大体积混凝土结构一次性整体

1、大体积混凝土结构一次性整体浇筑温度裂缝控制工法1、适用范围适用于高层建筑的片筏基础或箱形基础、大型设备基础、人防及地 下建筑、地铁车站、大型公共建筑的基础底板，桩基础的承台，高 层建筑转换层结构，悬索桥锚碇基础底板等大体积混凝土结构。2、工艺原理2.1研究表明：有限单元法是计算混凝土结构温度和收缩应力最为有 效的方法，但其计算结果的正确性取决于计算程序能否有限元软件 因为对影响温度应力的诸因素。现有大量的有限元软件因为对影响 温度应力的几个主要因素未能很好地考虑，计算温度应力有时大到 令人难以信服的程度，与实验实测结果也不吻合。我们研制的钢筋 混凝土非线性有限程序，能全面地考虑影响混凝土结构温

2、度与温度 应力诸因素，自动追踪裂缝的发生与发展并计算裂缝的开展宽度， 已应用于多项大型项目， 1996年 6月在湖北宜昌由长江三峡开发总公 司组织的有限元软件考核会上，计算结果受到一致好评，列参加考 核单位之首。2.2有限元仿真分析只是一个手段，计算结果是否合理、正确，关键 取决于输入的基本参数。影响混凝土结构温度裂缝的因素很多，诸 如混凝土的热学、力学参数，弹性模量，约束强弱，绝热温升，徐 变及松驰系数、收缩变形，保温性能，养护条件等，理论上讲，这 些参数应该根据具体项目的实际情况由实际情况由实验确定，但实 际上除少数大型项目有条件进行实验研究外，绝大数中、小型项目 都不进行实验研究，必要时

3、参考类似项目按常规取用，但很难与实 际情况相符。我们根据大量实验研究成果，在优化的基础上提出了 根据混凝土材料组成及设计参数估算大体积混凝土绝热温升、导热 系数、导温系数、徐变及应力松驰系数、弹性模量、极限拉应变等 的计算公式，已纳入水工混凝土结构设计规范 <DL/T5057- 1996）。建筑项目大体积混凝土有一定的特殊性，应用时需作适当 修正。2.3因为大体积混凝土结构温度裂缝与骨料品种、配合比、外加剂掺 合料、浇筑温度、浇筑顺序、外界气温、保温措施、养护条件等直 接有关，施工过程中存在很多的不定性，理论计算很难完全反映实 际情况，因此必须进行项目实时监控。温度实测常见的方法有：一

4、是预留测温孔，用玻璃温度计测量，该法精度差，操作不便，技术 含量太低；二是采用便携式建筑电子测温仪进行测量，该法数字显 示温度，准确直观快捷，体积小，性能好，操作简单，携带方便， 但只能逐点检测，无法实现自动化监控；三是采用热电阻、热电偶 等原件进行测量，既可现场逐点测量，也可将斥温点引至中控室实 现集中测量，但每个测点需一根引线，成本太高，尤其是当测点较 多的对施工干扰大，出现故障后很难修复。我们采用美国达拉斯生产的BS18B20乍为测温原件，采用温度巡检仪进行自支监测，计算机及时进行处理反馈。因为该法采用网络总线布置方式，一根总线 可连接 96个测点，不仅节导线，降低成本，更重要的是方便施

5、工， 实现实时监控，提高技术含量。3、工艺流程工艺流程详见图 1。4、操作要点4.1 成立联合攻关小组因为大体积混凝土温度裂缝控制是一个系统项目，涉及到方方面面 ，且需一定的时间进行相关的工作，因此，在混凝土浇筑前 2- 3个月前就应成立由施工单位、监理单位、混凝土供应商、外加剂供 应商、温控监测单位等组砀联合攻关小组，加强领导，各怀其职， 定期碰头，沟通协调。4.2合理选择材料品种水泥最好选用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥等，当有充分论证 < 主要指最好混凝土发热量较低）时也可采用其它品种的水泥。粗骨料最好选用温度线膨胀系数较小的石灰岩骨料，形状以碎石为佳，粒径尽量大一些，在 5-40mm

