大體積混凝土裂縫控制

1、大體積混凝土裂縫控制摘要：混凝土最小截面尺寸達到1m以上的結構屬于大體積混凝土結構。大體積混凝土施工時, 由于水泥水化過程中釋放大量的水化熱, 使混凝土結構的溫度梯度過大, 從而導致混凝土結構出現(xiàn)溫度裂縫。因此, 計算并控制混凝土硬化過程中的溫度, 進而采取相應的技術措施, 是保證大體積混凝土結構質量的重要措施。關鍵詞：大體積混凝土 裂縫 內外溫差 水化熱1 概述 大體積混凝土與普通鋼筋混凝土相比, 具有結構厚, 體形大、混凝土數(shù)量多、工程條件復雜和施工技術要求高的特點。 大體積混凝土在硬化期間, 一方面由于水泥水化過程中將釋放出大量的水化熱, 使結構件具有“熱漲”的特性; 另一方面混凝土硬化

2、時又具有“收縮”的特性, 兩者相互作用的結果將直接破壞混凝土結構, 導致結構出現(xiàn)裂縫。因而在混凝土硬化過程中,必須采用相應的技術措施, 以控制混凝土硬化時的溫度, 保持混凝土內部與外部的合理溫差, 使溫度應力可控, 避免混凝土出現(xiàn)結構性裂縫。2 大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因主要為：溫度裂縫、干縮裂縫、材料裂縫等。2.1溫度裂縫混凝土澆筑后，由于混凝土內外部溫差過大會產(chǎn)生裂縫。混凝土澆注后，水泥水化熱較大，使混凝土溫度上升。當聚集在混凝土內部的水泥水化熱不易散發(fā)時，混凝土內部溫度明顯升高。而混凝土表面通常散熱較快，形成內外溫差，使混凝土內部產(chǎn)生壓應力，表面產(chǎn)生拉應力，當拉

3、應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土就會產(chǎn)生裂縫，特別是大體積混凝土更易發(fā)生此類裂縫。2.2 干縮裂縫收縮裂縫是指因混凝土收縮所產(chǎn)生的裂縫。收縮的主要影響因素是混凝土中的用水量和水泥用量, 用水量和水泥用量越高, 混凝土的收縮就越大?；炷林屑s20%的水分是水泥水化所必需的，但仍有80%的水分需要蒸發(fā)，當混凝土中的多余水分蒸發(fā)時，就會引起混凝土體積收縮，也叫干縮，而混凝土又由于受到地基或邊界條件的約束，使混凝土內部產(chǎn)生較大的拉應力，當拉應力超過混凝土抗拉強度時，混凝土就會產(chǎn)生裂縫即干縮裂縫。2.3 材料裂縫材料裂縫表現(xiàn)為龜裂,主要是因水泥安定性不合格或骨料中含泥量過多而引起的。3 大體積混凝土裂縫

4、控制的理論計算工程實例: 混凝土及其原材料各種原始數(shù)據(jù)及參數(shù)為: C30 混凝土采用P.S32.5 礦渣硅酸鹽水泥, 其配合比為: 水: 水泥: 砂: 石子 ( 單位kg) =158: 298: 707: 1204, 砂、石含水率分別為3%、0%,水泥、砂、石子。CC = CS = Cg=0.84kj/kg.k；各種材料的溫度及環(huán)境氣溫: 水18, 砂、石子23, 水泥25, 環(huán)境氣溫25。3.1 混凝土溫度計算( 1) 混凝土拌和溫度計算: 本實例中的混凝土拌和溫度計算見下表：材料名稱重量（kg）比熱（kj/kg.k)熱當量Wc(kj/0C)溫度Ti（0C）熱量Timc（kj)(1)(2)(

5、3)=(1)×(2)(4)(5)=(3)×(4)水泥2980.84250.32256258砂子12040.841011.362323261.28石子7070.84593.882313659.24砂中含水量214.288.2181587.6石中含水量04.20180拌合水1374.2575.41810357.2合計23672519.1655123.32T0=(5)/(3)=55123.32/2519.16=21.9( 2) 混凝土出機溫度計算:公式 T1=T0- 0.16( T0- Ti)式中: T1混凝土出機溫度( ) ; T0混凝土拌和溫度( ) ; Ti混凝土攪拌棚內溫

6、度( ) 。T1=21.9- 0.16×( 21.9- 25) =22.4。( 3) 混凝土澆筑溫度計算: 公式TJ=T1- ( n+0.032n)( T1- TQ) 式中: TJ混凝土澆筑溫度( ) ; T1混凝土出機溫度( ) ; TQ混凝土運送、澆筑時環(huán)境氣溫( ) ;n混凝土自開始運輸至澆筑完成時間( h) ; n混凝土運轉次數(shù)。 溫度損失系數(shù)( /h)本例中, 若n取1/3, n 取1, 取0.25,則: TJ=22.4- ( 0.25×1/3+0.032×1) ×( 22.4-25) =22.7( 低于30)3.2 混凝土的絕熱溫升計算 Th

