大体积溷凝土制备技术与应用+课件.ppt

大体积混凝土的制备技术与应用 江苏博特新材料有限公司孙树 2012年5月 技术讲座 纲要 一 概述二 大体积混凝土的裂缝与控制三 大体积混凝土的裂缝控制计算四 大体积混凝土的施工五 案例 天津117超大体积底板混凝土浇筑 一 概述 什么是大体积混凝土 GB50496 2009 大体积混凝土施工规范 大体积混凝土 混凝土结构物实体最小尺寸不小于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 国外有关大体积混凝土的定义 任意体量的混凝土 其尺寸足以要求必须采取措施 控制由于体积变形 温度及收缩作用 引起裂缝的混凝土称为大体积混凝土 美国混凝土协会ACI207凡是超过80cm厚 由于温度及收缩作用 温度应力比荷载作用大得多 温度应力起控制作用的块体或构筑物 称之为大体积混凝土 日本建筑协会标准JASS5 概述 大体积混凝土的特点 结构尺寸厚 体形庞大 钢筋密集 混凝土数量多 工程条件复杂 施工技术要求高 高层建筑 高耸结构物及大型设备基础中广泛采用 建筑工程常出现在地下室底板 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 裂缝由外荷载引起的可能性较小 由胶凝材料水化释放的水化热引起的温度变化和混凝土收缩产生的可能性较大 二 大体积混凝土的裂缝与控制 裂缝种类按裂缝宽度分为微观裂缝和宏观裂缝 微观裂缝 肉眼不可见 宽度一般在0 05mm以下 1 沿着集料周围 集料与水泥石粘结面上的粘着裂缝 2 分布于集料之间水泥浆中的水泥石裂缝 3 集料本身的裂缝 微观裂缝分布不规则 不贯通 以骨料与水泥石粘接面的粘着裂缝和水泥石裂缝较为多见 微观裂缝对防水 防腐 承重等都不会引起危害 所以具有微观裂缝的结构可视为无裂缝结构 宏观裂缝 宽度大于0 05mm 肉眼可见的裂缝 是微观裂缝扩展的结果 结构设计中不允许出现裂缝 是指宽度不大于0 05mm的初始裂缝 胶凝材料水化热造成的温度变化和收缩作用会导致大体积混凝土中产生表面裂缝 深层裂缝和贯通裂缝三类宏观裂缝 大体积混凝土主要控制裂缝种类 混凝土结构裂缝产生原因a 外荷载引起 即按常规计算的主要应力引起的 b 结构次应力引起 结构的实际受力状态与计算假定的模型的差异引起的 c 变形应力引起 由温度 收缩 膨胀 不均匀沉降等引起的结构变形在约束下产生的应力超过混凝土抗拉强度时产生的 控制大体积混凝土裂缝是控制变形应力 主要是温度下降阶段因温差形成的收缩应力 产生的裂缝 大体积混凝土变形应力裂缝主要产生原因 大体积混凝土变形应力裂缝主要产生原因 胶凝材料水化热约束条件外界气温变化混凝土的收缩变形1 水化热大体积混凝土截面厚度大 水化热聚集在结构内部不易散失 使内部温度升高 而表面散热条件好 温度低 当内表温差过大时 就会产生温度应力 当抗拉强度不足以抵抗该温度应力时 便开始产生温度裂缝 混凝土内部的最高温度 大多发生在浇筑后的3 5d时 2 约束条件结构在变形时 由于与边界的接触或与其他结构物的连接 会受到一定的约束而阻碍变形 对于基础大体积钢筋混凝土 它与地基浇筑在一起 当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束时形成压应力 但当温度下降时 因收缩产生较大的拉应力 若拉应力超过混凝土的抗拉强度 混凝土就会出现垂直裂缝 混凝土收缩时的相对变形 混凝土的温度变化量 混凝土的线膨胀系数 3 外界气温变化混凝土内部温度是由浇筑温度 水化热引起的绝热温升和混凝土的散热温度三者的叠加 外界温度越高 混凝土的浇筑温度也越高 外界温度下降 尤其是骤降 如无表面保温措施和内部降温措施 则因表面散热加快大大增加混凝土表面与混凝土内部的温度梯度 产生温差应力 造成大体积混凝土出现裂缝 4 混凝土的收缩变形a 塑性收缩和沉缩变形塑性收缩发生在混凝土凝结硬化前的塑性阶段 混凝土浇注后仍处于塑性状态时 混凝土表面失水速率超过内部水向表面迁移的泌水速率时造成毛细孔中形成负压 