大体积混凝土施工质量控制措施.ppt

大体积混凝土的质量控制措施 1 何为大体积混凝土2 大体积混凝土的裂缝3 产生裂缝的主要原因4 现行规范 规程中有关大体积混凝土的条文5 浇筑温度问题6 降温速率问题7 大体积混凝土的温度计算8 大体积混凝土采用保温 保湿养护的作用9 混凝土测温点的布置和测温制度10 大体积混凝土施工时防止裂缝产生的一些措施 一 何为大体积混凝土 所谓大体积混凝土 没有一个具体量化值 过去一般理解为尺寸较大的混凝土 一般采用0 8m 1m 现代大体积混凝土的定义改进为 由于水化热可能引起开裂的混凝土 就叫大体积混凝土 GB50496 2009规定 混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m的大体量混凝土 或预计会因混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土 日本建筑学会标准 JASS5 规定 结构断面最小厚度在80cm以上 同时水化热引起混凝土内部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 特点 结构厚实 砼量大 工程条件复杂 一般都是地下现浇钢筋混凝土结构 施工技术要求高 水泥水化热较大 预计超过25度 易使结构物产生温度变形 大体积混凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外 对平面尺寸也有一定限制 因为平面尺寸过大 约束作用所产生的温度力也愈大 如采取控温措施不当 温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时 则易产生裂缝 在建筑施工中常碰到大体积砼 为了解大体积砼防裂和温度控制方面的问题 加强施工技术方面的交流 本人根据自己的认识所及 参考了一些相关书籍 文章 主要从实际出发 和大家交流一下大体积混凝土应该如何控制质量 为什么要进行防裂和温度控制的道理 主要参考 高层建筑施工手册 地下工程防水技术规范 GB50108 2001 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3 2002 大体积混凝土施工规范 GB50496 2009等规范 规程 二 大体积混凝土的裂缝大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同 分为贯穿裂缝 深层裂缝及表面裂缝三种 贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝 最终形成贯穿裂缝 它切断了结构的断面 可能破坏结构的整体性和稳定性 其危害性是较严重的 而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 但出现裂缝并不是绝对地影响结构安全 它都有一个最大允许值 处于室内正常环境的一般构件最大裂缝宽度 0 3mm 处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度 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 一般当裂缝宽度在0 1 0 2mm时 虽然早期有轻微渗水 但经过一段时间后 裂缝可以自愈 如超过0 2 0 3mm 则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大 所以 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 将大大影响结构的使用 必须进行化学灌浆加固处理 大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝 一方面是混凝土内部因素 由于内外温差而产生的 另一方面是混凝土的外部因素 结构的外部约束和混凝土各质点间的约束 阻止混凝土收缩变形 混凝土抗压强度较大 但抗拉强度却很小 所以温度应力一旦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 三 产生裂缝的主要原因有以下几方面 1 水泥水化热水泥在水化过程中要释放出一定的热量 而大体积混凝土结构断面较厚 表面系数相对较小 所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失 这样混凝土内部的水化热无法及时散发出去 以至于越积越高 使内外温差增大 