大體積混凝土裂縫控制技術(shù)

大體積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(jì)算大體積混凝土裂縫控制的綜合措施1大體積混凝土的定義本講中所稱大體積混凝土是指，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。2大體積混凝土抗裂性能的影響因素溫度與收縮裂縫產(chǎn)生的機(jī)理原材料和配合比對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響配筋對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響齡期及養(yǎng)護(hù)對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響3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(gè)結(jié)構(gòu)的變形受到其他結(jié)構(gòu)的阻礙。內(nèi)約束：當(dāng)結(jié)構(gòu)截面較厚時(shí)，其內(nèi)部溫度分布不均勻，引起各質(zhì)點(diǎn)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(dāng)此拉應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生表面裂縫。該裂縫多發(fā)生在混凝土升溫階段。貫穿裂縫：當(dāng)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(shí)，在截面中產(chǎn)生拉應(yīng)力（稱外約束應(yīng)力），當(dāng)此拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)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(hù)條件等多種因素有關(guān)。溫度與收縮裂縫產(chǎn)生的機(jī)理4原材料和配合比對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響水泥品種在常用標(biāo)號(hào)下，采用不同品種的水泥對(duì)混凝土極限拉伸值的影響不大。水泥品種對(duì)混凝土干縮影響較大，一般情況下，C3A含量大，細(xì)度較小的水泥干縮較大。水灰比混凝土抗拉強(qiáng)度，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(duì)大體積混凝土抗裂是有利的。骨料盡可能采用粒徑較大，級(jí)配良好的高強(qiáng)度花崗巖、玄武巖等作為骨料對(duì)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(qiáng)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(duì)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(shí)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(qiáng)度或極限拉伸。5配筋對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響關(guān)于配筋對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響，一方面配置構(gòu)造筋對(duì)提高混凝土極限拉伸和抗裂能力是有利的，同時(shí)它也能起到控制裂縫開展，減少裂縫寬度的作用。另一方面，配筋也將會(huì)增加一定程度的收縮應(yīng)力，過大的配筋率將會(huì)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的優(yōu)點(diǎn)大于增加收縮應(yīng)力缺點(diǎn)。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(duì)環(huán)境濕度及養(yǎng)護(hù)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(duì)薄壁結(jié)構(gòu)的配筋要求要嚴(yán)格，并注意保濕養(yǎng)護(hù)，盡可能避免表面裂縫的出現(xiàn)。

