨料裂缝。宏观裂缝又称肉眼可见裂缝，其宽度等于或大于0.05mm。大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度不同，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种贯穿裂缝切断了结构断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。宏观裂缝是可以避免的，但不是所有的宏观裂缝都是有害的。我国的混凝土结构设计规范GB500102010规定：钢筋混凝土结构处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度允许值为0.3mm；处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度允许值为0.2mm；对于地下或半地下结构，混凝土的裂缝主要影响其防水性能。般当裂缝宽度在0.10.2mm时，虽然早期有轻微渗水，但经过一般时间后，裂缝可以自愈。如超过0.20.3mm，则诊漏水量与裂缝宽度的三次方按比例增加，为此在地下工程中，应尽量避免超过0.3mm贯穿全断面的裂缝。如出现这种裂缝，必须进行化学灌浆处理。3、温度裂缝的性质混凝土随着温度的变化而发生膨胀或收缩，称为温度变形。对于大体积混凝土施工阶段来说，裂缝由于温度变形而引起的称为初始裂缝。大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝，一方面是混凝土由于内外温差而产生的应力和应变，另一方面是结构物的外部约束和混凝土各质点间的约束，应阻止这种应变。一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内，一般不会影响结构的强度，但却对结构的耐久性有所影响，因此必须予以重视和加以控制。产生裂缝的主要原因有以下几方面：3.1水泥水化热水泥在水化过程中要发出一定的热量，而大体积混凝土结构断面较厚，水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。通过实测，水泥水化热引起的温升在建筑工程中一般为2030，甚至更高。水泥水化热引起的绝热温刊，与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期而增长，一般在1012d接近于最终绝热温升(视气温变化而异)。但由于结构物有一个自然散热条件，实际上混凝土内部的最高温度，多数发生在混凝土浇筑后的最初35d。当混凝土内部与表面温差过大时，就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成正比，温差越大，温度应力也越大。当这种温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。而混凝土内部的温度与混凝土厚度及水泥用量有关，混凝土愈厚，水泥用量愈大，内部温度愈高。所形成的温度应力与混凝土结构的尺寸有关，在一定尺寸范围内，混凝土结构尺寸愈大，温度应力也愈大，因而引起裂缝的可能性也愈大。由于混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的强度和弹性模量都很低，对水化热g，起的急剧温升约束不大，相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以致产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂缝。3.2外界气温变化大体积混凝土在施工阶段，常受外界气温变化的影响。混凝土内部温度是有水泥水华热温度、浇筑温度和混凝土的散热温度三者的叠加。外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；而外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土是极为不利的。混凝上内部的温度是水化热的绝热温度、浇筑温度和结构物的散热温降等各种温度的叠加，而温度应力则是由温差所引起的温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高湿度一般可达6065，并且有较长的延续时间。为此，应采取温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的温度应力。3.3约束条件各种结构在变形中，必然会受到一定的“约束而阻碍变形，这就是约束条件。约束条件分为两类：即外约束和内约束。外约束是指结构物的边界条件，如支座或其他外界因素对结构物变形的约束。内约束是指由于内部非均匀的温度及收缩分布，各质点变形不均匀而产生的相互约束。大体积混凝土由于温度变化会产生变形，而这种变形又受到约束，便产生了应力，这就是温度变化引起的应力状态。而当应力超过某一数值，便引起裂缝。如在完全约束条件下混凝土结构的温度变形，是温差与温度膨胀系数的乘积，当超过混凝土的抗拉强度，混凝土将会出现垂直裂缝。3.4混凝土的收缩混凝土中约20的水分是水泥硬化所必须的，而约80的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩，这种收缩变形不受约束条件的影响。混凝土收缩的主要原因是内部空隙水蒸发变化时引起的毛细管引力。收缩在很大程度上是有可逆现象的。如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿交替将引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。影响混凝土收缩，主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施工工艺(特别是养护条件)等。混凝土拌合或浇筑时，由于坍落度不同，或采用的外加剂不同，石子粒径与品种不同，以及振捣的密实度不同，都会影响混凝土的匀质性不同，造成混凝土的弹性模量不均匀，因而在收缩变形过程中导致应力集中，引发裂缝。