大體積混凝土07

大體積混凝土

2021/5/91 ★大體積混凝土的定義 ★存在的問題(裂縫產(chǎn)生的原因) ★解決辦法(技術(shù)措施、施工措施、構(gòu)造設(shè)計措施) ★工程實(shí)例2021/5/92

在建筑工程中，混凝土、鋼筋混凝土是建筑結(jié)構(gòu)的主要材料。由于經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模的迅速擴(kuò)大，建筑業(yè)正向著高、大、深和復(fù)雜結(jié)構(gòu)的方向發(fā)展。工業(yè)建筑中的大型設(shè)備基礎(chǔ)；高層、超高層和特殊功能建筑的箱型基礎(chǔ)及轉(zhuǎn)換層；有較高承載力的樁基厚大承臺等都是體積較大的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，大體積混凝土已大量地應(yīng)用于工業(yè)與民用建筑之中。2021/5/93大體積混凝土存在的主要問題

根據(jù)施工規(guī)范，水泥用量較高，從而導(dǎo)致混凝土水化熱過高，產(chǎn)生溫度應(yīng)力導(dǎo)致混凝土開裂；混凝土澆筑后的保溫和降溫技術(shù)沒有很好掌握，從而導(dǎo)致混凝土開裂；混凝土養(yǎng)護(hù)不到位，脫模時間過早，造成大體積混凝土表面出現(xiàn)微裂紋。2021/5/94

關(guān)于什么是大體積混凝土，國內(nèi)外有許多種不同的定義。2021/5/95

日本建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)(JASS5)的定義是：結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上；水化熱引起的混凝土內(nèi)最高溫度與外界氣溫之差，預(yù)計超過25℃的混凝土，稱為大體積混凝土。大體積混凝土的定義2021/5/96

美國混凝土協(xié)會(ACI)規(guī)定的定義是：任何就地澆筑的混凝土，其尺寸之大必須采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度地控制減少開裂，就為大體積混凝土。大體積混凝土的定義2021/5/97

上海建設(shè)工程局《深基礎(chǔ)若干暫行規(guī)定》中的定義是：當(dāng)基礎(chǔ)邊長大于20ｍ，厚度大于1ｍ，體積大于400m3的現(xiàn)澆混凝土，稱為大體積混凝土。大體積混凝土的定義2021/5/98

王鐵夢在《工程結(jié)構(gòu)裂縫控制》中的定義是：在工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)中，一般現(xiàn)澆的連續(xù)墻式結(jié)構(gòu)、地下構(gòu)筑物及設(shè)備基礎(chǔ)等是容易由溫度收縮應(yīng)力引起裂縫的結(jié)構(gòu)，統(tǒng)稱為大體積混凝土結(jié)構(gòu)。本定義與美國ACI116R的大體積混凝土定義一致。實(shí)際上這類結(jié)構(gòu)的體積和厚度都遠(yuǎn)小于水工結(jié)構(gòu)的體積和厚度。大體積混凝土的定義2021/5/99

我國JGJ/T55-96：大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物中實(shí)體最小尺寸大于或等于1m的部位所用的混凝土，有時雖結(jié)構(gòu)斷面不大，但由于所使用水泥的水化熱較大，也應(yīng)按大體積混凝土考慮。大體積混凝土的定義2021/5/910

大體積混凝土除對結(jié)構(gòu)最小斷面和內(nèi)外溫差有一定規(guī)定外，對于平面尺寸也有一些限制，如果結(jié)構(gòu)物的平面尺寸過大，基礎(chǔ)約束作用而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力也越大。大體積混凝土的定義2021/5/911

總之，大體積混凝土還沒有一個統(tǒng)一的定義。但凡屬于建筑大體積混凝土都具有一些共同特征：結(jié)構(gòu)厚實(shí)，混凝土現(xiàn)澆量大，施工技術(shù)上有特殊要求，水泥水化熱使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生溫度變形，應(yīng)采取措施，盡可能地減少變形引起的裂縫開展。大體積混凝土的定義2021/5/912大體積混凝土的特點(diǎn)

結(jié)構(gòu)厚，體積大，鋼筋密，一次澆筑量大。大體積混凝土工程一次性連續(xù)澆注混凝土幾百方至幾千方，施工時間長，工程條件復(fù)雜，施工工藝要求高,受環(huán)境影響大，要求混凝土具有良好的工作性（流動性好，塌落度經(jīng)時損失小，凝結(jié)時間長，不離析、泌水）。2021/5/913水化熱高，溫度場梯度大，極易產(chǎn)生裂縫。大體積混凝土硬化期間，由于水泥水化過程釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化和混凝土的收縮共同作用，由此而產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和收縮應(yīng)力，往往導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)有害裂縫。采取合理措施降低水化熱，控制混凝土內(nèi)外溫差防止過大干縮是施工和管理質(zhì)量控制工作的重點(diǎn)。2021/5/914水泥水化熱主要原因裂縫澆筑溫度混凝土表面溫度內(nèi)部溫度溫差2021/5/915