7、=W0Q0/(C) 式中:W0每立方米混凝土中的水泥用量( kg/m3) ;Q0每公斤水泥水化熱量(KJ/kg) ; C混凝土的比熱容取0.97(KJ/kgk) ; 混凝土的質量密度( kg/m3)取=2400 kg/m3；Th=( 298×334) /( 0.97×2400) =42.83.3 混凝土內部實際溫度計算 Tm=TJ+Th 式中: Tj混凝土澆筑溫度; Th混凝土最終絕熱溫升; 溫降系數(shù)查建筑施工手冊, 若混凝土澆筑厚度3.4m。則:3取0.704,7取0.685,14 取0.527,21 取0.328。 本例中: Tm(3)=22.7+0.704×

8、42.8=52.8;Tm (7)=22.7+0.685×42.8=52.0;Tm (14)=22.7+0.527×42.8=45.3; Tm(21)=22.7+0.328×42.8=36.7。 3.4 混凝土表面溫度計算 Tb()=Tq+4h(H- h) T()/H2式中: Tb()齡期時混凝土表面溫度( ) ; Tq齡期時的大氣溫度( ) ; H混凝土結構的計算厚度(m) 。 按公式 H=h+2h計算, h混凝土結構的實際厚度(m); h混凝土結構的虛厚度(m): h=K/，K計算折減系統(tǒng)取0.666,混凝土導熱系數(shù)取2.33W/mK。 模板及保溫層傳熱系數(shù)(W

9、/m2K): 值按公式=1/( i/i+1/g) 計算,i模板及各種保溫材料厚度(m) ;i模板及各種保溫材料的導熱系數(shù)(W/mK) ;g空氣層傳熱系數(shù)可取23W/mK。 T()齡期時,混凝土中心溫度與外界氣溫之差(): T()=Tm()- Tq。若混凝土便面只覆蓋一層塑料布，蓄水養(yǎng)護，水i=0.3m, i=0.58 W/mK，混凝土灌注高度為3.4m, 則: =1/(0.3/0.58+1/23)=1.71h=K/=0.666×2.33/1.71=0.91H=h+2h=3.4+2×0.91=5.22(m)若Tq 取20, 則: T(3)=52.8- 20=32.8 T(7)

10、=52- 20=32 T(14)=45.3- 20=25.3 T(21)=36.7- 20=16.7 則: Tb(3)=20+4×1.1(5.22- 0.91)×32.8/5.222=42.8 Tb (7)=20+4×1.1 (5.22- 0.91) ×32/5.222=42.3 Tb (14)=20+4×1.1 (5.22- 0.91) ×25.3/5.222=37.6 Tb (21)=20+4×1.1 (5.22- 0.91) ×16.7/5.222=31.63.5 混凝土內部與混凝土表面溫差計算 T()s=T

11、m()- Tb() 本工程實例中: T(3)s=52.8- 42.8=10( ) T(7)s=52- 42.3=9.7( ) T(14)s=45.3- 37.6=7.7( ) T(21)s=36.7- 31.6=5.1( ) 4 大體積混凝土施工技術措施4.1 降低水泥水化熱混凝土的熱量主要來自水泥水化熱, 因而選用低水化熱的礦渣硅酸鹽水泥配制混凝土較好;精心設計混凝土配合比, 采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術, 減少每立方米混凝土中的水泥用量, 以達到降低水化熱的目的; 選用適宜的骨料, 施工中根據(jù)現(xiàn)場條件盡量選用粒徑較大, 級配良好的粗骨料;選用中粗砂, 改善混凝土的和易性, 并充分利

12、用混凝土的后期強度, 減少用水量; 嚴格控制混凝土的塌落度。4.2 降低混凝土入模溫度控制混凝土的入模溫度對于降低大體積混凝土的總溫升，減少結構物的內外溫差，具有重大影響。入模溫度的高低與出機溫度密切相關，另外還與運輸工具、運距、轉運次數(shù)、施工氣候條件等有關。大體積混凝土內的最高溫度由澆筑溫度和水化熱溫升組成，因此降低混凝土拌合料的澆筑溫度也很重要。對混凝土拌合料的澆筑溫度影響較大的是石子和水，在氣溫較高季節(jié)或經(jīng)計算混凝土內外溫差不滿足要求時，首選降低水溫，其次降低石子溫度。夏季為防止太陽的直接輻射，應在砂石堆場搭設簡易遮擋裝置等措施。澆筑大體積混凝土時應選擇較適宜的氣溫, 盡量避開炎熱天氣澆

