大体积砼技术市公开课特等奖市赛课微课一等奖课件

大致积混凝土技术一、大致积混凝土含义二、大致积混凝土特点三、大致积混凝土裂缝分类与形成原因四、大致积混凝土温度应力计算五、大致积混凝土最大浇筑长度确定六、大致积混凝土预防开裂技术办法七、工程实例分析第1页

一、大致积混凝土定义美国混凝土学会定义：任何就地浇筑大致积混凝土其尺寸之大，必须采取办法处理水化热及随之引发体积变形问题，以最大程度降低开裂。

日本建筑学会定义：结构断面尺寸最小在80cm以上，水化热引发混凝土内最高温度与外界气温之差，预计超出25℃混凝土。

我国定义：混凝土结构物实体最小尺寸大于1m，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引发温度改变和收缩而造成有害裂缝产生混凝土。第2页二、大致积混凝土特点1、水化热大，内部温度高，易产生裂缝；2、大致积混凝土不易一次成型；3、大致积混凝土要有温度应力计算书，并要有温度监控办法；4、要编制专题施工方案，而且要经过教授论证。第3页三、大致积混凝土裂缝分类与形成原因裂缝分类：（1）表面裂缝（2）收缩裂缝大致积混凝土内出现裂缝，按其深度普通分为表面裂缝、深层裂缝、贯通裂缝按其裂缝宽度分：微观裂缝、宏观裂缝“微观裂缝”亦称“肉眼不可见裂缝”，宽度普通在0.05mm以下，主要有三种：即沿着骨料周围出现骨料与水泥石粘结面上粘着裂缝；分布于骨料之间水泥浆中水泥石裂缝和存在于骨料本身骨料裂缝。此三种微观裂缝，前两种较多，后者较少。且微观裂缝在混凝土中分布是不规则、不贯通，所以有微观裂缝混凝土能够承受拉应力。宏观裂缝：宽度大于0.05mm裂缝是肉眼可见裂缝，称“宏观裂缝”。宏观裂缝是微观裂缝扩展结果。第4页宏观裂缝，按其深度普通可分为表面裂缝、深层裂缝和贯通裂缝三种。贯通性裂缝切断了结构断面，破坏结构整体性、稳定性和耐久性等，危害严重。深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性。表面裂缝即使不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，因为表面裂缝处断面减弱且易产生应力集中，能促使裂缝深入开展。国内外相关规范对裂缝宽度都有对应要求，普通都是依据结构工作条件和钢筋种类而定。我国混凝土结构设计规范(GBJ10—89)，对钢筋混凝土结构最大允许裂缝宽度亦有明确要求：室内正常环境下普通构件为0.3mm；露天或室内高湿度环境为0.2mm。普通来说，因为温度收缩应力引发初始裂缝，不影响结构瞬时承载能力，而对耐久性和防水性产生影响。对不影响结构承载能力裂缝，为预防钢筋锈蚀、混凝土碳化、酥松剥落等，应对裂缝加以封闭或补强处理。对于基础、地下或半地下结构，裂缝主要影响其防水性能。当裂缝宽度只有0.1～0.2mm时，即使早期有轻微渗水，经过一段时间后普通裂缝能够自愈。裂缝宽度如超出0.2～0.3mm，其渗水量与裂缝宽度三次方成正比，渗水量伴随裂缝宽度增大而增加甚快，为此，对于这种裂缝必须进行化学灌浆处理。第5页第6页大致积混凝土裂缝产生原因：