6齡期及養(yǎng)護(hù)對(duì)大體積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(qiáng)度的關(guān)系為：ft﹦0.8f28(㏒t)2/3養(yǎng)護(hù)條件的影響?zhàn)B護(hù)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混凝土的抗拉強(qiáng)度及極限拉伸。養(yǎng)護(hù)溫度的升高能提高混凝土的早期強(qiáng)度，但對(duì)后期強(qiáng)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(dāng)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(qiáng)度。7大體積混凝土的溫控計(jì)算大體積混凝土的最高溫度計(jì)算大體積混凝土的溫度收縮應(yīng)力計(jì)算8大體積混凝土的最高溫度計(jì)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(jì)算，如下式：

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(jì)算中心的較大值作為砼的最高溫度值9大體積混凝土的溫度收縮應(yīng)力計(jì)算大體積砼溫度收增應(yīng)力的計(jì)算：10大體積混凝土的的溫度收縮應(yīng)力力計(jì)算σmax=-E·α·T·[1-1/(COShβL/2)]·H·(t,τ)………………………（1）σmax=-ΣΣ·[1-1/(COShβiL/2)]·△Ti·Ei(t)·Hi·(ti,τi)………………………（2）從上述公式可看看出：底板的最最大溫度收縮應(yīng)應(yīng)力與溫差收縮縮差及線膨脹系系數(shù)成正比，為為線性比例關(guān)系系。底板彈性模模量增加，應(yīng)力力增加；底板受受地基的約束程程度，即地基對(duì)對(duì)底板的阻力系系數(shù)Cx境加，應(yīng)力增加加。底板長度增增加，應(yīng)力增加加，但呈非線性性關(guān)系。大體積砼外約束束力應(yīng)力的計(jì)算算可分為以下二二個(gè)階段：砼澆筑前的計(jì)計(jì)算，建議采用用公式（1）進(jìn)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算算簡便且偏于安安全。砼澆筑后的計(jì)計(jì)算則采用公式式（2），可較較精簡計(jì)算，此此時(shí)應(yīng)有安全系系數(shù)K=≥1.15。α1-μni=1Rfσmax11大體積混凝土裂裂縫控制的綜合合措施設(shè)計(jì)構(gòu)造措施從原材料方面采采取措施從施工方面采取取措施12設(shè)計(jì)構(gòu)造措施利用混凝土后期期強(qiáng)度一般大體積混混凝土的施工工工期較長，，上部荷載逐逐步施加，因因此可以考慮慮采用齡期為為45~90天強(qiáng)度代替替28天強(qiáng)度度，以減少水水泥用量。設(shè)置滑動(dòng)層，，減少約束應(yīng)應(yīng)力混凝土的強(qiáng)度度等級(jí)宜在C20~C35的范圍內(nèi)選用用。在遇有約束作作用較大的巖巖石類地基或或較厚的混凝凝土墊層時(shí)，，可在地基或或墊層與基礎(chǔ)礎(chǔ)的接觸面上上，或于兩端端L/4（L——基礎(chǔ)全長）的的區(qū)段內(nèi)，鋪鋪設(shè)滑動(dòng)層，，減少滑動(dòng)應(yīng)應(yīng)力隔離層的作法法為混凝土上上涂刷一層3~5mm厚的瀝青膠或或干鋪兩層瀝瀝青油氈。