单位时间混凝土释放的水泥水化热 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 由于混凝土结构表面可以自然散热 实际上内部的最高温度 多数发生在浇筑后的最初3 5天 2 外界气温变化大体积混凝土在施工阶段 它的浇筑温度随着外界气温变化而变化 特别是气温骤降 会大大增加内外层混凝土温差 这对大体积混凝土是极为不利的 温度应力是由于温差引起温度变形造成的 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 混凝土内部的最高温度一般可达60 65 并且有较长的延续时间 因此 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 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 混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩 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 干湿交替会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 1 荷载作用下的裂缝 约占10 2 变形作用下的裂缝 约占80 3 耦合作用下的裂缝 约占10 4 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 式中 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 3 1 4 混凝土收缩变形 四 现行规范规程中有关大体积砼的条文有哪些具体内容 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204 2002 7 4 7条注 对大体积混凝土的养护 应根据气候条件按施工技术方案采取控温措施 高层建筑混凝土结构技术规程 JGJ3 2002中 13 7 11条基础大体积混凝土施工应合理选择混凝土配合比 宜选用水化热低的水泥 掺入适当的粉煤灰和外加剂 控制水泥用量 并应作好养护和温度测量 混凝土内部温度与表面温度的差值 混凝土外表面和环境温度差值均不应超过25 地下工程防水技术规范 GB50108 2001 4 1 23条大体积防水混凝土的施工 应采取以下措施 1在设计许可的情况下 采用混凝土60d强度作为设计强度 2采用低热或中热水泥 掺加粉煤灰 磨细矿渣粉等掺合料 3掺入减水剂 缓凝剂 膨胀剂等外加剂 4在炎热季节施工时 采取降低原材料温度 减少混凝土运输时吸收外界热量等降温措施 5混凝土内部预埋管道 通过循环水进行水冷散热 注 一般要在混凝土厚度达1 8米以上才考虑采用该方法 根据温差情况调节水流速度 6采取保温 保湿养护 混凝土中心温度与表面温度的差值不应大于25 混凝土表面温度与大气温度的差值不应大于25 养护时间不应少于14d 工程中基本上采用5 6两者之一或结合 底板混凝土浇筑后及时进行覆盖保温 降温用循环水管 冬天浇筑大体积混凝土后要注意及时覆盖保温 为减少混凝土表面毛细张力 防止砼龟裂 可在砼浇筑表面二次收浆后 对砼表面用扫帚进行扫毛处理 五 浇筑温度问题浇筑温度Tj是指砼出罐后 经运输 振捣后的温度 混凝土结构工程施工及验收规范 GB50204 92 2002年4月1日废止 对浇筑温度作了规定 不宜超过28 此规定没有考虑到全国地方差异 例如上海 南京 武汉等我国南方地区高温季节施工大体积砼 若不采取特殊措施是很难达到这一要求的 若采取措施就得花较大的费用 那么浇筑温度超过28 是否一定开裂呢 某些工程浇筑温度达到35 由于保温降温措施得力 也没有出现温差裂缝 南京 上海 武汉等地的某些大体积砼工程浇筑温度超过28 个别工程达到41 也没有出现危害结构安全和影响使用功能问题 因此 在 混凝土结构工程施工质量验收规范 GB50204 2002中 对于浇筑温度无不宜超过28 的限制 控制浇筑温度是有好处的 要降低浇筑温度必须从降低砼出机温度入手 其目的是降低大体积砼的总温升值和减小结构的内外温差 降低砼出机温度最有效的方法是降低石子的温度 由于夏季气温较高 为防止太阳的直接照射 可要求商品砼供应商在砂 石堆场搭设简易遮阳装置 必要时向骨料喷射水雾或使用前作淋水冲洗 在控制砼的浇筑温度方面 通过计算砼的工程量 做到合理安排施工流程及机械配置 调整浇筑时间为以夜间浇筑为主 少在白天进行 以免因暴晒而影响质量 注 