使浆体形成塑性收缩产生裂缝 塑性沉缩常在流动性较大的现浇钢筋混凝土结构中发生 流动性过大及不均匀的混凝土在初凝前拌合物仍处于塑性状态 虽经振捣 内部的空气也基本排除 但在内部的粗骨料因振捣和自重作用缓慢下沉 水泥浆体上升 而上部的混凝土受到钢筋 模板及预埋件的限制 常产生裂缝 b 混凝土的体积变形混凝土的蒸发失水和内部因水化干燥收缩是引起混凝土体积收缩的主要原因 这些收缩变形如存在约束条件就会产生收缩应力而出现裂缝 控制大体积混凝土裂缝的主要技术措施 对于大体积混凝土结构 为防止其产生温度裂缝 除在施工前进行温度计算外 在施工过程中还应采取系列的有效的技术措施 根据我国的大体积混凝土施工经验 应着重从控制混凝土温升 延缓混凝土降温速率 减少混凝土收缩变形 提高混凝土极限抗拉应力值 改善混凝土约束条件 完善构造设计和加强施工过程中的温度监测等方面采取技术措施 控制大体积混凝土裂缝的主要技术措施 大体积混凝土裂缝的控制可采取多种措施组合实施 常用的防止裂缝的措施主要有 1 采用中 低热水泥品种 2 满足强度和其它性能要求的前提下 采用措施降低水泥用量 3 掺加适宜的外加剂和掺合料 4 选择适宜的骨料 5 骨料降温 加冰等控制混凝土的出机温度和浇筑温度 6 预埋水管 通水冷却 降低混凝土内部温升 7 采取表面保护 保温隔热措施 降低内外温差 8 对混凝土结构合理进行分缝分块 9 采取防止大体积混凝土裂缝的结构措施等 1 大体积混凝土原材料选择与配合比设计1 水泥 选用中 低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥 水泥3d水化热不宜大于240kJ kg 7d水化热不宜大于270kJ kg 控制铝酸三钙含量不宜大于 混凝土温升的热源主要是水泥的水化热 对于大体积混凝土来说 因传热慢 水化热会导致混凝土中心温度不断上升 使混凝土里表温差加大 引起温度裂缝 因此应在满足设计强度要求的前提下 尽可能减少水泥用量 以减少水泥的水化热 铝酸三钙水化热高 影响外加剂的使用并影响施工性能 反应产物疏松影响抗渗性能 因此应进行控制 2 骨料 控制含泥量 粒径 级配 必要时控制热膨胀系数 优先选择洁净 圆润的天然中 粗江砂或河砂 对于大体积混凝土降低用水量和水泥用量有积极的意义 根据施工条件和施工工艺 结构物的配筋间距 模板情况 选择合适的骨料粒径 通常宜选用 31 5mm连续级配 空隙率小 含泥量不大于1 的粗骨料 细骨料细度模数不宜小于2 3 含泥量不应大于 并应选用非碱活性骨料 用水量的限制与聚羧酸外加剂的使用 3 外加剂和矿物掺合料 掺粉煤灰 矿粉和减水剂 以减少水泥用量 大体积混凝土中使用的粉煤灰和矿粉 应符合各自材料标准 建议避免在大体积混凝土中使用磨细粉煤灰 游离氧化钙含量高的矿物掺合料 流化床干法脱硫灰或沸腾炉渣 煤矸石等工业废弃物来降低水泥用量 防止施工性能失控或出现塑性裂缝风险 大体积混凝土选用减水剂应关注混凝土泌水性能和施工性能 掺缓凝剂 以便于减缓混凝土的浇筑速度和浇筑强度 以利散热 掺微膨胀剂或膨胀水泥 补偿收缩 减少温度与收缩裂缝的出现 4 配合比设计符合现行标准 普通混凝土配合比设计规范 可根据结构实际荷载情况 对结构的强度和刚度进行复核 取得设计 监理和质检部门的认可后 充分利用混凝土后期强度如60d或90d龄期替代f28作为混凝土设计强度和验收指标 并作为配合比设计依据 以减少水泥用量 减少水化放热 为大体积混凝土的温度裂缝控制提供保障 配制的混凝土拌合物 到浇筑工作面的坍落度不宜大于160mm 规范和条文解释不一致 主要从密实性和泌水性考虑 如采用泵送工艺 尚应根据泵送管路的布置和泵送设备的选型 外加剂种类的选择 生产到入泵输送间隔时间 混凝土坍落度经时变化情况 环境条件等确定混凝土施工性能的配制目标 应按照规范要求适度使用粉煤灰和矿粉 二者分别不应超过40 和50 防止抗拉强度过低 出现开裂 为满足规范要求的拌合用水量175kg m3 应采用相容性好的高效 高性能减水剂 降低胶凝材料用量 