美美國ACI委員會(huì)提出可可鋪設(shè)厚50左右的黃砂砂或石屑作為為隔離層。13設(shè)計(jì)構(gòu)造措施施設(shè)置緩沖層在底板的地梁梁、坑內(nèi)水溝溝等鍵槽部位位，可用厚度為30~50mm的聚苯乙烯泡泡沫或?yàn)r青木絲板板作垂直隔離離，以緩和和地基對(duì)基礎(chǔ)收縮縮時(shí)的側(cè)向壓壓力。(見右右圖)避免應(yīng)力集中中在大體積混凝凝土結(jié)構(gòu)的孔孔洞或截面突突變處，由于溫度度和收縮作用用，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)應(yīng)力集中而導(dǎo)致開開裂。應(yīng)采取取增配鋼筋或或設(shè)置過渡段的措措施。(見見右圖)14設(shè)計(jì)構(gòu)造措施施增設(shè)暗梁在現(xiàn)澆鋼筋混混凝土地下室室、水池等結(jié)結(jié)構(gòu)施工時(shí)，，為了防止底底板與邊墻、、邊墻之間因因約束應(yīng)力產(chǎn)產(chǎn)生的裂縫及及邊墻上部因因邊緣效應(yīng)引引起的裂縫，，可在施工縫縫上下等薄弱弱部位增配4?16~4??22的鋼筋予以加加強(qiáng)。(見下下圖)15設(shè)計(jì)構(gòu)造措施施合理配筋當(dāng)混凝土的底底板或墻體厚厚度較小時(shí)，，增配構(gòu)造鋼鋼筋，能起到到抵抗混凝土土溫度裂縫的的作用。但對(duì)對(duì)于大塊式基基礎(chǔ)，構(gòu)造筋筋對(duì)控制貫穿穿性裂縫的作作用略小。構(gòu)造鋼筋應(yīng)盡盡可能采用ⅡⅡ級(jí)鋼、小直直徑和小間距距。直徑約10~16mm，間距100~150mm，按全截面對(duì)稱稱配置。全截截面含筋率宜宜控制在0.3%~0.5%。實(shí)踐踐證明，含筋筋率小于0。。3%時(shí)，對(duì)對(duì)混凝土的裂裂縫控制作用用不大。當(dāng)配配筋率太大時(shí)時(shí)，則較易引引起混凝土的的收縮裂縫，，且不經(jīng)濟(jì)。。大塊式混凝凝土的鋼筋宜宜分散多層設(shè)設(shè)置，或在中中截面處增配配空間網(wǎng)片狀狀鋼筋作構(gòu)造造鋼筋，不宜宜集中在底層層或上下兩層層。合理設(shè)置施工工縫“抗”的方法法即不設(shè)任何施施工縫，通過過采取措施減減少被約束體體與約束體之之間的相對(duì)溫溫差，減少約約束，改善配配筋，減少混混凝土收縮，，提高混凝土土抗拉強(qiáng)度等等，以抵抗溫溫度收縮變形形和約束應(yīng)力力?！胺拧钡姆椒ǚ匆栽O(shè)置永久久性伸縮縫的的辦法，將超超長的現(xiàn)澆鋼鋼筋混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)分成若干干段，以釋放放大部分變形形，減少約束束應(yīng)力。16設(shè)計(jì)構(gòu)造措施施“放”“抗”結(jié)合的方方法采用“后澆帶”的的施工方法在施工期間設(shè)置作作為臨時(shí)施工縫的的“后澆帶”，將將結(jié)構(gòu)分成若干段段，可有效削減溫溫度收縮應(yīng)力。采用“跳倉打”的的施工方法將整個(gè)結(jié)構(gòu)按垂直直施工縫分段，間間隔一段，澆筑一一段，經(jīng)過不少于于5d的間歇期后再澆筑筑成整體。采用“混凝土薄層層澆筑”的施工方方法將底板水平分成幾幾個(gè)施工層，施工工層之間的結(jié)合按按施工縫處理。分分層厚度一般控制制在0.6~2.0m范圍內(nèi)，層層間間歇時(shí)時(shí)間約取5~7d為宜。合理制定溫溫控指標(biāo)大體積混凝凝土施工前前，應(yīng)對(duì)施施工階段大大體積混凝凝土澆筑塊塊體的最高高溫度、溫溫度收縮應(yīng)應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)驗(yàn)算，以此此確定施工工階段混凝凝土的澆筑筑溫度、內(nèi)內(nèi)表溫差、、降溫速度度及溫度陡陡降等控制制指標(biāo)，制制定相應(yīng)的的技術(shù)措施施（包括混混凝土原材材料的選擇擇、混凝土土拌制運(yùn)輸輸過程中的的降溫措施施、保溫養(yǎng)養(yǎng)護(hù)措施等等），以達(dá)達(dá)到控制裂裂縫的目的的。