混凝土浇筑温度系指混凝土振捣后 在混凝土50 100 深处的温度 六 降温速率问题大体积砼的温度变化曲线一般如图所示 先是一个升温过程 升到最高点后就慢慢降温 升温的速度要比降温的速度大 那么大体积砼何时达到最高点呢 主要决定于配合比 几何尺寸 现场条件等因素 根据工程统计 一般的大体积砼浇筑后3 5d出现最高点 大体积混凝土施工规范 GB50496 2009第3 0 4条第3点规定 混凝土浇筑体的降温速率不宜大于2 0 d 如大体积砼升温时内表温差过大 会造成表面裂缝 那么降温速率过快 会造成贯穿性冷缩缝 是绝对不允许的 任何材料的允许温差与材料的极限值有关 对于大体积砼而言 如果降温过快 虽然内表温差仍然控制在规范要求之内 但由于砼内部 不同部位 温差过大 温差应力达到砼的极限抗拉强度时 理论上就会出现裂缝 而且此裂缝出现在大体积砼的内部 如果相差过大 就会出现贯穿裂缝 影响结构使用 因此 降温速率的快慢直接关系到大体积砼内部拉应力的发展 目前有的工程采用降温速率取2 3 d 跟踪后也未见贯穿裂缝 但是对于大多数施工单位来说 由于没有全面可靠的数据资料 为安全起见仍采用 1 1 5 d 七 大体积混凝土温度计算温度计算公式 1 最大绝热温升Th Wc K F Q C Th 混凝土最大绝热温升 Wc 混凝土中水泥用量 kg m3 F 混凝土中标活性掺合料用量 kg m3 K 掺合料折减系数 粉煤灰取0 25 0 30 Q 水泥28d水化热 KJ kg C 混凝土比热 取0 97 KJ kg k 混凝土密度 取2400 kg m3 不同品种 标号水泥在不同龄期的水化热可查表2 混凝土中心计算温度 T1 t Tj Th t T1 t t岭期混凝土中心计算温度 Tj 混凝土浇筑温度 t t龄期降温系数 降温系数 可查表3混凝土表层 表面下50 100mm处 温度计算 1 保温材料厚度 或蓄水养护深度 0 5h x T2 Tq kb Tmax T2 保温材料厚度 m h 大体积混凝土厚度 m x 所选保温材料导热系数 w mk T2 混凝土表面温度 Tq 环境平均温度 Kb 修正值 取1 3 2 0 混凝土导热系数 取2 33 w m k Tmax 计算得混凝土最高温度 计算时可取T2 Tq 15 20 Tmax T2 20 25 保温材料的导热系数可查表得到 Kb的具体取值可按实际情况查表得到 如果采用蓄水养护方法 蓄水深度hw X M Tmax T2 Kb w 700Tj 0 28wc Q 其中 M F Vhw 养护水深度 m X 混凝土维持到指定温度的延续时间 既蓄水养护时间 h M 混凝土机构表面系数 1 m F 与大气接触的表面积 m2 V 混凝土体积 m3 700 混凝土热容量 既比热与表观密度的乘积 单位为KJ m3k 2 混凝土表面保温层及摸板的传热系数 1 i i 1 q 其中 混凝土表面保温层及模板的传热系数 w mk i 各保温材料厚度 m i 各保温材料导热系数 w m2k q 空气层的传热系数 可取23 w m2k 3 混凝土虚厚度h k 其中 h 混凝土虚厚度 m k 折减系数 取2 3 w m2k 4 混凝土计算厚度H h 2h 其中 H 混凝土计算厚度 m h 混凝土实际厚度 m 5 混凝土表层温度T2 t Tq 4 h H h T1 t Tq H 其中 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 结论 通过以上计算确定 T1 t T2 t 是否小于20 25 若小于则说明所采采用的保温材料厚度符合要求 看数值的大小 可再减少厚度进行计算 尽可能即满足要求又经济 若大于 则表明所采用的保温措施不符合要求 4 混凝土内平均温度Tm t T1 t T2 t 2 表7 1不同品种 强度等级水泥的水化热 表7 2降温系数 3 混凝土表层 表面下50 100mm处 温度 表7 3几种保温材料导热系数 表7 4传热系数K修正值 注 值 一般刮风情况 风速小于4 值 刮大风情况 5 计算范例 某工程地下2层 地上32层 部分26层 建筑高度为101 7米 地下室底板底的相对标高为 6 62m 集水坑处底板的底相对标高为 11 25m 基础筏板厚1600mm 集水坑处局部下凹处的混凝土的最大厚度为4600mm 平面尺寸为16 7 51m 基础筏板的混凝土的强度等级为C30 剪力墙的混凝土强度等级为C35 设计抗渗等级均为S6 基础的混凝土用量约为2850m3 包含施工缝以下剪力墙砼 后同 温度计算 1 最大绝热温升Th mc k F Q c Th mcQ c 1 e mt 式中Th 