大體積混凝土裂縫控制技術(shù)(動畫)

1

大體積(tǐjī)混凝土裂縫控制技術(shù)大體積混凝土的定義大體積混凝土抗裂性能的影響因素大體積混凝土的溫控計算大體積混凝土裂縫控制(kòngzhì)的綜合措施共二十三頁2大體積(tǐjī)混凝土的定義本講中所稱大體積(tǐjī)混凝土是指，其規(guī)格尺寸，要求必須采取措施，妥善處理溫差的變化，正確合理地減少或消除變形變化引起的應(yīng)力，且必須把裂縫開展控制到最小程度的現(xiàn)澆混凝土。共二十三頁3大體積混凝土抗裂性能的影響(yǐngxiǎng)因素溫度與收縮裂縫產(chǎn)生的機理原材料和配合比對大體積(tǐjī)混凝土抗裂性能的影響配筋對大體積混凝土抗裂性能的影響齡期及養(yǎng)護對大體積混凝土抗裂性能的影響共二十三頁4大體積混凝土收縮的組成大體積混凝土收縮是由自生收縮、碳化收縮、塑性收縮、干縮、溫度收縮組成的。干縮：混凝土內(nèi)多余水分蒸發(fā)引起的體積收縮。溫度收縮：由于混凝土溫度下降引起的收縮。外約束與內(nèi)約束外約束：即一個結(jié)構(gòu)的變形受到其他結(jié)構(gòu)的阻礙。內(nèi)約束：當結(jié)構(gòu)截面較厚時，其內(nèi)部溫度分布不均勻，引起各質(zhì)點變形的相互約束。表面裂縫與貫穿裂縫表面裂縫：大體積混凝土在硬化過程釋放大量水化熱，使基礎(chǔ)中部產(chǎn)生較高溫度，而混凝土表面和邊界受氣溫影響，溫度較低，這樣形成較大內(nèi)外溫差，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力（稱內(nèi)約束應(yīng)力），當此拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時，便會產(chǎn)生表面裂縫。該裂縫多發(fā)生在混凝土升溫階段(jiēduàn)。貫穿裂縫：當大體積混凝土降溫產(chǎn)生的收縮和混凝土自身收縮受到地基或基礎(chǔ)約束時，在截面中產(chǎn)生拉應(yīng)力（稱外約束應(yīng)力），當此拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強度時，便會產(chǎn)生貫穿裂縫。該裂縫多發(fā)生在混凝土降溫階段。由此可見，混凝土的開裂與原材料、配合比、結(jié)構(gòu)尺寸、配筋、約束程度、養(yǎng)護條件等多種因素有關(guān)。溫度與收縮(shōusuō)裂縫產(chǎn)生的機理共二十三頁5原材料和配合比對大體積(tǐjī)混凝土抗裂性能的影響水泥品種在常用標號下，采用不同品種的水泥對混凝土極限拉伸值的影響不大。水泥品種對混凝土干縮影響較大，一般情況下，C3A含量大，細度較小的水泥干縮較大。水灰比混凝土抗拉強度(kànɡlāqiánɡdù)，極限拉伸值均隨著水灰比的減小而提高，混凝土收縮則隨著水灰比的減小而減小，顯然，在滿足混凝土施工要求的前提下，減小水灰比對大體積混凝土抗裂是有利的。骨料盡可能采用粒徑較大，級配良好的高強度花崗巖、玄武巖等作為骨料對抗裂有利。外加劑在混凝土中摻加外加劑，能改善混凝土和易性，在水泥用量不變的情況下，能減少用水量，提高混凝土強度。在水灰比不變的情況下，能減少水泥用量，降低溫升，延緩水化熱放熱速率，對抗裂有利。粉煤灰在大體積混凝土中摻加粉煤灰能起到改善混凝土和易性，降低水灰比，即減少用水量，提高混凝土密實度，減少混凝土干縮的作用。摻加粉煤灰能降低水泥用量，降低混凝土絕熱溫升值，延緩水化熱放熱速率。摻加粉煤灰，一方面可減少混凝土的絕熱溫升和收縮，但另一方面，將降低混凝土的早期抗拉強度或極限拉伸。共二十三頁6配筋對大體積混凝土抗裂性能(xìngnéng)的影響關(guān)于配筋對大體積混凝土抗裂性能的影響，一方面配置構(gòu)造筋對提高混凝土極限拉伸和抗裂能力是有利的，同時它也能起到控制裂縫開展(kāizhǎn)，減少裂縫寬度的作用。另一方面，配筋也將會增加一定程度的收縮應(yīng)力，過大的配筋率將會導(dǎo)致較大的收縮應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫。因此，合理的配筋尤為重要?？偟膩碚f，在合理配筋的前提下，它提高極限拉伸和約束裂縫開展(kāizhǎn)的優(yōu)點大于增加收縮應(yīng)力缺點。合理配筋是指：配筋率不能過大，較為合理的配筋率應(yīng)為0.3%~0.5%；應(yīng)采用小直徑（10~16mm),小間距的形式（約@100~@150），且不宜采用光圓鋼筋。由于池壁、地下室側(cè)墻等露天薄壁結(jié)構(gòu)對環(huán)境濕度及養(yǎng)護條件極為敏感，其相應(yīng)的收縮比大塊式基礎(chǔ)要大。在混凝土早齡期容易因干縮產(chǎn)生表面裂縫，從而削弱了截面并在隨后的溫度應(yīng)力作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致表面裂縫往深處發(fā)展，誘發(fā)貫穿性裂縫。因此，對薄壁結(jié)構(gòu)的配筋要求要嚴格，并注意保濕養(yǎng)護，盡可能避免表面裂縫的出現(xiàn)。

