第五講大體積砼裂縫控制技術(shù)介紹

第五講大體積砼裂縫控制技術(shù)介紹第1頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三大體積砼裂縫控制技術(shù)一、大體積混凝土的裂縫問題體積厚大的混凝土在施工中產(chǎn)生裂縫的主要原因:①水泥的水化熱使混凝土產(chǎn)生的溫度變形；②混凝土凝結(jié)硬化過程中的收縮。第2頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三二、大體積混凝土的定義：1、美國混凝土學(xué)會規(guī)定：“任何就地澆筑的大體積混凝土，其尺寸大小，必須要采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂。”2、日本建筑學(xué)會的定義：“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，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，稱為大體積混凝土。”大體積砼裂縫控制技術(shù)第3頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三三、建筑工程的大體積混凝土1、基礎(chǔ)工程：厚大的混凝土底板、深梁、厚大的樁基承臺等；2、上部結(jié)構(gòu)：巨型柱、高層建筑的轉(zhuǎn)換梁或板、防輻射結(jié)構(gòu)大體積砼裂縫控制技術(shù)第4頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫大體積砼裂縫控制技術(shù)第5頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫一、混凝土的裂縫形式

裂縫理論有許多種。近代混凝土的研究，逐漸由宏觀理論向微觀理論過渡。1、混凝土的微觀裂縫：寬度一般在0.05mm以下，肉眼不可見的裂縫。2、混凝土的宏觀裂縫：寬度大于0.05mm，肉眼可見的裂縫。微觀裂縫出現(xiàn)的三種形式：粘著裂縫、水泥石裂縫、骨料裂縫。前兩種形式的裂縫較多，且這些裂縫分布不規(guī)則、不貫穿，砼仍可承受拉力。宏觀裂縫是微觀裂縫擴(kuò)展的結(jié)果。第6頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫二、混凝土裂縫的三類原因：1、由外荷載的直接應(yīng)力（即按常規(guī)計算的主要應(yīng)力）引起的裂縫。2、由結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力（計算未考慮到的結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力）引起的裂縫。

大體積混凝土的裂縫多由上述第三種原因引起。當(dāng)變形受到約束產(chǎn)生的應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時，就引起裂縫。3、由變形變化（溫度、收縮、不均勻沉降等）引起的裂縫。混凝土基礎(chǔ)底板內(nèi)部溫差引起的溫度應(yīng)力分布：第7頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三三、結(jié)構(gòu)變形的內(nèi)外約束：1、內(nèi)約束：結(jié)構(gòu)變形時，其內(nèi)部各質(zhì)點(diǎn)之間產(chǎn)生的約束；2、外約束：結(jié)構(gòu)變形時，不同結(jié)構(gòu)之間產(chǎn)生的約束。

外約束分為：自由體、全約束、彈性約束（部分約束）建筑工程中的大體積混凝土，外約束應(yīng)力占主要地位。第一節(jié)混凝土裂縫第8頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫四、大體積混凝土基礎(chǔ)底板產(chǎn)生的裂縫1、內(nèi)約束引起的表面裂縫：砼澆筑初期，其內(nèi)部與表面溫差過大；2、外約束引起的深層裂縫：砼澆筑后期，砼降溫、干縮變形引起的基礎(chǔ)底板收縮受到地基約束。

（主要由溫度變形、收縮變形導(dǎo)致）第9頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫四、大體積混凝土基礎(chǔ)底板產(chǎn)生的裂縫大體積混凝土基礎(chǔ)底板出現(xiàn)的裂縫按深度可分為以下三種：

表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫（圖3－2）深層裂縫進(jìn)一步擴(kuò)展形成貫穿裂縫第10頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫五、混凝土結(jié)構(gòu)裂縫寬度的控制一類環(huán)境（室內(nèi)正常環(huán)境）：0.3mm；二類環(huán)境：0.2mm。

對于基礎(chǔ)、地下或半地下結(jié)構(gòu)，裂縫主要影響其防滲性能。當(dāng)裂縫寬度只有0.1～0.2mm時，雖然早期有輕微滲水，經(jīng)過一段時間后一般裂縫可以自愈。

當(dāng)裂縫寬度超過0.2～0.3mm時，其滲水量與裂縫寬度呈三次方增加，必須進(jìn)行化學(xué)注漿處理。目的：防止鋼筋銹蝕、混凝土碳化和酥松脫落，從而影響結(jié)構(gòu)的耐久性、防水性?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GB50010－2002）的要求：第11頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫六、大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工階段產(chǎn)生裂縫的主要原因：1、水泥水化熱；水化熱引起的絕熱溫升：與混凝土單位體積內(nèi)的水泥用量和水泥品種有關(guān)，并隨混凝土的齡期按指數(shù)關(guān)系增長，一般10d左右達(dá)到最終絕熱溫升。但由于結(jié)構(gòu)自然散熱，實(shí)際混凝土內(nèi)部的最高溫度，大多發(fā)生在混凝土澆筑后的3～5d。第12頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫六、大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工階段產(chǎn)生裂縫的主要原因：2、約束條件；（1）在全約束條件下，混凝土結(jié)構(gòu)因溫差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力應(yīng)為：