6、左右。细骨料采用含泥量较低的中粗砂，细度模数为 2.5-3.2，含泥量小于 1%。4.3优人混凝土配合比 采用泵送商品混凝土浇筑，施工单位只需提出以下原则性要求 ，具体配合比由商品混凝土供应商和外加剂供应商共同进行试配并 优化，但需符合现行相关规范要求。混凝土强度等级按设计要求即可，不宜超强，否则对温对控不 利，而且要尽可能利用后期强度，例如 56天强度等等。混凝土的水灰比宜在 0.4-0.6，砂率含量在 40%左右，初凝时间在 12-20小时，坍落度在 12- 16cm。434为了降低水化热，应掺加优质粉煤灰等添加料，掺量> 20%尽可能采用超量取代。为了达到上述必能必须掺加抗裂、防渗

7、、减小等外加剂，具体 品种和掺量由中标外加剂供应商试配确定。4.4混凝土水化热实验大体积混凝土水泥化发热量是温度裂缝控制最关键的一个参烽 ，因此，在进行配合比实验时必须同时进行水化热试硷研究。 胶凝材料的水化热实验必须进行，并测量 3天、 7天、 14天、 28 天的发热量。 7天的水化热不宜大于 250kj/kg。有条件时应尽可能进行混凝土的水化热实验，避免由胶凝材料 的水化热推算混凝土水化热带来的误差，以提高实验的精度。4.5初步拟定施工方案 浇筑方案可根据结构平面布置、商品混凝土供应等具体情况， 选择以下三种方式。全面分层：在整个结构平面内全面分层浇筑混凝土，并保证 第一层浇完后回来浇筑

8、第二层时，第一层浇筑的混凝土还未初凝， 如此逐层进行，直至浇筑结束。该方案适用于结构平面尺寸不太大 的情况，施工时沿短边开始，沿长边进行。必要时也要分两段，从 中间向两端或从两段向中间同时进行。分段分层：适用于厚度不太大而面积和长度较大的结构。混 凝土从底层开始浇筑，进行一段距离后回来浇筑第二层，如此依次 向前浇筑以上各分层。斜面分层：适用于结构长度超过厚度的三倍。振捣工作应从 浇筑层的下端开始，逐渐上移，以保证混凝土施工质量。分层的厚度决定于振捣器的棒长和振捣力的大小，以及混凝 土供应量的大小，一般为 30-50cm。混凝土泵和搅拌运输车的台数可根据混凝土项目量的大小以及 预计的浇筑时间来确

9、定。混凝土项目量根据实际情况确定，预期的浇筑时间可由当地 商混凝土供应能力来确定，例如南京市商混凝土供应能力可取 100方 立M小时左右。混凝土泵的台数根据混凝土总方量、预计浇筑时间以及混凝 土泵单机的实际平均输出量按下式计算：N1 = Q/vQ1 T)式中N1棗混凝土泵的数量 台)；Q棗混凝土浇筑的总方量m3);Q1棗每台混凝土泵的实际平均输出量m3h)"T棗预计浇筑时间vh)混凝土泵实际平均输出量，可根据混凝土泵的最大输出量、 配管情况和作业效率等按下式计算：Q =Qmax*a1?式中Q1棗每台混凝土泵的实际平均输出量m3h);Qmax棗每台混凝土泵的最大输出量m3h);al棗配

10、管条件系数，可取0.8-0.9;?棗作业效率，可根据混凝土搅拌车向混凝土泵供料的间隙时 间、拆装混凝土输送管和布料停歇等情况最 。每台混凝土泵边疆作业时所需配备的混凝土搅拌运输车的台 数可按下式计算：N = Q1/60V1v60L1/S0+T1 )式中N1棗混凝土搅拌运输车台数 台)；Q1棗每台混凝土泵的实际平均输出量m3h);V1棗每台混凝土搅拌运输车容量m3);S0棗混凝土搅拌运输平均运输速度Kmh);L1 棗混凝土搅拌运输车往返距离 vKm );T1棗每台混凝土搅拌运输车总计停歇时间 min); 混凝土泵的布置。混凝土泵的布置应考虑以下条件：混凝土泵设置处，应场地平整、坚实，具有重车行走