基礎(chǔ)大多用的箱基、筏基、復(fù)合基礎(chǔ)等，因其混凝土體積大，聚集在內(nèi)部的水泥水化熱不容易散發(fā)，而混凝土表面散熱較快，形成了溫度差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表裂縫產(chǎn)生的原因2021/5/916

面產(chǎn)生拉應(yīng)力，此時因混凝土齡期短，抗拉強(qiáng)度很低，當(dāng)溫差產(chǎn)生的表面抗拉應(yīng)力超過混凝土極限抗拉強(qiáng)度時，混凝土產(chǎn)生各種裂縫，影響混凝土性能的正常發(fā)揮。裂縫產(chǎn)生的原因2021/5/917

水泥水化熱引起的溫度應(yīng)力變形,是大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。據(jù)有關(guān)資料介紹,水泥水化過程中釋放的熱量約為502.42J/g,加上混凝土澆筑溫度。這兩種溫度形成水泥水化熱引起的裂縫裂縫產(chǎn)生的原因2021/5/918

混凝土的內(nèi)部溫度，當(dāng)混凝土內(nèi)部與表面的溫差過大時(混凝土內(nèi)部的最高溫度多出現(xiàn)在澆筑后的3～5d),就會產(chǎn)生溫度應(yīng)力和溫度變形，導(dǎo)致混凝土裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因2021/5/919

影響混凝土的內(nèi)部溫度主要因素有混凝土中的用水量和水泥用量，混凝土中的用水量和水泥用量越高，混凝土的收縮就越大。水泥用量越大,產(chǎn)生的水化熱越高,其溫度應(yīng)力也越大，當(dāng)這種拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時,就會產(chǎn)生混凝土裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因2021/5/920

早期水化作用產(chǎn)生的大量水化熱,使混凝土的內(nèi)部溫度不斷上升(升溫階段),在其中間部位的溫度高區(qū),形成壓應(yīng)力,表面溫度低,形成拉應(yīng)力，在內(nèi)外溫度變化不一致的情況下,混凝土就會產(chǎn)生不均勻收縮。裂縫產(chǎn)生的原因2021/5/921

混凝土降溫階段，由于逐漸降溫而產(chǎn)生收縮，再加上混凝土硬化過程中，由于混凝土內(nèi)部拌合水的水化和蒸發(fā)以及膠質(zhì)體的膠凝等作用，促使混凝土硬化時收縮。這兩種收縮由于受到基底或結(jié)構(gòu)本身的約束，也會產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力，直至出現(xiàn)收縮裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因2021/5/922

混凝土溫度的變化，必然會引起混凝土體積的變化即溫度變形，當(dāng)溫度變形受到約束而不能自由伸縮時，就會引起溫度應(yīng)力，從而產(chǎn)生溫度裂縫。裂縫產(chǎn)生的原因2021/5/923

溫度裂縫按其深度的不同一般可分為貫穿裂縫、深層裂縫和表面裂縫三種。貫穿裂縫切斷了結(jié)構(gòu)斷面。可能破壞結(jié)構(gòu)的整體性和穩(wěn)定性，其危害性是最嚴(yán)重的；深層裂縫部分切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定的危害性；便面裂縫一般危害性較小。裂縫的種類2021/5/924技術(shù)措施施工措施構(gòu)造設(shè)計措施裂縫問題2021/5/925控制大體積混凝土裂縫的技術(shù)措施

混凝土配合比設(shè)計 選擇適當(dāng)?shù)乃唷胶狭?選擇適當(dāng)?shù)墓橇?選擇適當(dāng)?shù)耐饧觿?021/5/926 ①設(shè)計混凝土配合比:混凝土配合比設(shè)計時，在保證混凝土具有良好性的情況下，盡可能的降低混凝土的單位用水量，采用“三低（低砂率、低坍落度、低水膠比）二摻（摻高效減水劑和高性能引氣劑）一高（高粉煤灰摻量）”的設(shè)計準(zhǔn)則，生產(chǎn)出“高強(qiáng)、高韌性、中彈、低熱和高抗拉通過混凝土試配，優(yōu)選材料和配合比，大值”的抗裂混凝土。2021/5/927 ②體積混凝土宜選用低水化熱、凝結(jié)時間長的水泥，一般在同等條件下，應(yīng)優(yōu)先選用礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥或復(fù)合水泥。 ③骨料在大體積混凝土中所占比例一般為混凝土絕對體積的80%～83%。2021/5/928