从而降低水化热 必要时 可采用引气剂 聚羧酸类减水剂 2 选择施工方法1 分层间歇法 浇筑混凝土时分几个薄层进行浇筑 以使混凝土的水化热能尽快散失 并使浇筑后的温度分布均匀 水平分层厚度可控制在0 6 2 0m范围内 相邻两浇筑层之间的间歇时间 一般为5 7d 2 整体分层连续浇筑法或推移式连续浇筑法 是目前大体积施工中普遍采用的方法 整体连续浇筑施工 不留施工缝 结构整体性强 现行标准 大体积混凝土施工规范 规定优先采用 3 跳仓法 按照 分块规划 隔块施工 分层浇筑 整体成型 的原则 将平面结构划分成若干区域 将超长的混凝土块体分成若干小块体间隔施工 经过短期 约10d 的应力释放 再将若干小块体连成整体 依靠混凝土抗拉强度抵抗下一段的温度收缩应力的施工方法 已广泛应用于大型工民建大体积混凝土工程施工中 3 控制混凝土出机温度和浇筑温度1 控制混凝土出机温度入搅拌机拌合混凝土的水泥温度不应大于60 堆料场搭设简易的遮阳装置 水冷 风冷骨料 采用冷水 井水或冰水拌合 2 控制混凝土的浇筑温度美国ACI 浇筑温度不超过32 日本土木学会施工规程 浇筑温度不超过30 日本建筑学会钢筋混凝土施工规程 浇筑温度不超过35 GB50496 2009大体积混凝土施工规范 入模温度宜控制在30 以下 4 加强施工中的温度控制1 加强测温和温度监测与管理 随时控制混凝土内的温度变化 混凝土浇筑体的里表温差控制在25 以内 基面温差和基底面温差控制在20 以内 及时调整养护措施 以有效控制有害裂缝的出现 2 采取长时间的养护 适当延迟拆模时间 延缓降温时间和速度 充分发挥混凝土的应力松弛效应 浇筑体表面与环境最大温差在20 以内方可拆模 3 水管冷却 一般控制混凝土温度和水管冷却水温度差在20 25 可控制砼降温速率不大于1 d 最大不宜超过 d 5 改善约束条件1 设置永久性伸缩缝 将超长的现浇钢筋混凝土结构分成若干段 减少约束体与被约束体之间的相互制约 以期释放大部分变形 减小约束应力 2 设置后浇带和施工缝 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 以削减温度收缩应力 同时也有利于散热 降低混凝土的内部温度 后浇带间距一般为20一30m 带宽1 0m左右 混凝土浇筑30 40d后用混凝土封闭 3 设置滑动垫层 如在岩石地基的混凝土垫层上 先铺一层低强度水泥砂浆 或一毡二油或一毡一油 以降低新旧混凝土之间的约束力 对于模板 桩基和已有混凝土等外部约束时 可设置聚苯板等缓冲层 改善对混凝土块体的约束条件 6 提高混凝土的极限拉伸强度1 配置温度和收缩构造钢筋 在截面突变和转折处 顶板与培转折处 孔洞转角及周边等应力集中处设置温度筋 增强抵抗温度应力的能力 减少混凝土收缩 提高混凝土抗拉强度 2 采用二次投料法 二次振捣法 浇筑后及时排除表面积水 加强早期养护 提高混凝土早期和相应龄期的抗拉强度和弹性模量 进行二次振捣 可以排除混凝土因泌水在粗骨料 水平钢筋下部生成的水分和空隙 提高混凝土与钢筋的握裹力 减少混凝土内部微裂缝 增加混凝土密实度 使抗压强度提高10 20 提高抗裂性 二次投料的砂浆裹石或净浆裹石的搅拌工艺 可以强化水泥石与骨料的界面粘结 使界面过渡区结构致密 混凝土粘结强度增强 抗压强度可提高10 左右 相应地提高了抗拉强度和极限拉伸性能 三 大体积混凝土的裂缝控制计算 大体积混凝土制备技术与应用课件2 ppt 四 大体积混凝土施工 1 大体积混凝土施工组织设计编制示例 广州东塔底板大体积混凝土施工专项方案 广州东塔主塔楼高539米 116层 位于珠江新城CBD中心地段 总用地面积约为2 6万平方米 建成以后 将与对面已封顶的西塔形成双子塔 分别位于新城市中轴线两侧 南面隔江对望广州电视塔 将成为广州市中心金融商务区 2010年9月5日 4台三一48米泵车 6台三一车载泵 以及70台三一搅拌车 用50小时垂直向下泵送29米 完成了地下埋深达35米 厚度达平均7 5米的东塔约3万方大筏板基础C40大体积混凝土底板浇筑施工 