共二十三頁7齡期及養(yǎng)護對大體積(tǐjī)混凝土抗裂性能的影響齡期的影響根據(jù)資料，混凝土任意齡期t與28天齡期的抗拉強度的關(guān)系為：ft﹦0.8f28(㏒t)2/3養(yǎng)護條件的影響?zhàn)B護條件的影響包括濕度及溫度兩方面，良好的保濕能顯著增加(zēngjiā)混凝土的抗拉強度及極限拉伸。養(yǎng)護溫度的升高能提高混凝土的早期強度，但對后期強度有不利影響。因此，在控制內(nèi)外溫差的前提下，在升溫階段應(yīng)盡可能適當放熱，一方面可以降低混凝土溫升峰值，另一方面又可防止影響后期強度。共二十三頁8大體積(tǐjī)混凝土的溫控計算大體積(tǐjī)混凝土的最高溫度計算大體積混凝土的溫度收縮應(yīng)力計算共二十三頁9大體積混凝土的最高溫度(wēndù)計算混凝土內(nèi)部的最高溫度是由混凝土澆筑溫度、水泥水化熱引起的溫升所組成。大體積混凝土的最高溫度計算，如下(rúxià)式：

Tmax=T0+W/10+F/50……………（1）Tmax=T0+·W·Q/·C……………（2）

式中：Tmax…砼的最高溫度（℃）

T0

…砼的澆筑溫度（℃）

W…每立方米水泥用量（kg/m3）F…每立方米砼粉煤灰用量（kg/m3）Q…每公斤水泥水化熱量（J/kg）C…砼的比熱

…砼質(zhì)量密度

…散熱系數(shù)取以上兩式計算中心的較大值作為砼的最高溫度值共二十三頁10大體積(tǐjī)混凝土的溫度收縮應(yīng)力計算大體積砼溫度(wēndù)收縮應(yīng)力的計算：共二十三頁11大體積混凝土的溫度(wēndù)收縮應(yīng)力計算σmax=-E·α·T·[1-1/(COShβL/2)]·H·(t,τ)

……（1）σmax=-Σ·[1-1/(COShβiL/2)]·

△Ti·Ei(t)

·Hi·(ti,τi)

……（2）

從上述公式(gōngshì)可看出：底板的最大溫度收縮應(yīng)力與溫差收縮差及線膨脹系數(shù)成正比，為線性比例關(guān)系。底板彈性模量增加，應(yīng)力增加；底板受地基的約束程度，即地基對底板的阻力系數(shù)Cx境加，應(yīng)力增加。底板長度增加，應(yīng)力增加，但呈非線性關(guān)系。大體積砼外約束力應(yīng)力的計算可分為以下二個階段：

砼澆筑前的計算，建議采用公式（1）進行計算，計算簡便且偏于安全。

砼澆筑后的計算則采用公式（2），可較精簡計算，此時應(yīng)有安全系數(shù)

