大體積溷凝土施工技術(shù)

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大體積混凝土施工技術(shù) 大體積混凝土的定義美國混凝土協(xié)會（ACI）規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大的限度減少開裂?！比毡窘ㄖf(xié)會標準（JASS5）中規(guī)定：“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，同時水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差，預(yù)計超過25℃的混凝土，稱之為大體積混凝土?！?目前，較新的觀點指出：所謂大體積混凝土，是指其結(jié)構(gòu)尺寸已經(jīng)大到必須采用相應(yīng)技術(shù)措施、妥善處理內(nèi)外溫度差值、合理解決溫度應(yīng)力、并按裂縫開展控制的混凝土。大體積混凝土的定義 建筑工程大體積砼常出現(xiàn)的部位：厚大的地下室底板（特別是電梯井筒部位）、樁頂承臺梁、轉(zhuǎn)換梁或板、內(nèi)筒外框架超高層的大截柱等。橋梁工程大體積砼常出現(xiàn)的部位：橋大直徑樁基礎(chǔ)、懸索橋的錨碇和橋塔的一些部位、斜拉橋橋塔的一些部位、連續(xù)梁橋的墩臺梁等。大體積混凝土的定義 建筑工程中的大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，由于結(jié)構(gòu)截面大，水泥用量多，水泥水化所釋放的水化熱會產(chǎn)生較大的溫度變化和收縮作用，由此形成的溫度收縮應(yīng)力是導(dǎo)致鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫的主要原因。裂縫分為表面裂縫和貫通裂縫兩種。表面裂縫是由于混凝土表面和內(nèi)部的散熱條件不同，溫度外低內(nèi)高，形成了溫度梯度，是混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，表面的拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強度而引起的。貫通裂縫是由于大體積混凝土在強度發(fā)展到一定程度，混凝土逐漸降溫，這個降溫差引起的變形加上混凝土失水引起的體積收縮變形，受到地基和其他結(jié)構(gòu)邊界條件的約束時引起的拉應(yīng)力，超過混凝土抗拉強度時所可能產(chǎn)生的貫通整個截面的裂縫。大體積混凝土的溫度裂縫 大體積混凝土的溫度裂縫故大體積混凝土施工階段產(chǎn)生的溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展的結(jié)果，一方面是混凝土內(nèi)外溫差產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變，另一方面是結(jié)構(gòu)的外約束和混凝土各質(zhì)點間的內(nèi)約束阻止這種應(yīng)變，一旦溫度應(yīng)力超過混凝土所能承受的抗拉強度，就會產(chǎn)生裂縫。引起溫度裂縫的原因可分為以下幾類：水泥水化熱水泥的水化熱是大體積混凝土內(nèi)部熱量的主要來源，由于大體積混凝土截面厚度大，水化熱聚集在混凝土內(nèi)部不易散失。外界氣溫變化 大體積混凝土的溫度裂縫約束條件結(jié)構(gòu)在變形時會受到一定的抑制而阻礙其自由變形，該抑制即稱“約束”，大體積混凝土由于溫度變化產(chǎn)生變形，這種變形受到約束才產(chǎn)生應(yīng)力。在全約束條件下，混凝土結(jié)構(gòu)的變形：——混凝土收縮時的相對變形；——混凝土的溫度變化量；——混凝土的溫度膨脹系數(shù)?