11、条件。混凝土泵应尽可能靠近浇筑地点。在使用布料杆工作时，应 使浇筑部位尽可能在布料杆的工作范围内。多台混凝土泵同时浇筑时，选定的位置要使其各自承担的浇 筑量接近，最好能同时浇筑时，选定的位置要使其各自承担的浇筑 量接近，最好能同时浇筑完毕。混凝土泵布置的地点要有足够的场地，以保证混凝土搅拌运 输车的供料、调车的方便。为便于混凝土泵、搅拌运输车的清洗，停放位置应接近排水 设施，且供水、供电方便。在混凝土泵的作业范围内，不得有障碍物、高压是线，同时 还要有防范高空坠物的措施。混凝土输送管道混凝土输送管包括直管、弯管、锥形管、软管、管接头等。对输送 管道的要求是阻力小、耐磨损、自重轻、易装拆。直管：

12、常用的管径有 15、30、45、60和90，其曲率半径有 1.5、0.5、2.0、3.0和4.0m五种，壁厚一般为1.62.0mm,由焊接钢管和 无缝钢管制成。弯管：弯管的弯曲角度有 15、 30、 45、 60和90,其曲率半径有1.5、0.5、和0.3m三种，以及与直管相应的口径。4.543锥形管：主要是用于不同管径的变换处，常用的有© 175© 150 © 150© 125 © 125© 100mm 常用的长度为 1m。软管：软管的作用主要是装在输送管未端直接布料，其长度有5-8m，对它的要求是柔软、轻便和耐用，便于人工搬动。管

13、接头：主要是用于管子之间的连接，以便快速装拆和及时 处理堵管部位。输送管道设计要点混凝土输送管应根据项目和施工场地特点、混凝土浇筑方案 进行配管，应尽可能缩短管线长度。为减少压力损失，少用弯管和 软管。输送管的铺设应保证安全施工，便于管道清洗和故障排除。输送管道布置要求横平竖直。在同一条管线中，就采用相同 管径的混凝土输送管；同时采用新、旧管段时，应将新管布置在压 力较大处。混凝土输送管应根据粗骨料最大料径、输送距离等确定。当粗骨料最大料径为40mm时，混凝土输送管最小管径为125mm在计算泵磅能力时，通常是将混凝土输送管的各种工作状况 换算成水平长度，如表 1 所示。表1 混凝土输送管的水平

14、换算长度类 型单位 规 格水平换算长度 <m)向上垂直管 每M 125mm 150mm4 5锥形管 每根 175-150mm 150-125mm 4 8弯 管 每 根 R=0.5m 90:R=1.0m12 9软管每5-8m长的1根 20注：1、R曲率半径2、弯管的弯曲角度小于 90时，需将表列数值乘以该角度与 90角的比 值。3、向下垂直管，其水平换算长度等于其自身长度。4、斜向配管时，根据其水平和垂直投影长度，分别按水平、垂直配 管计算。混凝土泵的最大水平输送距离可根据计算确定：Lmax二Pmax/腜 h腜h= 2/r0 K1+K2V1 + t2/t1 ) V2?a2 )?00)?00

15、式中Lmax棗混凝土泵的最大水平输送距离m);Pmax棗混凝土泵的最大出口压力Pa);腜h棗混凝土在水平输送管内流动每 M的压力损失Pam);rO棗混凝土输送管半径vm);K1 棗粘着系数 Pa);K2棗速度系数Pa m s)S1棗混凝土坍落度cm)t2/t1棗混凝土泵分配阀切换时间与活塞推压混凝土时间之比，一般取0.3；V2 棗混凝土拌合物在输送管内的平均流速 <ms）；a2棗径向压力与轴向压力之比，对普通混凝土取 0.90o 计算所得最大水平泵送距离应大于配管整体水平换算长度。 根据混凝土泵管径、最大泵距离来选择混凝土泵的型号。混凝土输送管不得直接支撑在钢筋、模板及预埋件上。水平 管