σ＝Eε；其中：ε＝ΔT·α（即溫差與混凝土線脹系數(shù)的乘積）；

當(dāng)ε超過混凝土的極限拉伸值εp時，結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)裂縫。（2）實(shí)際混凝土結(jié)構(gòu)并非受到全約束，且混凝土還有徐變變形，所以內(nèi)外溫差在25℃甚至30℃情況下混凝土也可能不開裂。第13頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫3、外界氣溫變化；混凝土的內(nèi)部溫度＝澆筑溫度＋水化熱絕熱溫升－結(jié)構(gòu)散熱降溫。

外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也愈高；如外界氣溫下降，會增加混凝土的降溫幅度。特別是氣溫驟降時，會增加混凝土內(nèi)外的溫度梯度，對大體積混凝土極為不利。六、大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工階段產(chǎn)生裂縫的主要原因：第14頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫4、混凝土的收縮變形；

（1）混凝土的收縮變形，主要由于混凝土中多余水分的蒸發(fā)引起混凝土體積的干燥收縮。（這種收縮變形如受到約束，即會產(chǎn)生收縮應(yīng)力）

混凝土的干燥收縮，在很大程度上是可逆的。（2）混凝土的收縮變形除干燥收縮外，還有碳化變形。即：空氣中的CO2與混凝土水泥石中的Ca(OH)2反應(yīng)生成碳酸鈣CaCO3，放出結(jié)合水而使混凝土收縮。六、大體積混凝土結(jié)構(gòu)施工階段產(chǎn)生裂縫的主要原因：第15頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫1.溫度應(yīng)力計算:七、大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制設(shè)計x＝0處，U＝0；x＝1/2L處，σx

＝0；結(jié)構(gòu)計算溫差T，可按下式計算：T

＝Tm

+Ty(t)其中：Tm——各齡期砼的水泥水化熱降溫溫差（℃）；Ty(t)——各齡期砼的收縮當(dāng)量溫差（℃）。第16頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第一節(jié)混凝土裂縫2.最大澆筑長度計算:七、大體積混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制設(shè)計最大澆筑長度是確定伸縮縫間距的依據(jù)。第17頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施大體積砼裂縫控制技術(shù)第18頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施

大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制，除進(jìn)行計算做到事先控制外，在施工過程中采取有效的施工措施也極為重要。這些都要求：施工中應(yīng)進(jìn)行溫度監(jiān)測。第19頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施（一）選擇中低水化熱的水泥品種；如32.5級和42.5級礦渣硅酸鹽水泥。（二）利用混凝土的后期強(qiáng)度；指用f45、f60、或f90替代f28作為混凝土設(shè)計強(qiáng)度，可減少水泥用量。（三）摻加木鈣減水劑；摻入水泥用量0.25％的木質(zhì)素磺酸鈣，可減少約10％的水泥用量。大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制的施工措施主要有：一、控制混凝土溫升第20頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施（四）摻加粉煤灰外摻料；粉煤灰顆粒呈細(xì)微小球形，且有一定活性，可替代部分水泥，改善砼流動性。摻加原狀粉煤灰或磨細(xì)粉煤灰對水泥水化熱的影響，見表3－12、13（水化熱降低了）大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制的施工措施主要有：一、控制混凝土溫升第21頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施（五）粗細(xì)骨料選擇；石子應(yīng)選用粒徑大、級配好，針、片狀顆粒少的石子；砂宜用中、粗砂?？蓽p少用水量和水泥用量。（從而可降低混凝土溫升、減少混凝土收縮）（六）控制混凝土的出機(jī)溫度和澆筑溫度。可降低砼總溫升，減少砼內(nèi)外溫差。

對混凝土的出機(jī)溫度影響最大的是石子和水的溫度；澆筑溫度是混凝土澆筑完成后的溫度（40℃以下為宜）。大體積混凝土結(jié)構(gòu)的裂縫控制的施工措施主要有：一、控制混凝土溫升第22頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施二、延緩混凝土降溫速率（一）主要目的：減小混凝土內(nèi)外溫差，防止混凝土表面裂縫。（二）主要方法：保溫養(yǎng)護(hù)、蓄水養(yǎng)護(hù)、拆模后及時回填土等。

上述方法起到保溫和保濕作用。保溫作用可減緩降溫速度，減小混凝土升溫階段內(nèi)外溫差，防止混凝土表面溫度裂縫；保濕作用使混凝土順利水化，有利于提高混凝土極限拉伸值，減少混凝土表面干燥收縮，防止混凝土表面干縮裂縫。第23頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施三、減少混凝土收縮、提高混凝土的極限拉伸值（一）改善混凝土材料和配合比質(zhì)量；（水泥用量、骨料品種和級配、水灰比、骨料含泥量等）（二）改善混凝土施工工藝和施工質(zhì)量；1、混凝土澆筑后的“二次振搗”。以增加混凝土、混凝土與鋼筋間的密實(shí)性，抗壓強(qiáng)度可提高約10～20％，從而提高混凝土抗裂性；2、混凝土攪拌的“二次投料砂漿裹石或凈漿裹石工藝”。防止水份集中在石子表面形成水膜，抗壓強(qiáng)度可提高約10％，從而也提高了混凝土的極限拉伸值。第24頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施四、改善邊界條件和構(gòu)造設(shè)計可采取以下措施：1、設(shè)置滑動層