；炷潦湛s變形 大體積混凝土的溫度應(yīng)力混凝土的溫度取決于它本身環(huán)境有溫差存在，而結(jié)構(gòu)物四周又不可能做到完全絕熱，因此，在新澆筑的混凝土與其四周環(huán)境之間，就會發(fā)生熱能的交換。模板、外界氣候(包括溫度、濕度和風速)和養(yǎng)護條件等因素，都會不斷改變混凝土所貯備的熱能，并促使混凝土的溫度逐漸發(fā)生變動。因此，混凝土內(nèi)部的最高溫度，實際上是由澆筑溫度、水泥水化熱引起的絕對溫升和混凝土澆筑后的散熱溫度三部分組成。大體積混凝土溫度應(yīng)力特點 大體積混凝土溫度計算最大絕熱溫升（二式取其一）Th——混凝土最大絕熱溫升(℃)mc——混凝土中水泥(包括膨脹劑)用量（kg/m3）F——混凝土活性摻合料用量（kg/m3）K——摻合料折減系數(shù)。粉煤灰取0.25~0.30Q——水泥28d水化熱(kJ/kg)c——混凝土比熱，取0.97[kJ/(kg·K)]ρ——混凝土密度(2400kg/m3)t——混凝土的齡期（d）m——系數(shù)、隨澆筑溫度改變 大體積混凝土溫度計算水泥品種水泥強度等級水化熱Q(kJ/kg)3d7d28d硅酸鹽水泥42.531435437532.5250271334礦渣水泥32.5180256334表1不同品種、強度等級水泥的水化熱澆筑溫度(℃)51015202530m(1/d)0.2950.3180.3400.3620.3840.406表2系數(shù)m 大體積混凝土溫度計算混凝土中心計算溫度T1(t)——t齡期混凝土中心計算溫度（℃）Tj——混凝土澆筑溫度（℃）ξ(t)——t齡期降溫系數(shù) 大體積混凝土溫度計算澆筑層厚度(m)齡期t(d)369121518212427301.00.360.290.170.090.050.030.011.250.420.310.190.110.070.040.031.500.490.460.380.290.210.150.120.080.050.042.500.650.620.570.480.380.290.230.190.160.153.000.680.670.630.570.450.360.300.250.210.194.000.740.730.720.650.550.460.370.300.250.24齡期降溫系數(shù)ξ(t) 大體積混凝土溫度計算混凝土表層（表面下50~100mm處）溫度δ——保溫材料厚度（m）T2——混凝土表面溫度（℃）保溫材料厚度Tq——施工期大氣平均溫度（℃）λ——混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33W/(m·K)Tmax——計算得混凝土最高溫度（℃） 材料名稱密度(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)λ[W/(m·K)材料名稱密度(kg/m3)導(dǎo)熱系數(shù)λ[W/(m·K)建筑鋼材780058礦棉，巖棉110～2000.031～0.065鋼筋混凝土24002.33瀝青礦棉氈100～1600.033～0.052水0.58泡沫塑料20～500.035～0.047木模板500～7000.23膨脹珍珠巖40～3000.019～0.065木屑0.17油氈0.05草袋1500.14膨脹聚苯板15～250.042瀝青蛭石板350～4000.081～0.105空氣0.03膨脹蛭石80～2000.047～0.07泡沫混凝土0.10大體積混凝土溫度計算λx——所選保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m·K)] 大體積混凝土溫度計算Kb——傳熱系數(shù)修正值，取1.3~2.0。