大致积混凝土施工阶段产生温度裂缝，是其内部矛盾发展结果。温度应力超出混凝土能承受抗拉强度，就会产生裂缝。主要原因以下：1．水泥水化热水泥在水化过程中要产生一定热量，是大致积混凝土内部热量主要起源。因为大致积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，所以会引发急骤升温。水泥水化热起绝热温升，与混凝土单位体积内水泥用量和水泥品种相关，并随混凝土龄期按指数关系增加，普通在10d左右到达最终绝热温升，但因为结构自然散热，实际上混凝土内部最高温度，大多发生在混凝土浇筑后3～5d。混凝土导热性能较差，浇筑早期，混凝土弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引发变形约束不大，温度应力也就较小。伴随混凝土龄期增加，弹性模量和强度对应提升，对混凝土降温收缩变形约束愈来愈强，即产生很大温度应力，当混凝土抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。第7页2．约束条件在约束条件下，混凝土结构变形，应是温差和混凝土线膨胀系数乘积，即ε＝△T·α，当ε超出混凝土极限拉伸值εp时，结构便出现裂缝。无约束就不会产生应力，所以，改进约束对于预防混凝土开裂有主要意义。3．外界气温改变大致积混凝土施工期间，外界气温改变对大致积混凝土开裂有重大影响。混凝土内部温度是浇筑温度、水化热绝热温升和结构散热降温等各种温度叠加之和。外界气温愈高，混凝土浇筑温度也愈高；如外界温度下降，会增加混凝土降温幅度，尤其在外界温度骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土温度梯度，这对大致积混凝土极为不利。温度应力是由温差引发变形造成.温差愈大，温度应力也愈大。大致积混凝土不易散热，其内部温度有时高达80℃以上，而且延续时间较长，为此研究合理温度控制办法，对预防大致积混凝土内外温差悬殊引发过大温度应力，显得十分主要。第8页4．混凝土收缩变形

混凝土拌合水中，只有约20％水分是水泥水化所必须，其余80％都要被蒸发。混凝土收缩变形包含硬化收缩和干燥收缩。混凝土在水泥水化过程中要产生体积变形，多数是收缩变形，少数为膨胀变形，这主要取决于所采取胶凝材料性质。混凝土中多出水分蒸发是引发混凝土体积收缩主要原因之一。这种干燥收缩变形不受约束条件影响，若存在约束，即产生收缩应力。混凝土干燥收缩机理较复杂，其主要原因是混凝土内部孔隙水蒸发改变时引发毛细管引力所致。这种干燥收缩在很大程度上是可逆。混凝土产生干燥收缩后，如再处于水饱和状态，混凝土还能够膨胀恢复到达原有体积。

除上述干燥收缩外，混凝土还产生碳化收缩，即空气中CO2与混凝土水泥石中Ca(0H)2

反应生成碳酸钙，放出结合水而使混凝土收缩。第9页裂缝危害：贯通裂缝切断了截面，破坏结构整体性、稳定性和耐久性。深层裂缝部分切断截面，易产生应力集中。表面裂缝处断面减弱，易产生应力集中，使裂缝深入开展。裂缝处理：碳纤维加固、化学灌浆、补强处理。第10页第11页四、大致积混凝土温度应力与最大浇筑长度计算（一）计算温度应力基本假定（二）温度应力计算（三）最大整浇长度计算第12页（一）计算温度应力基本假定

特点：建筑工程中，尤其是高层建筑基础工程中所谓大致积混凝土，其几何尺寸远比坝体小，而且还含有下述特点：(l)混凝土强度级别较高，水泥用量较大，因而收缩变形大；(2)均为配筋结构，配筋率较高，抗不均匀沉降受力钢筋配筋率多在0.5％以上，配筋对控制裂缝有利；(3）因为几何尺寸不是十分巨大，水化热温升较快，降温散热亦较快，所以，降温与收缩共同作用是引发混凝土开裂主要原因；(4)地基普通比坝基弱，地基对混凝土底部约束也比坝基弱，因而地基是非刚性;(5)控制裂缝方法不象坝体混凝土那样，要采取特制低热水泥和复杂冷却系统，而主要是依靠合理配筋、改进设计、采取合理浇筑方案和浇筑后加强养护等办法，以提升结构抗裂性和防止引发过大内外温差而出现裂缝。第13页假定：1、认为这类结构所承受温差和收缩，主要是均匀温差和均匀收缩，因而外约束应力是主要；2、地基为非刚性平面半无限体；3、结构物与地基接触面上剪应力与水平变位成线性关系