16、要求每隔一定距离用支架、台垫、吊具等固定，以便于排除堵管 、装拆和清洗管道；垂直管宜用预埋件固定在墙和柱或楼板预留孔 处。在高温炎热季节施工时，要在混凝土输送管上遮盖湿罩布或 湿麻袋，以避免阳光照射，并注意每隔一定的时间洒水湿润。 在严寒冬季施工时，混凝土输送管道应用保温材料包裹，以 防止管内混凝土受冻，并保证混凝土的人模温度。混凝土输送管道应定期检查，特别是弯管和锥形管等部位的 磨损情况，以防爆管。选择合理的浇筑时间大体积混凝土的浇筑时间要慎重选择，应与气象部门保持密 切联系，时刻关注天气预报，在夏天应尽量避开特别炎热的天气， 在冬天应尽量辟开特别寒冷的天气。当然也不应在大雨、大雪等恶 劣天

17、气下施工。在确定开浇日期后，夏天宜在傍晚时刻开浇，冬天宜在早晨 9 点钟左右开浇。选择合理的浇筑温度 除特别寒冷天气 一般应避免）时施工防止混凝土冻坏外，一 般来说浇温度应尽可能低。春、秋、冬季施工时一般不采取特别的降温措施，但注意不 能使用刚出炉的温度很高的水泥。夏季施工时必要时采取降温措施，例如用低温水或冰水搅拌混凝土，对骨料喷冷水雾或冷气进行预冷，对骨料进行覆盖或设置遮阳装置避免日光直晒，运输工具如有条件也应搭设避阳设施，以 降低混凝土的入模温度。应特别注意因为输送管道的磨擦作用引起混凝土温度的升度 ，一般在 5度左右。4.6初步拟定保温方案不管在冬季还是在夏季，保温对大体积混凝土裂缝控

18、制均很重 要。通常的做法是在混凝土表现覆盖一层塑料薄膜，薄膜上面盖草 袋，草袋的厚度可先按常规假定，再经仿真分析计算确定，必要时 再在草袋上面覆盖一层塑料彩条布，其保温保湿效果非常好。 另外也可采用蓄水养护，尤其在夏天施工。4.7进行数值仿真分析在混凝土配合比、水泥水化热及混凝土绝热温升、施工方案、保温措施已基本确定的基础上，采用有限单元法对大体积混凝土施工全过程进行仿真分析，计算任意时刻、任意部位混凝土的温度场及温度应力有限元仿真分析时所用到的混凝土热学性能指标最好由实验确定，在确有困难时也可参考现有资料根据材料组成按下法确定。混凝土线热胀系数可根据粗骨料的种类依石英岩、砂岩、花岗岩、玄武岩

19、、石灰岩顺序以次取11、10、9、8和7?0-6/C。4.722昆凝土导热系数可取胜10.6kj(m.h. C 4.723昆凝土比热可取 0.9kj/(kg. C 。昆凝土表面设有保温层时，等效放热系数 B e可按下式计算：1B eq =JE-hV 3式中hi棗第i层保温材料的厚度，m ；雐棗第i层保温材料的导热系数，按表2取用；3棗最外层保温材料与空气接触的放热系数，当有塑料彩条布时取 25 -50kj/(m2.h.C 直接向空气散热时取50-90kj/(m2.h. C ，蓄水养护时取为无穷大。表2保温材料的雐值kj/(m2.h. C 材料木板木屑草袋石棉毡 油毛毡 泡i塑料Ai0.84 0