保溫層種類K1K21僅由容易透風的材料組成(如草袋、稻草板、鋸末、砂子)2.63.02由易透風材料組成，但在混凝土面層上再鋪一層不透風材料2.02.33在易透風保溫材料上鋪一層不透風材料1.61.94在易透風保溫材料上下各鋪一層不易透風材料1.31.55僅由不易透風材料組成(如油布、帆布、棉麻氈、膠合板)1.31.5K1值為一般刮風情況（風速<4m/s，結(jié)構(gòu)位置>25m）；K2值為刮大風情況； 大體積混凝土溫度計算Kb——傳熱系數(shù)修正值，取1.3~2.0。保溫層種類K1K21僅由容易透風的材料組成(如草袋、稻草板、鋸末、砂子)2.63.02由易透風材料組成，但在混凝土面層上再鋪一層不透風材料2.02.33在易透風保溫材料上鋪一層不透風材料1.61.94在易透風保溫材料上下各鋪一層不易透風材料1.31.55僅由不易透風材料組成(如油布、帆布、棉麻氈、膠合板)1.31.5K1值為一般刮風情況（風速<4m/s，結(jié)構(gòu)位置>25m）；K2值為刮大風情況； 大體積混凝土溫度計算如采用蓄水養(yǎng)護，蓄水養(yǎng)護深度hw——養(yǎng)護水深度（m）x——混凝土維持到指定溫度的延續(xù)時間，即蓄水養(yǎng)護時間（h）M——混凝土結(jié)構(gòu)表面系數(shù)（1/m）,M=F/VF——與大氣接觸的表面（m2）V——混凝土體積（m3）700——折算系數(shù)[kJ/(m3·K)]λw——水的導(dǎo)熱系數(shù)，取0.58 大體積混凝土溫度計算混凝土表面模板及保溫層的傳熱系數(shù)β——混凝土表面模板及保溫層等的傳熱系數(shù)[W/(m3·K)]δi——各保溫材料厚度（m）λi——各保溫材料導(dǎo)熱系數(shù)[W/(m3·K)]βq——空氣層的傳熱系數(shù)，取23[W/(m3·K)] 大體積混凝土溫度計算混凝土虛厚度h’——混凝土虛厚度（m）k——折減系數(shù)，取2/3λ——混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33[W/(m3·K)] 大體積混凝土溫度計算混凝土計算厚度H——混凝土計算厚度（m）h——混凝土實際厚度（m） 大體積混凝土溫度計算混凝土表層溫度T2(t)——混凝土表面溫度（℃）Tq——施工期大氣平均溫度（℃）h’——混凝土虛厚度（m）H——混凝土計算厚度（m）T1(t)——混凝土中心溫度（℃） 大體積混凝土溫度計算混凝土平均溫度 大體積混凝土應(yīng)力計算地基約束系數(shù)單純地基阻力系數(shù)Cx1（N/mm3）土質(zhì)名稱承載力(kN/m2)Cx1推薦值軟黏土80～1500.01～0.03砂質(zhì)黏土250～4000.03～0.06堅硬黏土500～8000.06～0.10風化巖石和低強度素混凝土5000～100000.60～1.00C10以上配筋混凝土5000～100001.00～1.50 大體積混凝土應(yīng)力計算樁的阻力系數(shù)Cx2（N/mm3）Q——樁產(chǎn)生單位位移所需水平力(N/mm)當樁與結(jié)構(gòu)鉸接時當樁與結(jié)構(gòu)固接時E——樁混凝土的彈性模量（N/mm2）I——樁的慣性矩（mm4）Kn——地基水平側(cè)移剛度，取1×10-2D——樁的直徑或邊長（mm）F——每根樁分擔的地基面積（mm2） 大體積混凝土應(yīng)力計算大體積混凝土瞬時彈性模量E(t)——t齡期混凝土彈性模量（N/mm2）E0——28d混凝土彈性模量（N/mm2）e——常數(shù)，取2.718t——齡期（d） 大體積混凝土應(yīng)力計算地基約束系數(shù)E(t)——t齡期混凝土彈性模量（N/mm2）h——混凝土實際厚度（mm）Cx1——單純地基阻力系數(shù)（N/mm3）Cx2——樁的阻力系數(shù)（N/mm3）β(t)——t齡期地基約束系數(shù)（l/mm） 