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(dá)到1m以上的結(jié)構(gòu)屬于大體積混凝土結(jié)構(gòu)。大體積混凝土施工時(shí), 由于水泥水化過程中釋放大量的水化熱, 使混凝土結(jié)構(gòu)的溫度梯度過大, 從而導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)溫度裂縫。因此, 計(jì)算并控制混凝土硬化過程中的溫度, 進(jìn)而采取相應(yīng)的技術(shù)措施, 是保證大體積混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量的重要措施。關(guān)鍵詞：大體積混凝土 裂縫 內(nèi)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(jié)構(gòu)厚, 體形大、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)要求高的特點(diǎn)。 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(jié)構(gòu)件具有“熱漲”的特性; 另一方面混凝土硬化

2、時(shí)又具有“收縮”的特性, 兩者相互作用的結(jié)果將直接破壞混凝土結(jié)構(gòu), 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。因而在混凝土硬化過程中,必須采用相應(yīng)的技術(shù)措施, 以控制混凝土硬化時(shí)的溫度, 保持混凝土內(nèi)部與外部的合理溫差, 使溫度應(yīng)力可控, 避免混凝土出現(xiàn)結(jié)構(gòu)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(nèi)外部溫差過大會(huì)產(chǎn)生裂縫?；炷翝沧⒑?，水泥水化熱較大，使混凝土溫度上升。當(dāng)聚集在混凝土內(nèi)部的水泥水化熱不易散發(fā)時(shí)，混凝土內(nèi)部溫度明顯升高。而混凝土表面通常散熱較快，形成內(nèi)外溫差，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉

3、應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)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(dāng)混凝土中的多余水分蒸發(fā)時(shí)，就會(huì)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(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，混凝土就會(huì)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(jì)算工程實(shí)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(jì)算( 1) 混凝土拌和溫度計(jì)算: 本實(shí)例中的混凝土拌和溫度計(jì)算見下表：材料名稱重量（kg）比熱（kj/kg.k)熱當(dāng)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(jì)23672519.1655123.32T0=(5)/(3)=55123.32/2519.16=21.9( 2) 混凝土出機(jī)溫度計(jì)算:公式 T1=T0- 0.16( T0- Ti)式中: T1混凝土出機(jī)溫度( ) ; T0混凝土拌和溫度( ) ; Ti混凝土攪拌棚內(nèi)溫

6、度( ) 。T1=21.9- 0.16×( 21.9- 25) =22.4。( 3) 混凝土澆筑溫度計(jì)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(jī)溫度( ) ; TQ混凝土運(yùn)送、澆筑時(shí)環(huán)境氣溫( ) ;n混凝土自開始運(yùn)輸至澆筑完成時(shí)間( h) ; n混凝土運(yùn)轉(zhuǎn)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(jì)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(zhì)量密度( kg/m3)取=2400 kg/m3；Th=( 298×334) /( 0.97×2400) =42.83.3 混凝土內(nèi)部實(shí)際溫度計(jì)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(cè), 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(jì)算 Tb()=Tq+4h(H- h) T()/H2式中: Tb()齡期時(shí)混凝土表面溫度( ) ; Tq齡期時(shí)的大氣溫度( ) ; H混凝土結(jié)構(gòu)的計(jì)算厚度(m) 。 按公式 H=h+2h計(jì)算, h混凝土結(jié)構(gòu)的實(shí)際厚度(m); h混凝土結(jié)構(gòu)的虛厚度(m): h=K/，K計(jì)算折減系統(tǒng)取0.666,混凝土導(dǎo)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(jì)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(dǎo)熱系數(shù)(W/mK) ;g空氣層傳熱系數(shù)可取23W/mK。 T()齡期時(shí),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(hù)，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(nèi)部與混凝土表面溫差計(jì)算 T()s=T

