[]大体积混凝土施工

第3章 大体积混凝土施工, 3.1 大体积混凝土的温度裂缝 3.2 大体积混凝土的温度应力 3.3 大体积混凝土温度裂缝的控制措施 3.4 大体积混凝土施工泌水的防治 3.5 大体积混凝土施工算例 3.6 习题, 3.1 大体积混凝土的温度裂缝, 3.1.1 裂缝种类按产生原因一般可分为,(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%),按裂缝有害程度分为,(1)有害裂缝、(2)无害裂缝,按裂缝出现时间分为,(1)早期裂缝(328天)、(2)中期裂缝(28180天)(3)晚期裂缝(180720天，最终20年)。,按深度一般可分为,(1)表面裂缝、(2)浅层裂缝、(3)深层裂缝(4)贯穿裂缝,图3.1 温度裂缝, 3.1.2 裂缝产生的原因,大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果，一方面是混凝土内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点间的内约束阻止这种应变，一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。,1. 水泥水化热,水泥的水化热是大体积混凝土内部热量的主要来源，由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在混凝土内部不易散失。,2. 外界气温变化,3. 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, 3.2.1 大体积混凝土温度应力特点, 3.2 大体积混凝土的温度应力,混凝土的温度取决于它本身环境有温差存在，而结构物四周又不可能做到完全绝热，因此，在新浇筑的混凝土与其四周环境之间，就会发生热能的交换。模板、外界气候(包括温度、湿度和风速)和养护条件等因素，都会不断改变混凝土所贮备的热能，并促使混凝土的温度逐渐发生变动。因此，混凝土内部的最高温度，实际上是由浇筑温度、水泥水化热引起的绝对温升和混凝土浇筑后的散热温度三部分组成。, 3.2.2 大体积混凝土温度应力计算,1. 大体积混凝土温度计算,1) 最大绝热温升(二式取其一),(3-2),式中：,混凝土最大绝热温升()；,混凝土中水泥(包括膨胀剂)用量(,F混凝土活性掺合料用量(,)；,)；,C混凝土比热，取0.97,；,混凝土密度，取2 400(,e为常数，取2.718；t混凝土的龄期(d)；m系数，随浇筑温度改变，查表3-2。,)；,表3-1 不同品种、强度等级水泥的水化热,表3-2 系数m,2) 混凝土中心计算温度,t龄期混凝土中心计算温度()；,混凝土浇筑温度()；,t龄期降温系数，查表3-3同时要,2) 混凝土中心计算温度,(3-3),考虑混凝土的养护、模板、外加剂、,掺合料的影响。,表3-3 降温系数,3) 混凝土表层(表面下50100mm处)温度,(1) 保温材料厚度(或蓄水养护深度),保温材料厚度(m)；,所选保温材料导热系数,查表3-4。,(3-4),式中:,表3-4 几种保温材料导热系数,混凝土表面温度()；,施工期大气平均温度()；,混凝土导热系数，取2.33,；,计算的混凝土最高温度()；计算时可取,=1520，,=2025；,传热系数修正值，取1.32.0，查表3-5。,表3-5 传热系数修正值,注：,值一般刮风情况(风速小于4,)；,值刮大风情况。,(2) 如采用蓄水养护，蓄水养护深度。,(3-5),式中：,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)；,M混凝土结构表面系数(,)，,F与大气接触的表面积(,V混凝土体积(,)；,)；,般取2025；,传热系数修正值；,700折算系数,；,水的导热系数，取0.58,。,(3) 混凝土表面模板及保温层的传热系数。,(3-6),式中：,混凝土表面模板及保温层等的传热系数,；,各保温层材料厚度(m)；,各保温层材料导热系数,；,空气层的传热系数，取23,。,(4) 混凝土虚厚度。,(3-7),式中：,混凝土虚厚度(m)；,混凝土导热系数，取2.33,k折减系数，取2/3；,(5) 混凝土计算厚度。,(3-8),式中：H混凝土计算厚度(m)；h混凝土实际厚度(m)。