K=

≥1.15。α1-μni=1Rfσmax共二十三頁12大體積混凝土裂縫控制的綜合(zōnghé)措施設(shè)計(shèjì)構(gòu)造措施從原材料方面采取措施從施工方面采取措施共二十三頁13設(shè)計(shèjì)構(gòu)造措施利用混凝土后期強度一般大體積(tǐjī)混凝土的施工工期較長，上部荷載逐步施加，因此可以考慮采用齡期為45~90天強度代替28天強度，以減少水泥用量。設(shè)置滑動層，減少約束應(yīng)力混凝土的強度等級宜在C20~C35的范圍內(nèi)選用。在遇有約束作用較大的巖石類地基或較厚的混凝土墊層時，可在地基或墊層與基礎(chǔ)的接觸面上，或于兩端L/4（L—基礎(chǔ)全長）的區(qū)段內(nèi)，鋪設(shè)滑動層，減少滑動應(yīng)力隔離層的作法為混凝土上涂刷一層3~5mm厚的瀝青膠或干鋪兩層瀝青油氈。美國ACI委員會提出可鋪設(shè)厚50左右的黃砂或石屑作為隔離層。共二十三頁14設(shè)計構(gòu)造(gòuzào)措施設(shè)置緩沖層在底板的地梁、坑內(nèi)水溝等鍵槽部位，可用厚度為30~50mm的聚苯乙烯泡沫或瀝青木絲板作垂直隔離，以緩和地基對基礎(chǔ)收縮時的側(cè)向壓力。(見右圖)避免應(yīng)力集中在大體積混凝土結(jié)構(gòu)的孔洞或截面突變處，由于溫度和收縮作用，會產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致開裂(kāiliè)。應(yīng)采取增配鋼筋或設(shè)置過渡段的措施。(見右圖)共二十三頁15設(shè)計構(gòu)造(gòuzào)措施增設(shè)暗梁在現(xiàn)澆鋼筋(gāngjīn)混凝土地下室、水池等結(jié)構(gòu)施工時，為了防止底板與邊墻、邊墻之間因約束應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫及邊墻上部因邊緣效應(yīng)引起的裂縫，可在施工縫上下等薄弱部位增配4?16~4?22的鋼筋予以加強。(見下圖)共二十三頁16設(shè)計構(gòu)造(gòuzào)措施合理配筋當混凝土的底板或墻體厚度較小時，增配構(gòu)造鋼筋，能起到抵抗混凝土溫度裂縫的作用。但對于大塊式基礎(chǔ)，構(gòu)造筋對控制貫穿性裂縫的作用略小。構(gòu)造鋼筋應(yīng)盡可能采用Ⅱ級鋼、小直徑和小間距。直徑約10~16mm，間距100~150mm，按全截面對稱配置。全截面含筋率宜控制在0.3%~0.5%。實踐證明，含筋率小于0。3%時，對混凝土的裂縫控制作用不大。當配筋率太大時，則較易引起混凝土的收縮裂縫，且不經(jīng)濟。大塊式混凝土的鋼筋宜分散多層設(shè)置，或在中截面處增配空間網(wǎng)片狀鋼筋作構(gòu)造鋼筋，不宜集中在底層或上下兩層。合理設(shè)置施工縫“抗”的方法即不設(shè)任何施工縫，通過采取措施減少被約束體與約束體之間的相對溫差，減少約束，改善(gǎishàn)配筋，減少混凝土收縮，提高混凝土抗拉強度等，以抵抗溫度收縮變形和約束應(yīng)力?！胺拧钡姆椒匆栽O(shè)置永久性伸縮縫的辦法，將超長的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分成若干段，以釋放大部分變形，減少約束應(yīng)力。共二十三頁17設(shè)計構(gòu)造(gòuzào)措施“放”“抗”結(jié)合的方法采用“后澆帶”的施工方法在施工期間設(shè)置作為臨時施工縫的“后澆帶”，將結(jié)構(gòu)分成若干段，可有效削減溫度收縮應(yīng)力。采用“跳倉打”的施工方法將整個結(jié)構(gòu)按垂直施工縫分段，間隔一段，澆筑一段，經(jīng)過不少于5d的間歇期后再澆筑成整體。采用“混凝土薄層澆筑”的施工方法將底板水平分成幾個施工層，施工層之間的結(jié)合按施工縫處理。分層厚度一般控制在0.6~2.0m范圍內(nèi)，層間間歇(jiànxiē)時間約取5~7d為宜。