因此，在選擇骨料時，應(yīng)選擇線膨脹系數(shù)小、巖石彈模較低、表面清潔無弱包裹層、級配良好的骨料。選擇合適的骨料品最大粒徑，控制粗骨料和細(xì)骨料的含泥量，2021/5/929（粗骨料含泥量應(yīng)≯1%為宜，最大粒徑以不大于鋼筋間最小凈距的3/4；細(xì)骨料應(yīng)選用中砂或粗砂，含泥量應(yīng)≯2%），這樣不僅有利于提高混凝土的工作性，而且可提高混凝土的密實(shí)性、耐久性和抗裂性。2021/5/930

④摻入適量的緩凝型外加劑，可顯著改善混凝土的和易性，從而降低用水量和混凝土的水化熱。2021/5/931

⑤在混凝土中大量摻加粉煤灰?？商岣呋炷恋目?jié)B性、耐久性，減少收縮，降低膠凝材料體系的水化熱，提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，抑制堿骨料反應(yīng)，減少新拌混凝土的泌水等。2021/5/932控制大體積混凝土裂縫的施工措施

混凝土成型后，要根據(jù)氣候條件采取相應(yīng)的控溫措施，將內(nèi)外溫差嚴(yán)格控制在設(shè)計要求范圍以內(nèi)；當(dāng)設(shè)計無要求時，混凝土的溫度差宜≯25℃。

2021/5/933

（1）采取在混凝土內(nèi)部埋設(shè)冷卻水管和風(fēng)管、表面灑水冷卻、表面保溫材料保護(hù)等方法，控制混凝土溫度，減少裂縫。2021/5/934

（2）每層澆筑厚度控制在300～400mm之間，且控制好混凝土均勻上升，避免過大高差，循序漸進(jìn)，一次到頂。 （3）在混凝土澆筑時，應(yīng)將基底清理干凈，澆水濕潤，且不得積水，并盡可能降低混凝土入模溫度，入模溫度控制在比環(huán)境溫度高5℃范圍之內(nèi)。2021/5/935

（4）控制混凝土坍落度及水灰比，細(xì)致分析混凝土集料的配比，合理摻加塑化劑和減少劑，混凝土坍落度控制在160～180mm為宜。2021/5/936

（5）為了提高混凝土的密實(shí)度和抗拉強(qiáng)度，減少收縮，施工時設(shè)置專人加強(qiáng)混凝土的振搗工作，嚴(yán)格控制振搗時間和插入深度，上下層振搗搭接在50～100

mm之間，每點(diǎn)振搗30s左右或視混凝土表面返漿，嚴(yán)禁碰撞模板。2021/5/937

（6）混凝土表面除因其泌水收縮，產(chǎn)生的塑性收縮裂縫外，還會受到鋼筋、粗大骨料等的限制，使混凝土內(nèi)部顆粒沉降不均勻，產(chǎn)生裂縫。為防止這類裂縫產(chǎn)生，在混凝土澆筑至設(shè)計標(biāo)高時，經(jīng)振動器振搗密實(shí)，表面出現(xiàn)浮漿時，即用刮尺刮平，2021/5/938

在混凝土終凝硬化前，用木抹連續(xù)搓平，密閉混凝土表面，防止泌水收縮裂縫產(chǎn)生，12h以后，在混凝土的表面加以覆蓋并澆水養(yǎng)護(hù)，避免混凝土受風(fēng)吹日曬，排除了混凝土內(nèi)部顆粒沉降引起的表面裂縫。2021/5/939

（7）二次振搗是在第一次振搗后，于凝結(jié)前的適當(dāng)時間再重復(fù)進(jìn)行二次振搗的一項(xiàng)新工藝，二次振搗能減少混凝土的內(nèi)部裂縫，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性，從而提高混凝土的抗裂性。2021/5/940

（8）冬、夏季施工時，要根據(jù)大體積混凝土的結(jié)構(gòu)尺寸、鋼筋疏密、混凝土供應(yīng)條件等合理分段、分層、合理安排澆筑時間，以減少因炎熱高溫或寒冷低溫襲擊引起的表面裂縫，最大限度降低混凝土的初凝溫度。2021/5/941控制大體積混凝土裂縫的構(gòu)造設(shè)計措施