目的：減少外約束（對巖石類地基、較厚的混凝土墊層）滑動層的作法：①涂刷兩道熱瀝青加鋪油氈一層；②鋪設(shè)10～20mm厚瀝青砂；③鋪設(shè)50mm厚砂或石屑層。第25頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施四、改善邊界條件和構(gòu)造設(shè)計可采取以下措施：2、避免應(yīng)力集中

———混凝土結(jié)構(gòu)孔洞、變截面部位、轉(zhuǎn)角處處理方法：①結(jié)構(gòu)孔洞周圍加設(shè)斜向鋼筋、鋼筋網(wǎng)片；②在結(jié)構(gòu)變截面、轉(zhuǎn)角處使斷面逐漸過渡，同時增配抗裂鋼筋。第26頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施3、設(shè)置緩沖層作法：圖3－13（30～50mm厚聚苯乙烯泡沫塑料）4、合理配筋合理配置構(gòu)造筋、溫度筋。四、改善邊界條件和構(gòu)造設(shè)計可采取以下措施：第27頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施當(dāng)結(jié)構(gòu)尺寸過大，通過計算一次澆筑長度過大時，可與設(shè)計單位研究后合理用“后澆帶”分段進(jìn)行澆筑：5、合理的分段施工四、改善邊界條件和構(gòu)造設(shè)計可采取以下措施：第28頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施5、合理的分段施工

后澆帶的構(gòu)造：圖3－14

后澆帶的間距：計算確定，一般20～30m；

后澆帶的寬度：應(yīng)方便施工，避免應(yīng)力集中，一般70～100mm；

后澆帶的保留時間：一般不宜少于40d；四、改善邊界條件和構(gòu)造設(shè)計可采取以下措施：第29頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施5、合理的分段施工后澆帶處宜用網(wǎng)狀模板（一種不拆除模板），剛性好，其溢漿面粗造，可直接二次澆筑后澆帶。后澆帶處的砼宜用微膨脹砼，強(qiáng)度提高5～10MPa，保潮養(yǎng)護(hù)時間≮15d。四、改善邊界條件和構(gòu)造設(shè)計可采取以下措施：后澆帶的處理：第30頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施五、施工監(jiān)測大體積混凝土施工過程中應(yīng)隨時掌握：混凝土內(nèi)部溫度、應(yīng)力變化，現(xiàn)場施工與環(huán)境情況的變化等。應(yīng)制定：《現(xiàn)場監(jiān)控方案》對大體積混凝土施工進(jìn)行施工監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測信息，隨時調(diào)整施工方案，作到信息化施工。第31頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施五、施工監(jiān)測1、大體積混凝土施工監(jiān)測：①混凝土溫度監(jiān)測；②混凝土應(yīng)變－應(yīng)力監(jiān)測。2、大體積混凝土測溫系統(tǒng)：由溫度傳感器、信號放大和變換裝置、微機(jī)組成。也有便攜式測溫儀：如：JDC—2型便攜式建筑電子測溫儀第32頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施JDC—2型便攜式建筑電子測溫儀（由主機(jī)和測溫線構(gòu)成）：①主機(jī)為便攜式儀表，可數(shù)字顯示被測溫度值；

（便攜式儀表）五、施工監(jiān)測第33頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第二節(jié)防止混凝土溫度裂縫的技術(shù)措施JDC—2型便攜式建筑電子測溫儀（由主機(jī)和測溫線構(gòu)成）：①主機(jī)為便攜式儀表，可數(shù)字顯示被測溫度值；

②測溫線由插頭、導(dǎo)線、和外經(jīng)為5×200mm的金屬管制成，金屬管內(nèi)端封裝溫敏組件（即溫度探頭）。

五、施工監(jiān)測（測溫線）第34頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)大體積混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工大體積砼裂縫控制技術(shù)第35頁，共40頁，2023年，2月20日，星期三第三節(jié)大體積混凝土基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)施工一、鋼筋工程1、特點(diǎn)：

鋼筋數(shù)量多、直徑大、分布密、上下層鋼筋高差大①粗鋼筋的連接；（對焊連接、螺紋連接、套筒擠壓連接）②上下層鋼筋之間應(yīng)設(shè)立支撐架；（可用粗鋼筋或型鋼制作）③鋪設(shè)后澆帶隔離金屬網(wǎng)。（網(wǎng)狀模板）

2、施工事項(xiàng)：第36頁，共40頁，20