广州东塔 539米 上海中心大厦由地上121层主楼 5层裙房和5层地下室组成 总高度达632米 主楼高度达580米 建筑面积573223平方米 总投资达到150亿左右 于2008年11月开建 2009年7月主楼桩基完成施工 将于2012年封顶 2014年竣工 建成后上海中心大厦将成为中国第一高楼 在世界上现已竣工的高楼中 排名第二 2010年3月28日 405台搅拌车 5个搅拌站 18台三一泵在60小时内一次性浇筑成直径121米 深30米左右总计6 1万立方米大混凝土底板 这是世界民用建筑领域一次性连续浇筑方量最大的基础底板工程 上海中心大厦 632米 2 施工组织部署1 确定分层分块的尺寸及层间 块间的结合措施 2 确定混凝土搅拌 运输和浇筑方法及混凝土小时浇筑数量 确定搅拌机 罐车 泵送设备和振捣器的数量 并据此拟定浇筑方案 进行劳动组织与施工设备组织 3 确定原材料及混凝土配合比方案 4 制定混凝土的供应方案 5 热工计算确定混凝土入模温度及对材料加热或降温的措施 6 制定保温养护方案和测温方案 7 制定工程质量保证 安全文明保证措施 8 制定应急措施 3 混凝土浇筑1 绘制混凝土浇筑施工平面布置图 布置泵送设备及泵管 E 照片影像 天津117大厦 照片选 IMG 1785 JPG按照浇筑方案和设备投入方案 结合浇筑工况分析进行输送泵和泵管的布置 并制定设备应急措施 2 确定浇筑方法 优先采用整体分层连续浇筑法或推移式连续浇筑法 因整体性强 是目前大体积混凝土施工中普遍采用的方法 凝结时间要求 如较多大体量底板混凝土普遍采用的 斜向分层 薄层浇筑 循序退浇 一次到底 的一次性连续浇筑法 已有很多成功的范例 水平分层间隙法 变形缝 后浇带 跳仓法 3 暑期和冬期施工 暑期高温天气浇筑混凝土 应采取有效措施控制混凝土出机温度和入模温度 如在拌合水中掺入冰屑 对集料进行遮阳或风冷冷却 在搅拌筒和输送管道上采取遮阳措施或经常喷洒冷水等 尽量避开高温时段浇筑大体积混凝土 混凝土入模温度不宜超过30 冬期浇筑混凝土时 宜采用热水拌和 加热骨料等提高原材料温度的措施 搅拌筒和输送管道采取保温措施 混凝土入模温度不宜低于5 浇筑完成 不管是暑期或冬期及其它任何天气 均应及时进行保温 保湿养护 4 混凝土振捣1 采用振捣棒振捣 要做到 快插慢拔 分层连续浇筑时 振捣棒应插入下层50mm 以消除两层间的接缝 每点振捣时间应视混凝土表面呈水平不再显著下沉 不再出现气泡 表面泛出灰浆为宜 2 振动界限以前对混凝土进行二次振捣 排除混凝土因泌水在粗集料 水平钢筋下部生成的水分和空隙 提高混凝土与钢筋的握裹力 增加强凝土密实度 减少内部微裂缝 使混凝土的抗压强度提高 从而提高抗裂性 3 泌水处理大流动性混凝土在浇筑和振捣过程中 有游离水析出并顺混凝土坡面流至坑底 在基坑边设置集水坑或人为形成 水潭 水分集中后用潜水泵排出 当表面泌水消去后 用木抹抹压 减少混凝土沉陷时出现沿钢筋的表面顺筋裂纹 4 表面处理由于泵送混凝土经振捣后表面水泥浆层厚 浇筑后在初凝前和终凝前应进行二次或多次表面抹压 减少塑性收缩变形 控制表面龟裂 闭合收水裂缝 5 模板变形处理模板因承受混凝土的侧压力及振捣混凝土的振动力 产生过大变形 应根据实际受力情况 对模板 立柱 拉杆以及支撑系统的所有构件 进行设计计算 并取足够的安全储备 应优先使用钢模板 如使用木模板 应在浇筑混凝土前应充分湿润 5 混凝土养护养护方法 保温养护通过养护可控制大体积混凝土的内外温差 一般可归为降温法和保温法两大类 降温法是在混凝土浇筑完成后 在预埋的水管中通过循环的冷却水 降低混凝土内部最高温度 借以减少混凝土内外的温差 由于容易因管理原因导致不均匀冷却降温 使大体积混凝土产生贯穿性裂缝 房建工程较少采用 保温法是在混凝土浇筑成型后 使用保温材料 塑料薄膜 麻袋 阻燃保温被 草袋 草帘 锯末 炉渣 土工布等 覆盖混凝土和模板 必要时搭设挡风保温棚或遮阳降温棚 减少混凝土表面的热扩散 减小温度梯度 蓄水法 可视为保温法 水浴法 可视为降温法 养护方法 保湿养护大体积