20、.63 0.50 0.42 0.17 0.13根据有限元仿真结果对大体积昆凝土最高温度、最大内外温差、最大温度拉应力进行验算，一般来说希望内外温差控制在 20-25C以内，最大拉应力不要超过混凝土同龄期时的坑拉强度。若不满足上述条件，应修正施工方案或采取相应的温度裂缝控制措施4.8修改施工方案并采取温控措施当内外温差不足有关规定时，通常考虑增加保温层的厚度，可按5.7的方法计算等效热系数B eq若所需保温层实在太厚以致于不现实时，可考虑采用在混凝土内部埋置冷却水管，其散热效果是非常好，尤其是对于降低内部最 高温度效果更为明显。冷却水管的设计原则如下：4.831冷却水管可采用钢管或薄铝管，直径取

21、 2.54cm(1英寸，水管间距 。4.832经济流量取为18ml/min(即1.08m3/h，相应流速为0.59m/s。水温与混凝土的温度差应控制在 20-25C。温差太小，冷却效果差；温差太大，容易产生内部裂缝。水管长度影响到管内压力损失、水关损失和水泵容量，适宜的长度为 2 00-250m。进、回水宇航局口应设置换向阀门，通水冷却时可不断调换进、回水管口，提高冷却效果。水泵及水管等材料的用量根据计算确定。冷却水管安装好后应通水检查，看是否畅通、有无泄漏。此处，还可采取一些构造措施以削弱温度应力。例如：对大体积混凝土基础与岩石、厚大的混凝土垫层之间设置滑 动层，如铺沥青油毛毡等。在大体积混

22、凝土基础内配置必要的温度钢筋，以改善应力集中，防止裂缝出现。4.9再次进行仿真分析 根据修正施工方案以及采取的温度裂缝控制措施，采用有限单元法 对大体积混凝土施工全过程再次进行仿真分析，直至任意时刻、任 意部位混凝土的温度场及温度应力均满足要求时为止。4.10施工臆准备工作除进行常规准备工作外，对大体积混凝土结构施工前尚需进行以下 准备工作：保温材料要提前准备到位。保温材料品种和数量需根据所设计 的保温方案经计算确定。预埋测温原件。测点布置应本着 “经济、合理 ”的原则，以尽可 能少的测点反映结构各部位的温度信息。平面上利用对称性以减少 测点，通常沿纵、横轴向或对角线方向在 1/2-1/4个数

23、不少于3个，分别布置在距顶面5cm、距底面5m和中间偏下 一点，当结构厚度较大时，可适当增加测点的个数到 4- 5个。具体测温原件的数量以及网络线的长度需根据项目的具体情况 由计算确定。4.11大体积混凝土施工精心浇筑安排好高度工作，相互协调、配合混凝土搅拌运输车装料前，必须将拌筒内积水倒除。运输途 中，严禁往拌筒内加水。若运至目的地时坍落度损失过大，可在符 合混凝土设计配合比要求的前提下适量加粉i型高效减水剂，并强力 搅拌 3分后再卸料。混凝土搅拌运输车在运输途中，拌筒应保持3-6转/分钟的慢速转动。加强振捣。振棒插入的间距一般为400mm左右，振捣时间一 般为15-30S，并且在20-30

24、mi n后进行二次复振。尤其对于预留洞、预埋件和钢筋密集的部位 应预先制定好相应的技术措施，确保顺利布料和振捣密实，浇筑时 经常观察，发现有不密实等现象应立即采取措施。不同浇筑区域之间、上下层之间的混凝土浇筑间隙时间不得 超过混凝土的初凝时间。二次抹面当大体积混凝土按基准标高面浇完一定数量后，在混凝土初凝前， 用铝合金长括尺表面括平，木蟹打平，这是第一遍。第二遍待收水 后，表面沿钢筋位置出现收水裂缝，用滚筒滚压数遍，用木蟹揉搓 ，闭合收水裂缝。及时保温第二次抹平后立即盖上保温层。保温效果的好坏，对大体积混凝土 温度裂缝控制至关重要。要严格按温控设计铺盖保温材料，并要有专人监督，尤其是在钢筋密集的柱、墙部位以及侧面模板外边。通水冷却当采用冷却水管进行降温时，混凝土入仓后 36小时左右就可通水冷 却。在通水冷却过程中要经常切换换向阀门，不断调换进、回水管 口，提高冷却效果。实时监控 为避免干扰施工，在