,(3-9),(6) 混凝土表层温度。,式中：,混凝土表面温度()；,施工期大气平均温度()；,混凝土虚厚度(m)；,混凝土中心温度(),H混凝土计算厚度(m)；,4) 混凝土内平均温度。,(3-10),2. 大体积混凝土温度应力计算,1) 地基约束系数(1) 单纯地基阻力系数,(,)，查表3-6。,表3-6 单纯地基阻力系数,(,),(2) 桩的阻力系数。,(3-11),式中：,Q桩产生单位位移所需水平力(,当桩与结构铰接时,当桩与结构固接时,桩的阻力系数(N/mm3)；,)；,E桩混凝土的弹性模量(,I桩的惯性矩(,)；,)；,地基水平侧移刚度，取,D桩的直径或边长(mm)；F每根桩分担的地基面积(,)。,2) 大体积混凝土瞬时弹性模量,(3-12),式中：,t龄期混凝土弹性模量(,)；,28d混凝土弹性模量(,),e常数，取2.718；t龄期(d)。,3) 地基约束系数,(,3-13),式中：,t龄期地基约束系数(,)；,h混凝土实际厚度(mm)；,单纯地基阻力系数(,)；,桩的阻力系数(,)；,t龄期混凝土弹性模量(,),4) 混凝土干缩率和收缩当量温差混凝土干缩率,式中： t龄期混凝土干缩率； 标准状态下混凝土极限收缩值，取 各修正系数，查表3-7。,(3-14),、,收缩当量温差,(3-15),式中：,t龄期混凝土收缩当量温差()；,混凝土线性膨胀系数，,(1/)。,5) 结构计算温差(一般3d划分一区段),(3-16),式中：,i区段结构计算温度()；,i区段平均温度起始值()；,i区段平均温度终止值()；,i区段收缩当量温差终止值()；,i区段收缩当量温差起始值(),6) 各区段拉应力,(3-17),式中：,i区段混凝土内拉应力(,)；,i区段平均弹性模量(,)；,i区段平均应力松弛系数，查表3-8,表3-8 松弛系数S(t),i区段平均地基约束系数；,L混凝土最大尺寸(mm)；ch双曲余弦函数。到指定期混凝土内最大应力,(3-18),7) 安全系数,3. 大体积混凝土平均整浇长度(伸缩缝间距),式中：K大体积混凝土抗裂安全系数，应1.15；,到指定期混凝土抗拉度设计值(,)。,1) 混凝土极限拉伸值,(3-19),式中：,混凝土极限拉伸值；,混凝土抗拉强度设计值(,)；,配筋率(%)，,d钢筋直径(mm)；,以e为底的对数；t指定期龄期(d)；,钢筋截面积(,)；,混凝土截面积(,)。,2) 平均整浇长度(伸缩缝间距),(3-20),式中：,h混凝土厚度mm)；E(t)指定时刻的混凝土弹性模量(N/mm2)；,地基阻力系数(,)，,；,反双曲余弦函数；,指定时刻的累计结构计算温差()。,平均整浇长度(伸缩缝间距)(mm)；, 3.2.3 混凝土热工计算,1. 混凝土热导率计算,混凝土热导率，是指在单位时间内热流通过单位面积和单位厚度混凝土介质时，混凝土介质两侧为单位温差时热量的传导率。它是反映混凝土传导热量难易程度的系数。混凝土的热导率以下式表示,(3-21),式中：,混凝土热导率(,)；,Q通过混凝土厚度为,的热量(J)；,混凝土厚度(m)；,温度差()；,t测试时间(h)。,A混凝土的面积(,)；,2. 混凝土比热计算,单位重量的混凝土，其温度升高1所需的热量称为混凝土的比热，可按式(3-23)计算,(3-23),、,、,、,、,式中：,分别为混凝土、水泥、砂、石子、,水的比热(,),3. 混凝土热扩散系数计算,混凝土的热扩散系数(又称导温系数)是反映混凝土在单位时间内热量扩散的一项综合指标。热扩散系数愈大，愈有利于热量的扩散。混凝土的热扩散系数一般通过试验求得或按式(3-24)计算,(3-24),式中：,a混凝土的热扩散系数(,)；,混凝土的重度(,)，普通混凝土的重度一般,之间，钢筋混凝土的重度,之间。,在2 3002 450,在2 4502 500, 3.2.4 混凝土拌和温度和浇筑温度计算,1. 混凝土拌和温度计算,混凝土的拌和温度，是指组成混凝土的各种材料经搅拌形成均匀的混凝土出料后的温度，又称为出机温度，可按式(3-25)表示,(3-25),式中：,混凝土的拌和温度()；,m混凝土组成材料的重量(kg)；,C混凝土组成材料的比热(,)；,混凝土组成材料温度()。,若考虑混凝土搅拌时设置搅拌棚相对混凝土出机温度的影响，则混凝土的出机温度为,一混凝土出机温度()；混凝土搅拌棚温度()。,(3-26),式中：,2. 