大體積混凝土應(yīng)力計算混凝土干縮率和收縮當量溫差混凝土干縮率εY(t)——t齡期混凝土干縮率ε0Y(t)——標準狀態(tài)下混凝土極限收縮值，取3.24×10-4M1?M2???M10——各修正系數(shù)，參考建筑施工手冊第四版表10-88 大體積混凝土應(yīng)力計算收縮當量溫差TY(t)——t齡期混凝土收縮當量溫差（℃）α——混凝土線膨脹系數(shù)，取1×10-5（1/℃） 大體積混凝土應(yīng)力計算結(jié)構(gòu)計算溫差（一般3d劃分一區(qū)段）ΔTi——i區(qū)段結(jié)構(gòu)計算溫差（℃）Tm(i)——i區(qū)段平均溫度起始值（℃）Tm(i+3)——i區(qū)段平均溫度終止值（℃）TY(i+3)——i區(qū)段收縮當量溫差終止值（℃）TY(i)——i區(qū)段收縮當量溫差起始值（℃） 大體積混凝土應(yīng)力計算各區(qū)段拉應(yīng)力σi——i區(qū)段混凝土內(nèi)拉應(yīng)力（N/mm2）——i區(qū)段平均彈性模量（N/mm2）——i區(qū)段平均應(yīng)力松弛系數(shù)齡期t(d)369121518212427300.570.520.480.440.410.3860.3680.3520.3390.327i區(qū)段平均地基約束系數(shù)混凝土最大尺寸 大體積混凝土應(yīng)力計算到指定期混凝土內(nèi)最大應(yīng)力σmax——到指定期混凝土內(nèi)最大應(yīng)力（N/mm2）——泊松比，取0.15 大體積混凝土應(yīng)力計算安全系數(shù)ft——到指定期混凝土抗拉強度設(shè)計值（N/mm2）K——大體積混凝土抗裂安全系數(shù)，應(yīng)≥1.15 大體積混凝土平均整澆長度混凝土極限拉伸值ft——混凝土抗拉強度設(shè)計值（N/mm2）μ——配筋率（%），μ=Fa/Fcd——鋼筋直徑（mm）t——指定齡期（d）Fa——鋼筋截面面積（m2）Fc——混凝土截面面積（m2） 大體積混凝土平均整澆長度平均整澆長度（伸縮縫間距）[Lcp]——平均整澆長度（伸縮縫間距）（mm）h——混凝土厚度（mm）E(t)——指定時刻混凝土彈性模量（N/mm2）Cx——地基阻力系數(shù)（N/mm3）,Cx=Cx1+Cx2ΔT——指定時刻的累計結(jié)構(gòu)計算溫差（℃） 【例1】某工程現(xiàn)澆鋼筋混凝土基礎(chǔ)底板，厚度為0.8m，配置直徑16帶肋鋼筋，配筋率0.35%，混凝土強度等級采用C30，地基為堅硬黏土，施工條件正常(材料符合質(zhì)量標準、水灰比準確、機械振搗、混凝土養(yǎng)護良好)。試計算早期(15d)不出現(xiàn)貫穿性裂縫的允許間距。大體積混凝土計算案例 大體積混凝土計算案例均取1.0M4=1.42，M6=0.93，M7=0.70，M10=0.42混凝土經(jīng)過15d的收縮變形混凝土收縮當量溫差為 大體積混凝土計算案例混凝土上、下面溫升為15℃，由于時間短，養(yǎng)護較好，氣溫差忽略不計，混凝土的水化熱溫差經(jīng)計算為25℃，則計算溫差為混凝土的極限拉伸值 大體積混凝土計算案例15d時混凝土的彈性模量伸縮縫的最大允許間距 由計算知，板的最大允許伸縮縫間距為26m。當板的縱向長度小于26m時，可以避免裂縫出現(xiàn)。否則則需在中部設(shè)置伸縮縫或“后澆縫”。當板下有樁基礎(chǔ)時，計算阻力系數(shù)Cx時，應(yīng)考慮樁基對基礎(chǔ)底板的約束阻力。大體積混凝土計算案例 【例2】大型設(shè)備基礎(chǔ)底板長90.8m、寬31.3m、厚2.5m，混凝土為C20，采用60d后期強度配合比，用32.5礦渣水泥，水泥用量mc=280kg/m3,混凝土澆筑入模溫度Tj=28℃，為25℃，結(jié)構(gòu)物周圍用鋼模板，在模板和混凝土上表面外包兩層草袋保溫，混凝土比熱C=1.0kJ/kg?K混凝土密度ρ=2400kg/m3施工時平均氣溫試計算總降溫產(chǎn)生的最大溫度拉應(yīng)力及安全系數(shù)。