合理制定溫控指標大體積混凝土施工前，應(yīng)對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的最高溫度、溫度收縮應(yīng)力進行驗算，以此確定施工階段混凝土的澆筑溫度、內(nèi)表溫差、降溫速度及溫度陡降等控制指標，制定相應(yīng)的技術(shù)措施（包括混凝土原材料的選擇、混凝土拌制運輸過程中的降溫措施、保溫養(yǎng)護措施等），以達到控制裂縫的目的。幾個溫控指標共二十三頁18設(shè)計構(gòu)造(gòuzào)措施溫控指標一般可分為兩類：一是為了防止表面裂縫而控制內(nèi)外溫差和表面溫度陡降；二是為防止貫穿性裂縫而控制內(nèi)部溫差。混凝土澆筑溫度《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》(GB50204-92)規(guī)定：大體積混凝土澆筑溫度不宜超過28℃。內(nèi)外溫差《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗收規(guī)范》規(guī)定：混凝土表面和內(nèi)部溫差應(yīng)控制在設(shè)計要求的范圍內(nèi)，當設(shè)計無具體要求時，溫差不宜超過25℃。注意：此處表面溫度是指保溫層下混凝土面上的溫度，而非混凝土表面下50~100MM處的溫度。內(nèi)部溫差內(nèi)部溫差是指混凝土內(nèi)同一點在不同時間的溫度差值?！秹K體基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)規(guī)程》（YBJ224-91）規(guī)定：混凝土塊體的降溫速度宜不大于1.5℃/天。溫度陡降寒潮來臨、冷空氣影響、暴雨襲擊、撤除保溫層時間不當?shù)染蓪?dǎo)致(dǎozhì)混凝土表面溫度突然下降，引起表面裂縫?！朵摻罨炷粮邔咏ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計與施工規(guī)程》（JGJ-91）規(guī)定：溫度陡降不應(yīng)超過10℃。共二十三頁19從原材料方面采取(cǎiqǔ)技術(shù)措施合理選擇水泥品種選用(xuǎnyòng)C3S及C3A含量低的中、低熱水泥。合理選用骨料在滿足施工要求的情況下，盡量選用粒徑較大、級配良好的石子，以減少用水量和水泥用量、混凝土的收縮和泌水性。粗骨料中的針、片狀顆粒按重量計應(yīng)不大于15%。摻加塊石。在無筋或少筋的大塊混凝土中，可摻入不超過混凝土體積的25%的大塊石，以減少水泥用量，降低水化熱。細骨料以中、粗砂為宜。嚴格控制砂、石的含泥量。石子控制在小于1%，黃砂控制在小于2%。合理選用外摻料在混凝土中加入適量的外加劑，可以改善混凝土的特性，減少水泥用量，減少混凝土的溫升。同時可降低水化熱釋放的速度，延緩溫度峰值出現(xiàn)的時間?；炷林袚饺胍欢康姆勖夯也粌H能改善混凝土特性，而且能代替部分水泥，減少水化熱。但應(yīng)注意摻加粉煤灰后混凝土早期強度有所降低。采用UEA補償收縮混凝土：在混凝土內(nèi)摻水泥用量10%~12%的U型混凝土膨脹劑，以實現(xiàn)超長結(jié)構(gòu)的無縫施工。共二十三頁20從施工(shīgōng)方面采取措施控制混凝土出機溫度和澆筑溫度為了降低混凝土的總溫升，減少內(nèi)外溫差，控制混凝土出機溫度和澆筑溫度是一個很重要的措施。對混凝土出機溫度影響最大的是石子及水的溫度，砂次之，水泥的影響較小。因此，具體施工中可采取加冰拌和(bànhuò)，砂石料遮陽覆蓋，送管道用草袋包裹灑水降溫等技術(shù)措施。預(yù)埋水管，降低最高溫升冷卻水管大多采用直徑為25mm的薄壁鋼管，按照中心距1.5~3.0m交錯排列,水管上下間距一般也為1.5~3.0m，并通過立管相連接。改進混凝土攪拌和振搗工藝即采用二次投料和二次振搗的新工藝，提高混凝土的強度。合理選擇混凝土澆筑方案大體積混凝土的澆筑方法可采用分層連續(xù)澆筑或分段分層踏步式推進的澆筑方法。一般情況下，應(yīng)盡量采用分層連續(xù)澆筑。對于工程量較大，澆筑面積也大，一次連續(xù)澆筑層厚度不大，