设计结构上预留的洞口的混凝土工程，会造成应力集中，在薄弱部位会形成裂缝。4、大体积混凝土的配制4.1大体积混凝土所用原材料应符合下列要求：水泥应选用水化热低和安定性好的水泥、凝结时间长的水泥，优先选用中热硅酸盐水泥、低热矿渣硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥。粗骨料宜采用连续级配，细骨料宜采用中砂。外加剂宜用缓凝剂、减水剂；掺合料宜用粉煤灰、矿渣粉等。大体积混凝土在保证混凝土强度及坍落度要求的前提下，应提高掺合料及骨料的含量，以降低每立方米混凝土的水泥用量。大体积混凝土配合比的计算和试配可按普通混凝土配合比的计算和试配方法进行，并在配合比确定后宜进行水化热的验算或测定。5、大体积混凝土的浇筑配制大体积混凝土浇筑方案应根据整体连续浇筑的要求，结构物的体型大小、钢筋疏密、混凝土供应条件等具体情况确定，可选择如下三种方案：5.1全面分层在整个结构物内，采取全面分层浇筑混凝土，做到第一层全面浇筑完毕后，开始浇筑第二层时，已浇筑的第层混凝土还未初凝，如此逐层进行，直至浇筑完成。这种方案适用于结构物的平面尺寸不太大的工程，浇筑时宜从结构的短边开始，沿长边推进；亦可分为两段，从中间向两端或从两墙向中间同时进行。5.2分段分层混凝土浇筑时，先从底层开始，浇筑至一定距离后浇筑第二层，如此依次向前浇筑其他各层。这种方案适用于结构物厚度不太大而面积或长度较大的工程。5.3斜面分层混凝土从浇筑层的下端开始，逐渐上移，此时向前推进的浇筑混凝土摊铺坡度应小1：3。这种方案适用于结构物的长度超过厚度的3倍。6. 大体积混凝土养护时的温度控制大体积混凝土的养护，不仅要满足强度增长的需要，还应通过人工的湿度控制防止因温度变形引起结构物的开裂。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。6.1在混凝土养护阶段的温度控制应遵循以下几点：混凝土的中心温度与表面温度之间的差值，以及混凝土表面温度与室外最低气温之间的差值，均应小于20；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2530。混凝土的拆模时间应考虑气温环境等情况，必须有利于强度的正常增长，即拆模时混凝土的温差不超过20，其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差，以及收缩当量温差三者的总和。大体积混凝土应在浇筑完毕后，及早洒水养护，混凝上发面应用草袋等覆盖，以保持混凝土表面经常湿润。模板上亦应经常洒水。混凝上养护时间应不少于21d；在干燥、炎热气候条件下，养护时间应不少于28d；对裂缝有严格要求时应再适当延长。混凝上养护时的温度控制方法，可分为降温法和保温法两类 降温法是在混凝土内部顶埋水管，通人冷却水，降低混凝土内部最高温度。冷却在混凝土刚浇筑完时就开始进行，可以有效地控制因混凝土内外温差而引起的结构物开裂。冷却水管可采用直径25mm或19mm的钢管或铝管，按蛇形排列，水平管距为1.53m垂直管距亦为1.53m并通过立管相连接。通水流量般为1420Lmin，为了保证水管降温效果，可将进、出水管的直径加大到50mm。保温法是在结构物外露的混凝土表面以及模板外侧覆盖保温剂料(如草袋、锯末、湿砂等)，利用混凝土的初始温度加上水泥水化热的温升，在缓慢的散热过程中，使混凝土获得必要的强度，以控制混凝土的内外温差小于20。除了上述采用降愠法和保温法控制混凝土温度外，还可以采用蓄水法和水浴法。蓄水法是在混凝土终凝后，在其表面蓄以一定高度的水，水有一定的隔热保温效果，可以推迟混凝上内部水化热温度的迅速失散，这样渴望在指定的日期内，控制混凝土表面温度与内部中心温度之间的差值，使混凝土具有较高的抵抗温度变形的能力。水浴法是利用构筑物的滑升平台的内外吊架，安装二圈环形喷水管，用高压水泵将冷水送到环形喷水管，喷淋到顶部混凝土的内外壁表面，水流自上而下，水流除了湿润混凝土表面外，还带走了大量热量，使得被太阳晒热了的混凝土表面温度下降；当喷淋水暂停时，附在混凝土表面的残余水，又因水分蒸发带走了一部分热量。由于环形喷水管喷淋水基本上是均匀的，这就达到了既养护混凝土，又降低了混凝土内外温差，以及减小各方位日照温差的目的。7、防止裂缝的主要措施7.1原材料方面 水泥应选用水化热低和安定性好的水泥，在设计强度满足下，尽量减少水泥用量。严格控制石子含泥量小于1%，砂小于2%。加入一定数量的减水剂，改善和易性。加入一定数量的磨细粉媒灰，取代水泥。加入一定数量的微膨胀剂，使水泥得到补偿收缩，减少混凝上的温度应力。7.2 施工方面混凝上尺寸过大时，设置后浇带，以减少外约束力和温度应力，同时也有利于混凝上散热，降低内部温度。混凝上的温度测量工作，表面温度与环境温度之差不超过25。8、 施工中应注意的几个问题8.1 后浇带的留置与处理 大体积砼施工中，要有合理的分缝分块，不仅可以减轻约束作用，缩小约束范围；并可以利用浇筑块的层面进行散热，达到降低砼内部的温度。后浇带的设置和处理，如设计有要求，按设计，一般为2030M，缝宽1M。封闭前，应仔细凿毛，并将钢筋按设计要求连接好，再用补偿收缩砼，并在普通砼中加入微膨胀剂，再浇筑密实。8.2 泌水和浮浆问题大体积砼施工，由于砼采取分层浇筑。上下层施工的间隔时间较长，因此各浇筑层易产生泌水层。可在结构四周侧模的底部开设排水孔，使多余的水分从孔中自然排走。8.3 模板工程大体积砼施工时，模板承受着砼的侧压力及振捣机械的振捣力，因此必须保证模板及其支撑体系的可靠性，防止模板产生的塌方或变形。浇筑砼前，必须充分湿润模板，防止木模板吸收砼表面水分后膨胀变形。优先选用钢模板。9、结束语 因此，在大体积砼施工中，必须考虑温度应力的影响以及如何控制温度变形裂缝的发生和发展。砼是一种多种材料组成的非匀质材料，其抗拉强度远小于抗压强度。当拉应力超过砼的抗拉强度，就产生了裂缝甚至达到破坏，并尽可能减少温度变形引起的开裂。所以必须做好砼的原材料的检验和配比、浇筑