大體積混凝土計算案例 解(1)計算絕熱溫升值，按式為簡單計只計算3d、7d、28d的值。(2)混凝土中心溫度計算，按式計算如下大體積混凝土計算案例 (3)混凝土表層溫度。兩層草袋保溫按60mm計，則保溫層傳熱系數(shù)混凝土虛厚度混凝土計算厚度混凝土表層溫度大體積混凝土計算案例 (5)混凝土干縮率和當量溫差，按式則(6)結(jié)構(gòu)計算溫差，按式大體積混凝土計算案例 (7)計算各齡期的混凝土彈性模量，按式(8)地基約束系數(shù)，按式大體積混凝土計算案例 (9)各區(qū)段拉應(yīng)力，按式各區(qū)段平均彈性模量大體積混凝土計算案例 各區(qū)段平均應(yīng)力松弛系數(shù)各區(qū)段平均地基約束系數(shù)大體積混凝土計算案例 只計算拉應(yīng)力(10)混凝土內(nèi)最大應(yīng)力，按式混凝土抗拉強度設(shè)計值取1.1N/mm2，則安全系數(shù)滿足抗裂條件，故知不會出現(xiàn)裂縫。大體積混凝土計算案例 1．合理的平面立面設(shè)計，避免截面的突變，從而減少約束應(yīng)力。2．合理的布置分布鋼筋，盡量采用小直徑、密間距，變截面處加強分布鋼筋3．避免用高強混凝土，盡量選用中低強度混凝土，采用60天或90天強度4．采用滑動層減少基礎(chǔ)的約束。5．混凝土結(jié)構(gòu)上下表面布置螺紋鋼筋或冷軋扭鋼筋網(wǎng)片。設(shè)計方面考慮的措施 ①．水泥品種:選用水化熱較低的425或525礦渣水泥。②．水泥用量：盡最大限度減少水泥用量，同時參照水泥廠的水泥強度歷史資料。③．水膠比:0.25~0.40④．混合材：粉煤灰、礦渣、火山灰、超細礦粉等⑤．外加劑：摻入高效復(fù)合減水劑。⑥．砂石骨料：骨料：選用粒徑5～31.5mm的碎石，砂子的細度模數(shù)在2.5以上的中、粗砂。⑦．微膨脹劑：混凝土水灰比、脹劑的摻量、混凝土的養(yǎng)護、混凝土的密實程度、減水劑種類、膨脹劑的應(yīng)用。配合比設(shè)計 ①.控制混凝土拌合料的出機溫度和澆筑溫度。②.混凝土的拌制1）保證混合材的質(zhì)量，加強材質(zhì)檢驗，進行混凝土試配，根據(jù)試配結(jié)果確定。2）外加劑及膨脹劑摻量準確，摻量誤差控制總摻量的?1％以下。3）攪拌均勻。4）加料順序③.混凝土的輸送④.澆筑方法:1）分層連續(xù)澆筑2）推移式澆筑法3）混凝土密振搗4）泌水處理施工工藝方面的措施 大體積砼澆筑完畢，分兩次收水，用木蟹將表面搓毛，防止表面的收縮裂紋。 大體積砼澆筑完畢，表面采用保溫養(yǎng)護。 混凝土的養(yǎng)護①降溫法②蓄水養(yǎng)護③保溫法:基礎(chǔ)底板養(yǎng)護：1)板面覆蓋薄膜，草袋，所需層數(shù)由計算確定。2)覆蓋方法：板表面混凝土澆筑結(jié)束，約過12～20小時后，鋪草袋或薄膜。3）先覆蓋草袋或薄膜應(yīng)根據(jù)季節(jié)、混凝土的配合比設(shè)計、養(yǎng)護時間等確定?？罩袧仓澹?）模板一般應(yīng)選用木模板或膠合板2)根據(jù)測試結(jié)果，一層膠合板模板內(nèi)外溫差約15℃，采用兩層模板或中間夾薄膜或懸掛草袋防止空氣流動過快3）底模板在鋪設(shè)，根據(jù)我們的測試實踐，在底模板下、木枋上鋪設(shè)1～2層塑料薄膜 溫度跟蹤監(jiān)測，信息化施工①測試混凝土的澆筑溫度，即混凝土的拌合料的溫度②可采用溫度測試儀，溫度探頭預(yù)先埋入大體積砼內(nèi)。③測點布置原則：測點須具有代表性，能全面反映大體積砼內(nèi)各部位的溫度④測溫點布置：根據(jù)大體積混凝土的對稱性，取其對稱部分布置溫度測點⑤測溫制度：測溫從砼澆筑后24h開始，升溫階段每2h測一次，降溫階段每4h測一次，7天后，每8h測一次。⑥大體積混凝土的上下表面溫度是指上表面以下、下表面以上混凝土內(nèi)5cm。