混凝土最大绝热温升 e为常数2 781 m为系数 t为砼龄期 mc 混凝土中水泥 包括膨胀剂 用量 kg m3 本计算水泥用量按350kg m3 膨胀剂掺量为水泥用量的20 考虑 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 30 本计算取0 25 Q 水泥水化热 kJ kg PO32 5水泥3d水化热为250kJ kg 7d水化热为271kJ kg 28d水化热为334kJ kg c 混凝土比热 取0 97 kJ kg K 混凝土密度 取2400 kg m3 由以上计算得出本工程大体积混凝土在3d 7d 14d 28d的最大绝热温升为 最大绝热温升Th 3d 47 0 最大绝热温升Th 7d 50 9 最大绝热温升Th 14d 54 9 最大绝热温升Th 21d 58 9 最大绝热温升Th 28d 62 8 2 混凝土中心计算温度T1 t Tj Th t 式中T1 t t龄期混凝土中心计算温度 Tj 混凝土浇筑温度 本工程取15 t t龄期降温系数 查表 由以上计算得出本工程大体积混凝土在各龄期的中心计算温度为 混凝土中心计算温度T1 t 3d 38 8 混凝土中心计算温度T1 t 7d 38 2 混凝土中心计算温度T1 t 14d 30 6 混凝土中心计算温度T1 t 21d 22 7 混凝土中心计算温度T1 t 28d 18 7 3蓄水保温养护深度hw x M Tmax T2 Kb w 700Tj 0 28mc Q 式中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 本工程取72h M 混凝土结构表面系数 1 m M F V F 与大气接触的表面积 m2 V 混凝土体积 m3 Tmax T2 一般取20 25 本工程取20 Kb 传热系数修正值 取1 3 700 折算系数 kJ m3 K w 水的导热系数 取0 58 W m K Tj 混凝土浇筑温度 本工程取15 Q 水泥水化热 kJ kg PO32 5水泥3d水化热为250kJ kgmc 混凝土中水泥 包括膨胀剂 用量 kg m3 经计算 本工程大体积混凝土施工时蓄水养护的深度为 蓄水养护的深度hw 0 044m 44mm实际施工时养护水深度采用50mm 八 大体积砼采用保温 保湿养护的作用大体积砼养护主要是保持适宜的温度和湿度条件 保温养护作用 1 减少砼表面的热扩散 减小砼表面的温度梯度 防止产生表面裂缝 2 延长散热时间 充分发挥砼的潜力和材料的松弛特性 使砼的平均总温差所产生的拉应力小于砼抗拉强度 防止产生贯穿裂缝 保湿养护的作用 1 刚浇筑不久的砼 尚处于凝固硬化阶段 水化的速度较快 适宜的潮湿条件可防止砼表面脱水而产生干缩裂缝 2 砼在潮湿条件下 可使水泥的水化作用顺利进行 提高砼的极限拉伸强度 防水混凝土的养护是至关重要的 在浇灌后 如混凝土养护不及时 混凝土内水分将迅速蒸发 使水泥水化不完全 而水分蒸发造成毛细管网彼此连通 形成渗水通道 同时混凝土收缩增大 出现龟裂 使混凝土抗渗性急剧下降 甚至完全丧失抗渗能力 若养护及时 防水混凝土在潮湿的环境中或水中硬化 能使混凝土内的游离水分蒸发缓慢 水泥水化充分 水泥水化生成物堵塞毛细孔隙 因而形成不连通的毛细孔 提高了混凝土的抗渗性 九 砼测温点的布置 测温制度 测温工具的选用为了掌握大体积砼的温升和降温的变化规律 以及各种材料在各种条件下的温度影响 需要对砼进行温度监测控制 大体积混凝土施工时 需要对混凝土的内外温差进行控制 一般控制在25 以内 可在混凝土浇筑前 埋入电子测温的温度探头 将测定的混凝土内外温差及升温和降温规律及时记录并整理成图表 以便直观地进行大体积混凝土施工温控 测温探头 1 测温点的布置原则 1 大体积混凝土浇筑体内监测点的布置 应以能真实反映出混凝土浇筑体内最高温升 芯部与表层温差 降温速率及环境温度为原则 2 监测点的布置范围以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线的半条轴线为测试区 在测试区内监测点的布置应考虑其代表性按平面分层布置 在基础平面对称轴线上 监测点不宜少于4处 布置应充分考虑结构的几何尺寸 3 沿混凝土浇筑体厚度方向 应布置外表 底面和中心温度测点 其余测点布设间距一般为500 800 平面则应布置在边缘与中间 平面测点间距一般为2 5 5m 当使用热电偶温度计时 其插入深度可按实际需要和具体情况而定 一般应不小于热电偶外径的6 10倍 测温点的布置 距边角和表面应大于50 采用预留测温孔洞方法测温时 