11、m()- Tb() 本工程實(shí)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(shù)措施4.1 降低水泥水化熱混凝土的熱量主要來(lái)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(shè)計(jì)混凝土配合比, 采用摻加粉煤灰和減水劑的“雙摻”技術(shù), 減少每立方米混凝土中的水泥用量, 以達(dá)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(chǎng)條件盡量選用粒徑較大, 級(jí)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(qiáng)度, 減少用水量; 嚴(yán)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(duì)于降低大體積混凝土的總溫升，減少結(jié)構(gòu)物的內(nèi)外溫差，具有重大影響。入模溫度的高低與出機(jī)溫度密切相關(guān)，另外還與運(yùn)輸工具、運(yùn)距、轉(zhuǎn)運(yùn)次數(shù)、施工氣候條件等有關(guān)。大體積混凝土內(nèi)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(duì)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(jì)算混凝土內(nèi)外溫差不滿足要求時(shí)，首選降低水溫，其次降低石子溫度。夏季為防止太陽(yáng)的直接輻射，應(yīng)在砂石堆場(chǎng)搭設(shè)簡(jiǎn)易遮擋裝置等措施。澆筑大體積混凝土?xí)r應(yīng)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?dāng)嚢杌炷? 或在混凝土拌和水中加入冰塊, 同時(shí)對(duì)骨料進(jìn)行遮陽(yáng)、灑水降溫, 在運(yùn)輸及澆筑過程中也采用遮陽(yáng)保護(hù)、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(yīng)的緩凝型減水劑;在混凝土入模時(shí), 還可以采取強(qiáng)制通風(fēng)措施,加速模內(nèi)熱量的散發(fā)。4.3 提高混凝土的抗拉強(qiáng)度。提高混凝土的抗拉強(qiáng)度，首先應(yīng)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(qiáng)度, 對(duì)混凝土的抗裂十分不利。因此在混凝土拌制時(shí)必須嚴(yán)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(duì)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(shí)排除表面積水和最上層泥漿等方法; 加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù), 提高混凝土早期及相應(yīng)齡期的抗拉強(qiáng)度和彈性模量; 在大體積混凝土基礎(chǔ)表面及內(nèi)部設(shè)置必要的溫度配筋,以改善應(yīng)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(shí)宜采用“分層澆筑、分層振搗、一個(gè)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(yīng)泵送工藝，避免混凝土輸送管道經(jīng)常拆除、沖洗、接長(zhǎng)，從而提高泵送效率，簡(jiǎn)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(shí)間，施工時(shí)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(zhì)素磺酸鈣，它對(duì)水泥顆粒有明顯的分散效應(yīng)，可有效地增加混凝土拌合物的流動(dòng)性，且能使水泥水化較充分，提高混凝土的強(qiáng)度。若保持混凝土的強(qiáng)度不變，可節(jié)約水泥10，從而可降低水化熱；同時(shí)可明顯地延緩水化熱的釋放速度，其熱峰也相應(yīng)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(diǎn)：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(qiáng)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(dòng)性，則可減少用水量，從而可提高混凝土的強(qiáng)度。所以在保證混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B性能的條件下，應(yīng)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(yīng)力。采取分層或分塊澆筑大體積混凝土，合理設(shè)置水平或垂直施工縫，或在適當(dāng)?shù)奈恢迷O(shè)置施工后澆帶，以放松約束程度，減少每次澆筑長(zhǎng)度的蓄熱量，防止水化熱的積聚，減少溫度應(yīng)力。在大體積混凝土基礎(chǔ)與墊層之間可設(shè)置滑動(dòng)層, 如技術(shù)條件許可, 施工時(shí)宜采用刷熱瀝青作為滑動(dòng)層, 以消除嵌固作用, 釋放約束應(yīng)力。4.7 混凝土養(yǎng)護(hù)大體積混凝土澆筑完后，加強(qiáng)其表面保溫、保濕養(yǎng)護(hù)，對(duì)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(nèi)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(hù)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(jìn)行，有利于提高混凝土的極限抗拉強(qiáng)度，對(duì)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(chǎng)的變化規(guī)律，在大體積混凝土中布設(shè)測(cè)溫點(diǎn)，隨時(shí)檢測(cè)混凝土內(nèi)部的溫度變化情況，以便及時(shí)采取有效措施，控制溫差，進(jìn)而保證混凝土施