混凝土浇筑温度计算,混凝土的浇筑温度一般可按式(3-27)计算,(3-27), 3.3 大体积混凝土温度裂缝的控制措施,选用低水化热的水泥品种。如矿渣水泥、粉煤灰水泥和火山灰水泥等。 减少水泥用量。掺用木质素磺酸钙减水剂，不仅能改善混凝土的和易性，还可节约水泥、降低水化热，明显延迟水化热释放的速度。 掺加适量的活性掺和料(如粉煤灰)，可替代部分水泥，能改善混凝土的粘聚性，降低水化热。, 3.3 大体积混凝土温度裂缝的控制措施,确定恰当的施工方法合理选择混凝土的配合比，在满足设计强度和施工要求条件下，尽量选用540mm石子，增大骨料粒径控制混凝土的拌制温度和浇筑温度。如泼冷水或冰水分层分段浇筑改善搅拌工艺，如二次投料法、二次振捣法等采取保湿保温养护措施改善边界约束和构造设计如设置滑动层、避免集中应力、设置缓冲层、改善配筋、设置后浇带等措施做好测温工作。控制混凝土内部温度与表面温度、表面温度与环境温度之差，使其均不超过25。, 3.4 大体积混凝土施工泌水的防治,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；利用正式设计的集水坑或人为的“水潭”，将多余水分集中后用专门的软轴泵或隔膜泵抽水排出。, 3.5 大体积混凝土施工算例,【例3.1】 高层建筑大体积混凝土底板，平面尺寸为,，厚为,，,混凝土，混凝土浇筑量为,3 235,，施工时,平均气温为26，所用材料为42.5号普通水泥，,混凝土水泥,用量为,400,，,中砂、碎石、混凝土的配合比为水泥砂,石子=l1.6883.12，水灰比为0.45，,另掺1%的JMIII。,经测试，水泥、砂、石子的比热,水的比热,各种材料的温度分别为,25,28，,15,施工方案确定采用保温法以防止水泥水化,热可能引起的温度裂缝。试选择保温材料及所需的厚度。,解 ：现场测定砂石的含水率分别为,5%，,1%,表3-12 混凝土拌合温度计算表,(2) 混凝土的出罐温度。混凝土在现场用二阶式搅拌站搅拌，敞开棚式，则,(1) 混凝土的拌合温度。根据已知条件可用表格法来求出混凝土的拌合温度，见表3-12。,则,=23.05,23.05,若采用商品混凝土，可参考封闭棚式计算结果。,(3) 混凝土的浇筑温度。根据施工方案，混凝土浇筑每个循环过程中：装卸转运3次，运输时间3,，平仓、振捣至混凝土浇筑完毕共60,则,用自卸开敞式汽车运输，查表3-9，,=23.9,(4) 混凝土的绝热温升。混凝土在浇筑后35d时水化热温度最大，因此，3d的混凝土绝热温升，可用(3-2)式的第二式计算：,查表3-2得,；查表3-1得,=51.8,(5) 混凝土内部最高温度。,浇筑层厚度为2.5m，龄期为3d时，查表3-3得,=57.57,(6) 混凝土的表面温度。施工方案中采用18mm厚的多层夹板模板，选用20mm厚的草袋进行保温养护，大气温度, 混凝土的虚铺厚度：,式中：查表3-4可得,成为空气的传热系数，取为, 混凝土的计算厚度：, 混凝土的表面温度：,=36.57,【例3.2】 现浇钢筋混凝土基础底板，厚度为0.8m，配置直径16带肋钢筋，配筋率0.35%，混凝土强度等级采用C30，地基为坚硬黏土，施工条件正常(材料符合质量标准、水灰比准确、机械振捣、混凝土养护良好)。试计算早期(15d)不出现贯穿性裂缝的允许间距。,计算结果表明：混凝土的中心最高温度与表面温度差为,=2125；混凝土表面温度与大气温度差为,=10.57。因此，采用在混凝土表面覆盖20mm,厚的草袋作为保温养护措施的方案是可行的。,解 考虑施工条件正常，由表3-7查得：,混凝土经过15d的收缩变形(由式3-14)为,收缩当量温差：,混凝土上、下面温升为15，由于时间短，养护较好，气温差忽略不计，混凝土的水化热温差经计算为25，则计算温差为,混凝土的极限拉伸，由式(3-19)代入，为,15d混凝土的弹性模量,伸缩缝的最大允许间距由式(3-20)为,由计算知，板的最大允许伸缩缝间距为26m。当板的纵向长度小于26m时，可以避免裂缝出现。否则则需在中部设置伸缩缝或“后浇缝”。当板下有桩基础时，计算阻力系数Cx时，应考虑桩基对基础底板的约束阻力。,【例3.3】 大型设备基础底板长90.8m、宽31.3m、厚2.5m，混凝土为C20，采用60d后期强度配合比，,用32.5矿渣水泥，水泥用量,mc=280kg/m3,混凝土浇筑入模温度,Tj=28，,为25，结构物周围用钢模板，在模板