针对上述特点，冶金部建筑科学研究院王铁梦院士建立了一个计算方法，结果比较符合实际。第14页（二）温度应力计算

在地基为非刚性前提下，依据土力学可知：从结构物与地基接触面上剪应力与水平变位成线性关系假定出发，能够提供下述方程式；

τ(x)=-CxU(x)式中τ(x)―结构物与地基接触面上剪应力（MPa）;U(x)―上述剪应力处地基水平位移（mm）;Cx―阻力系数（即产生单位位移剪应力）(N/mm3);负号是表示剪应力方向与位移方向相反。阻力系数Cx，随地基变形模量增加而增大；随地基塑性变形增加而减小；随水平位移速度增加而增大；随地基对结构反力增加而增大。对于阻力系数Cx、，要准确加以定量有一定困难。当前主要是参考土动力学、抗滑稳定试验等方面理论研究和统计资料，Cx取值为：

软粘土0.01一0.03N/mm3

砂质粘土0.03一0.06N/mm3坚硬粘土0.06一0.10N/mm3风化岩石和低强度等级素混凝土0.60一1.00N/mm3C10以上配筋混凝土1.00一1.50N/mm3,当采取桩基时，桩对结构变形亦有约束作用，所以除去上述地基阻力系数外，尚需增加单位面积地基上桩阻力系数C’x增加阻力系数。第15页温度应力计算简图如图所表示。高层建筑箱形基础、桩基承台和筏式基础底板厚度远小于长度和宽度，如厚度小于或等于0.2倍长度（H/L≤0.2）时，在温度收缩变形作用下，其全截面基本为均匀受力，所以，其计算简图即为一弹性地基上均匀受力长条板。第16页在底板任意点x处截取一段dx长度微体，其厚度为t。微体全高H承受均匀内力σx

（N为其协力），地基对底板剪应力为τ(Q为其协力)。第17页解上述微分方程得：式中E―混凝土一定龄期时弹性模量

a―混凝土线膨胀系数；

L―结构长度；

T―结构计算温差；

H―结构厚度第18页上述计算未考虑混凝土徐变，如考虑混凝土徐变引发应力松弛，将拉应力取为正值，则由收缩引发最大温度拉应力为：式中S(t)―应力松弛系数；其它符号同前。混凝土结构在荷载作用下，不但产生弹性变形，伴随时间延续还产生非弹性变形，即徐变，徐变引发应力松弛。徐变引发温度应力松弛，对预防混凝土开裂有益，所以在计算混凝土温度应力时应考虑应力松弛影响。松弛与加荷时混凝土龄期相关，龄期越短，徐变引发松弛也越大；另外，还与应力作用时间长短相关，应力作用时间越长则松弛亦越大。第19页考虑混凝土徐变公式中E、T、S(t)都是随龄期t改变变量，计算温度应力时，应分别计算出不一样龄期时Ei(t)、Ti(t)、S(t)i

，进而计算出对应温差区段（普通取2~3d）内产生温度应力，而后累加即得最大温度应力σxmax温度应力和剪应力分布以下列图所表示：第20页如温度应力数值超出当初混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土结构中部(因为中间应力最大)出现第一条裂缝，将结构一分为二(以下列图)。因为裂缝出现，产生应力重分布，每块结构又产生自己应力分布，图形与上述完全相同，只是最大值因为长度缩短而降低，假如此时温度应力数值依然超出当初混凝土极限抗拉强度，则又会形成第二批裂缝，将各块结构再一分为二。裂缝如此继续开展下去，直至各块结构中间最大温度应力小于或等于当初混凝土极限抗拉强度为止。在理论上这类裂缝先在结构中间出现，这是一个规律。但因为混凝土是非匀质材料，其抗拉强度不均匀，因而有时不象理论上分析那样，裂缝皆是首先出现在中间。裂缝1裂缝2裂缝2第21页裂缝2出现之前第22页（三）最大整浇长度（伸缩缝间距）计算存在外约束大致积混凝土结构，其变形与温度应力直接相关。当温度应力靠近混凝土极限抗拉强度ft时，混凝土拉伸变形ε亦将靠近其极限拉伸变形εp

。第23页五、预防砼温度裂缝技术办法（1）大致积砼内部温度改变规律入模温度、最高温度及出现时间、升温阶段及降温阶段养护注意问题第24页(2)砼最高温度估算砼内部最高温度:Tmax=Tj+W/10+F/50