幾個(gè)溫控指指標(biāo)17設(shè)計(jì)構(gòu)造措措施溫控指標(biāo)一一般可分為為兩類：一一是為了防防止表面裂裂縫而控制制內(nèi)外溫差差和表面溫溫度陡降；；二是為防防止貫穿性性裂縫而控控制內(nèi)部溫溫差?；炷翝仓囟取痘炷两Y(jié)結(jié)構(gòu)工程施施工及驗(yàn)收收規(guī)范》(GB50204-92)規(guī)定：大體體積混凝土土澆筑溫度度不宜超過過28℃。。內(nèi)外溫差《混凝土結(jié)結(jié)構(gòu)工程施施工及驗(yàn)收收規(guī)范》規(guī)規(guī)定：混凝凝土表面和和內(nèi)部溫差差應(yīng)控制在在設(shè)計(jì)要求求的范圍內(nèi)內(nèi)，當(dāng)設(shè)計(jì)計(jì)無具體要要求時(shí)，溫溫差不宜超超過25℃℃。注意：此處處表面溫度度是指保溫溫層下混凝凝土面上的的溫度，而而非混凝土土表面下50~100MM處的溫度。。內(nèi)部溫差內(nèi)部溫差是是指混凝土土內(nèi)同一點(diǎn)點(diǎn)在不同時(shí)時(shí)間的溫度度差值?！丁秹K體基礎(chǔ)礎(chǔ)大體積混混凝土施工工技術(shù)規(guī)程程》（YBJ224-91）規(guī)定：混凝凝土塊體的的降溫速度度宜不大于于1.5℃℃/天。溫度陡降寒潮來臨、、冷空氣影影響、暴雨雨襲擊、撤撤除保溫層層時(shí)間不當(dāng)當(dāng)?shù)染蓪?dǎo)導(dǎo)致混凝土土表面溫度度突然下降降，引起表表面裂縫。?！朵摻罨炷粮邔咏ńㄖY(jié)構(gòu)設(shè)設(shè)計(jì)與施工工規(guī)程》（（JGJ-91）規(guī)定：溫度度陡降不應(yīng)應(yīng)超過10℃。18從原材料方方面采取技技術(shù)措施合理選擇水水泥品種選用C3S及C3A含量低的中中、低熱水水泥。合理選用骨骨料在滿足施工工要求的情情況下，盡盡量選用粒粒徑較大、、級(jí)配良好好的石子，，以減少用用水量和水水泥用量、、混凝土的的收縮和泌泌水性。粗粗骨料中的的針、片狀狀顆粒按重重量計(jì)應(yīng)不不大于15%。摻加塊石。。在無筋或或少筋的大大塊混凝土土中，可摻摻入不超過過混凝土體體積的25%的大塊塊石，以減減少水泥用用量，降低低水化熱。。細(xì)骨料以中中、粗砂為為宜。嚴(yán)格控制砂砂、石的含含泥量。石石子控制在在小于1%，黃砂控控制在小于于2%。合理選用外外摻料在混凝土中中加入適量量的外加劑劑，可以改改善混凝土土的特性，，減少水泥泥用量，減減少混凝土土的溫升。。同時(shí)可降降低水化熱熱釋放的速速度，延緩緩溫度峰值值出現(xiàn)的時(shí)時(shí)間?；炷林袚綋饺胍欢苛康姆勖夯一也粌H能改改善混凝土土特性，而而且能代替替部分水泥泥，減少水水化熱。但但應(yīng)注意摻摻加粉煤灰灰后混凝土土早期強(qiáng)度度有所降低低。采用UEA補(bǔ)償收縮混混凝土：在在混凝土內(nèi)內(nèi)摻水泥用用量10%~12%的U型混凝土膨膨脹劑，以以實(shí)現(xiàn)超長長結(jié)構(gòu)的無無縫施工。。19從施工方面面采取措施施控制混凝土土出機(jī)溫度度和澆筑溫溫度為了降低混混凝土的總總溫升，減減少內(nèi)外溫溫差，控制制混凝土出出機(jī)溫度和和澆筑溫度度是一個(gè)很很重要的措措施。對(duì)混混凝土出機(jī)機(jī)溫度影響響最大的是是石子及水水的溫度，，砂次之，，水泥的影影響較小。。因此，具具體施工中中可采取加加冰拌和，，砂石料遮遮陽覆蓋，，送管道用用草袋包裹裹灑水降溫溫等技術(shù)措措施。預(yù)埋水管，，降低最高高溫升冷卻水管大大多采用直直徑為25mm的薄壁鋼管管，按照中中心距1.5~3.0m交錯(cuò)排列,水管上下下間距一般般也為1.5~3.0m，并通過立管管相連接。。改進(jìn)混凝土土攪拌和振振搗工藝即采用二次次投料和二二次振搗的的新工藝，，提高混凝凝土的強(qiáng)度度。合理