一个测温孔只能反映一个点的数据 不应采取通过沿孔洞高度变动温度计的方法来测竖孔中不同高度位置的温度 2 测温制度最少测温次数 第1 4天每4小时测温一次 第5 7天每8小时测温一次 第8 14天每天测温一次 当混凝土内部温度变化稳定且与环境温度基本相同时 停止测温 温度变化大时加密监测 所有测温孔均应编号 进行砼内部不同深度和表面温度的测量 测温工作应由经过培训 责任心强的专人进行 测温记录 应有施工项目技术负责人阅签 并作为对砼施工和质量的控制依据 砼测温记录必须及时整理 根据测温结果 绘制砼时间 温度变化曲线 提出分析意见或结论 3 测温工具的选用为了及时控制砼内外两个温差 以及校验计算值与实测值的差别 随时掌握砼温度动态 宜采用热电偶或半导体液晶显示温度计 采用热偶测温时 还应配合普通温度计 以便进行校验 传感器预埋前要进行测试检验 与钢筋接触处需用绝缘材料隔离 在测温过程中 当发现温度差超过25 时 应及时加强保温或延缓拆除保温材料 以防止砼产生温差应力和裂缝 采用棒式温度计测量混凝土温度时 测温计不应受外界气温的影响 并应在测温孔内至少留置3mm 4 测温孔的处理基础底板测温孔测完温度后 每一孔都是一个薄弱部位 处理不好就很容易从孔处渗漏 因此每一个孔都必须采用堵漏灵或防水宝之类防水材料仔细填实 5 介绍一种大体积混凝土的简易测温法大体积混凝土的简易测温法 具体做法如下 使用 48的脚手架钢管或其他无缝钢管 管壁厚度以2 为宜 内径为30 50 按量取所需长度截断 其一端用比钢管外径大10 的圆钢板焊牢密闭 使其不能渗水 焊接好的钢管呈正三角形 布置于绑扎好的底板钢筋网架上 并焊牢 再用橡皮套管套于距钢管底部50 处 管两端用铁丝扎牢 确保水不能渗入管内 钢管口用木块塞好 两点间距为500 上管底距混凝土板面150 中管底距板底为1 2板厚 下管底距板底面150 混凝土浇筑后 即向钢管中装入自来水 每隔一定时间用棒式温度计伸入管中 即可知该钢管下部混凝土温度 将不同深度管中所测温度相比较 即能得知该处混凝土上下点的温差 从而能控制混凝土养护温度 确保底板混凝土工程质量 另附对上述简易测温法的补充说明 为保证棒式温度计的测温精度 应注意以下几点 1 测温管的埋设长度宜比需测点深50 100 测温管必须加塞 防止外界气温影响 2 测温管内应灌水 灌水深度为100 150 若孔内灌满水 所测得的温度接近管全长范围的平均温度3 棒式温度计读数时要快 特别在混凝土温度与气温相差较大和用酒精温度计测温时更应注意 4 采用预留测温孔洞方法测温时 一个测温孔只能反映一个点的数据 不应采取通过沿孔洞高度变动可通过同一测温点的2支不同长度测温管进行量测 二是砼表面与大气的温差 可用短的测温管与空气中的温度对比而获得 要控制以上2个温差 25 因大气温度与砼的中心温度是无法调节的 故我们只能通过覆盖或收起砼表面塑料薄膜来调节其表面温度以达到温度计的方法来测竖孔中不同高度位置的温度 十 大体积砼施工时防止裂缝产生的有关技术措施大体积混凝土之所以开裂 主要是混凝土所承受的拉应力与混凝土本身抗拉强度之间矛盾发展的直接结果 因而 为了控制大体积混凝土温度裂缝的开展 就必须从降低混凝土温度应力和提高混凝土本身抗拉性能这两方面综合考虑 总体控制上需要从设计 材料和施工工艺三方面来综合考虑 设计方面监理一般只能按图监理 有能力强的可提出合理化的修改建议 混凝土配合比也基本只能接受混凝土公司出具的配比单 当然在大体积混凝土施工前 监理一般需考察一下混凝土供应商 也可提出一些具体要求 施工现场控制方面的措施主要有 1 采用中 低热 干缩小的普通硅酸盐水泥或矿渣硅酸盐水泥 2 选用坚固性良好 细度模数大于2 6 含泥量小于3 的中粗砂 3 选用坚固性良好 针片状含量 15 含泥量 1 的连续级配石子 4 掺入高效减水剂 微膨胀剂和适量粉煤灰 优化砼配合比 在满足强度 抗渗及和易性要求下 减少水泥和水用量 水灰比控制在0 4以内 坍落度在满足泵送条件下取12 16cm 5 尽量减少单位体积混凝土的水泥用量 6 合理组织砼的供应 缩短砼运输时间 到达现场时往罐体上喷水 及时卸料 输送泵料斗搭防晒棚 泵管全程裹湿麻袋 降低砼入模温度 浇筑温度 7 模板浇水充分湿润 砼分层浇筑 8 宜釆用分层连续浇筑施工或推移式连续浇筑施工 应依据设计尺寸进行均匀分段 浇筑时在确保不出现冷缝的条件下应尽量扩大浇筑工作面 放慢浇筑速度和减少浇筑厚度 以保证混凝土在浇筑中有一定的散热机会 加强混凝土的振捣工作 导墙外侧是浇筑盲点 浇筑后的混凝土在初凝前 进行二次振捣 防止因混凝土沉落而出现裂缝 表面浮浆厚度大的