Tj——砼入模温度

W——单方砼水泥用量（kg/m3）

F——单方砼粉煤灰用量（kg/m3）公式考虑了水泥用量及粉煤灰用量对砼最高温度影响。浇筑块体厚度、早期浇筑温度改变等影响原因没能反应。该公式普通只作为初步估算，要准确计算需采取其它方法。第25页预防大致积混凝土产生质量问题办法：材料办法：1、用中低热水泥品种

选取矿渣硅酸盐水泥。如32.5级矿渣硅酸盐水泥其3d水化热为18OkJ/kg，而32.5级普通硅酸盐水泥则为25OkJ/kg，水化热量降低28％。2、利用混凝土后期强度可采取f45

、f60或f90替换f28作为混凝土设计强度，这么可使每立方米混凝土水泥用量降低40～70kg/左右，混凝土水化热温升对应降低4～7℃。3、掺加减水剂木质素磺酸钙混凝土中掺人水泥重量0.25％木钙减水剂（即木质素磺酸钙），它不但能使混凝土和易性有显著改进，同时又降低了10％左右拌合水，节约10％水泥，从而降低水化热。第26页4、掺加粉煤灰外掺料掺加粉煤灰后可改进混凝土后期强度，但其早期抗拉强度及早期极限拉伸值都有少许降低。所以对早期抗裂要求较高工程，粉煤灰掺人量应少一些，不然表面易出现细微裂缝。5、粗、细骨料选择宜优先采取以自然连续级配粗骨料配制混凝土。细骨料以采取中、粗砂为宜。依据相关试验结果表明，采取5～40mm石子比采取5～25mm石子每立方米混凝土可降低用水量15kg左右，在相同水灰比情况下，水泥用量可降低20kg左右。第27页设计办法：1.设置滑动层2.防止应力集中3.设置缓冲层4.合理配筋：尽可能采取小直径、小间距第28页施工办法：1、控制混凝土出机温度和浇筑温度：选择时间段等2、蓄水养护是一个很好方法：因为水导热系数为0.58W/m·K，有一定隔热保温效果3、大致积混凝土结构拆模后，宜尽快回填土，用土体保温防止气温骤变时产生有害影响，亦可延缓降温速度，防止产生裂缝。4、对浇筑后混凝土进行二次振捣，使混凝土抗压强度提升10％～20％左右，从而提升抗裂性。5、施工时加强搅拌、浇筑和振捣6、可采取二次投料砂浆裹石或净浆裹石搅拌新工艺7、合理分段施工：设置后浇带、结构缝等8、在大致积混凝土结构内设置循环冷凝管9、加强温度监控第29页渡江战役纪念馆基础底板标高-8.30m，基础形式下为桩承台基础上接筏板基础，基础底板厚达2.95m。为大致积砼施工，砼一次性浇筑3600m3

。六、工程实例第30页第31页温度传感器预埋孔灌机油测温预埋测试仪器测温温度感应器第32页确保混凝土整体性——连续浇筑不留施工缝，分层浇筑捣实。浇筑方案：（1）全方面水平分层——面积小而厚度大时；（2）斜面分层——面积大但为长条形时；（3）分段分层——面积大但厚度小时。第33页大致积混凝土浇筑方案（a）全方面水平分层（b）斜面分层（C）分段分层第34页七、大致积混凝土施工规范GB50496-部分条款1、大致积混凝土设计强度等级宜在C25～C40范围内，并可利用混凝土60d或90d强度作为混凝土配合比设计、混凝土强度评定及工程验收依据；2、大致积混凝土结构配筋除应满足结构强度和结构要求外，还应结合大致积混凝土施工方法配置控制温度和收缩结构钢筋；3、大致积混凝土工程施工前，宜对施工阶段大致积混凝土浇筑体温度、温度应力及收缩应力进行试算，并确定施工阶段大致积混凝土浇筑体升温峰值，里表温差及降温速率控制指标，制订对应温控技术办法。4、混凝土浇筑体在入模温度基础上温升值不宜大于50℃；第35页5、混凝土浇筑块体里表温差(不含混凝土收缩当量温度)不宜大于25℃6、混凝土浇筑体降温速率不宜大于2.0℃/d。7、混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于20℃。8、采取混凝土60d或90d强度作为指标时，应将其