13、筑。夏季可采用溫度較低的地下水攪拌混凝土, 或在混凝土拌和水中加入冰塊, 同時對骨料進行遮陽、灑水降溫, 在運輸及澆筑過程中也采用遮陽保護、灑水降溫等措施, 以降低混凝土拌和物的入模溫度; 摻加相應的緩凝型減水劑;在混凝土入模時, 還可以采取強制通風措施,加速模內熱量的散發(fā)。4.3 提高混凝土的抗拉強度。提高混凝土的抗拉強度，首先應控制集料含泥量。砂、石含泥量過大, 不僅增加混凝土的收縮, 而且降低混凝土的抗拉強度, 對混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制時必須嚴格控制砂、石的含泥量,將石子含泥量控制在1%以下, 中砂含泥量控制在2%以下, 減少因砂、石含泥量過大對混凝土抗裂的不利影響; 改

14、善混凝土施工工藝?？刹捎枚瓮读戏ā⒍握駬v法、澆筑后及時排除表面積水和最上層泥漿等方法; 加強早期養(yǎng)護, 提高混凝土早期及相應齡期的抗拉強度和彈性模量; 在大體積混凝土基礎表面及內部設置必要的溫度配筋,以改善應力分布, 防止裂縫的出現(xiàn)。4.4 混凝土澆筑方式在混凝土澆筑時宜采用“分層澆筑、分層振搗、一個斜面、一次到頂”的推移澆筑法。分層澆筑易于混凝土的振搗，且混凝土的暴露面少，有利于降低混凝土的最高溫升，分層厚度宜控制在50cm左右；利用混凝土自然流淌形成的斜面的澆筑方法，能較好的適應泵送工藝，避免混凝土輸送管道經(jīng)常拆除、沖洗、接長，從而提高泵送效率，簡化混凝土的泌水處理，保證上下層混凝土澆

15、注不超過初凝時間，施工時混凝土自然流淌形成斜面的坡度宜控制在1：6左右。4.5 摻加減水劑和外摻料(1)摻加減水劑。大體積混凝土中摻加的減水劑主要是木質素磺酸鈣，它對水泥顆粒有明顯的分散效應，可有效地增加混凝土拌合物的流動性，且能使水泥水化較充分，提高混凝土的強度。若保持混凝土的強度不變，可節(jié)約水泥10，從而可降低水化熱；同時可明顯地延緩水化熱的釋放速度，其熱峰也相應推遲。(2)摻加粉煤灰。在混凝土中摻人一定量的粉煤灰，具有以下優(yōu)點：粉煤灰本身的火山灰活性作用，可生成硅酸鹽凝膠，起著一定的增強作用；在單位用水量不變的條件下，可以起到顯著改善混凝土和易性的效能；用粉煤灰替代部分水泥，可降低水泥的

16、用量，從而降低水化熱；若保持混凝土拌合物原有的流動性，則可減少用水量，從而可提高混凝土的強度。所以在保證混凝土強度和抗?jié)B性能的條件下，應盡可能添加摻和料，但摻量不宜大于20。4.6改善約束條件, 削減溫度應力。采取分層或分塊澆筑大體積混凝土，合理設置水平或垂直施工縫，或在適當?shù)奈恢迷O置施工后澆帶，以放松約束程度，減少每次澆筑長度的蓄熱量，防止水化熱的積聚，減少溫度應力。在大體積混凝土基礎與墊層之間可設置滑動層, 如技術條件許可, 施工時宜采用刷熱瀝青作為滑動層, 以消除嵌固作用, 釋放約束應力。4.7 混凝土養(yǎng)護大體積混凝土澆筑完后，加強其表面保溫、保濕養(yǎng)護，對防止混凝土產(chǎn)生裂縫具有重要作用：一是減小混凝土的內外溫差，防止出現(xiàn)表面裂縫；二是防止混凝土表面過冷，避免產(chǎn)生貫穿裂縫；三是延緩混凝土的冷卻速度，以減小新老混凝土的上下層約束。保濕養(yǎng)護還能減小混凝土的干縮，使混凝土的水泥水化作用順利和充分進行，有利于提高混凝土的極限抗拉強度，對控制裂縫有積極作用。4.8 溫度監(jiān)控混凝土澆筑后，為了掌握大體積混凝土水化熱造成不同深度處溫度場的變化規(guī)律，在大體積混凝土中布設測溫點，隨時檢測混凝土內部的溫度變化情況，以便及時采取有效措施，控制溫差，進而保證混凝土施