在構(gòu)造設(shè)計方面采取一些增配構(gòu)造筋的措施來改善混凝土的內(nèi)外約束，對預(yù)防大體積混凝土裂縫的產(chǎn)生很有好處。

2021/5/942 ①當(dāng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)尺寸過大時，為減小外約束力、溫度應(yīng)力和混凝土內(nèi)部熱量的散發(fā)，降低混凝土的內(nèi)部溫度，可設(shè)置后澆帶，在正常施工條件下，后澆帶間距20～30mm，保留時間一般不小于60天。后澆帶封閉時，用補(bǔ)償收縮混凝土澆灌密實(shí)。2021/5/943 ②設(shè)置滑移層：為了方便混凝土底板熱能釋放時所產(chǎn)生的平行移動，在澆筑混凝土前，宜在基礎(chǔ)墊層與混凝土基礎(chǔ)之間設(shè)置瀝青油氈或其他類似的材料作為滑移層，用以減少大體積混凝土的內(nèi)外約束。2021/5/944 ③設(shè)置緩沖層：為了緩解地基對基礎(chǔ)收縮時的側(cè)壓力，可在大體積混凝土的某些部位設(shè)置緩沖層。 ④設(shè)置增強(qiáng)配筋：在容易開裂部位配置斜向鋼筋或鋼筋網(wǎng)片或在邊緣部位設(shè)置暗梁并配置一定數(shù)量的抗裂鋼筋，提高該部位的配筋率，可顯著提高混凝土的抗裂性能。2021/5/945陽邏長江大橋北標(biāo)段承臺大體積混凝土2021/5/946工程描述

陽邏長江大橋主塔墩承臺平面尺寸為21.6m×21.6m,高6m,混凝土設(shè)計標(biāo)號為C30。承臺屬重要的大體積混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土方量相當(dāng)大，必須采取專門措施防止因?yàn)榛炷了療釡厣霈F(xiàn)溫度裂縫，以滿足設(shè)計要求，保證大橋的長期安全使用。受大橋局陽邏大橋項(xiàng)目經(jīng)理部的委托，武漢理工大學(xué)對陽邏大橋承臺大體積混凝土進(jìn)行了溫控計算，得出了大體積混凝土內(nèi)部仿真溫度場和應(yīng)力場，根據(jù)計算結(jié)果制定了承臺不出現(xiàn)有害溫度裂縫的溫控標(biāo)準(zhǔn)，并以此制定了相應(yīng)的溫控措施。溫控計算采用有限元程序《大體積砼施工期溫度場及溫度應(yīng)力場計算程序包》進(jìn)行。2021/5/947混凝土配合比設(shè)計水(kg/m3)水泥(kg/m3)粉煤灰(kg/m3)砂(kg/m3)石(kg/m3)減水劑(kg/m3)坍落度(cm)28d(Mpa)0h2h17028014570810635.4201540.4水泥：葛洲壩水泥廠礦渣P.S32.5水泥，其中礦渣粉 含量占60％；粉煤灰：陽邏電廠I級灰,需水量比92%，燒失量2.9%;

砂：巴河中砂2.3～3.1;

石：5～31.5mm碎石;減水劑：武鋼浩源FDN-9001高效減水劑（水劑）。2021/5/948混凝土澆筑溫度的控制

混凝土出攪拌機(jī)后，經(jīng)泵送、平倉、振搗等過程后距離表面5－10cm處的溫度為澆筑溫度，應(yīng)控制混凝土澆筑溫度不超過28。 若澆筑溫度超出控制要求，則應(yīng)采取如下措施： （1）混凝土泵管外用草袋覆蓋，并經(jīng)常灑江水降溫； （2）砂、石料避免太陽曝曬； 提高混凝土澆筑強(qiáng)度，盡量縮短已澆混凝土的暴露時間。2021/5/949

根據(jù)計算成果，為保證承臺在施工期內(nèi)不出現(xiàn)有害溫度裂縫，應(yīng)采取如下溫控標(biāo)準(zhǔn)：（1）混凝土澆筑溫度不超過28℃；（2）混凝土在澆筑溫度基礎(chǔ)上的最大水化熱溫升不超過31℃；（3）混凝土內(nèi)外溫差不超過28℃； 混凝土降溫速率不超過2.0℃/d。2021/5/950冷卻水管的布設(shè) (1)冷卻水管及其布設(shè) 根據(jù)承臺內(nèi)部溫度分布特征，總共埋設(shè)六層冷卻水管，冷卻水管采用外徑為32mm，內(nèi)徑28mm的薄壁鋼管，其水平間距為1.2m，每根冷卻水管長度不宜超過200m，冷卻水管進(jìn)、出水口應(yīng)集中布置，以利于統(tǒng)一管理（冷卻水管的布置見圖2、圖3）。

(2)冷卻水管使用及其控制

a.冷卻水管使用前應(yīng)壓水試驗(yàn)，防止管道漏水、阻