大體積砼技術(shù)市公開課特等獎(jiǎng)市賽課微課一等獎(jiǎng)?wù)n件

大致積混凝土技術(shù)一、大致積混凝土含義二、大致積混凝土特點(diǎn)三、大致積混凝土裂縫分類與形成原因四、大致積混凝土溫度應(yīng)力計(jì)算五、大致積混凝土最大澆筑長度確定六、大致積混凝土預(yù)防開裂技術(shù)辦法七、工程實(shí)例分析第1頁

一、大致積混凝土定義美國混凝土學(xué)會(huì)定義：任何就地澆筑大致積混凝土其尺寸之大，必須采取辦法處理水化熱及隨之引發(fā)體積變形問題，以最大程度降低開裂。

日本建筑學(xué)會(huì)定義：結(jié)構(gòu)斷面尺寸最小在80cm以上，水化熱引發(fā)混凝土內(nèi)最高溫度與外界氣溫之差，預(yù)計(jì)超出25℃混凝土。

我國定義：混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體最小尺寸大于1m，或預(yù)計(jì)會(huì)因混凝土中膠凝材料水化引發(fā)溫度改變和收縮而造成有害裂縫產(chǎn)生混凝土。第2頁二、大致積混凝土特點(diǎn)1、水化熱大，內(nèi)部溫度高，易產(chǎn)生裂縫；2、大致積混凝土不易一次成型；3、大致積混凝土要有溫度應(yīng)力計(jì)算書，并要有溫度監(jiān)控辦法；4、要編制專題施工方案，而且要經(jīng)過教授論證。第3頁三、大致積混凝土裂縫分類與形成原因裂縫分類：（1）表面裂縫（2）收縮裂縫大致積混凝土內(nèi)出現(xiàn)裂縫，按其深度普通分為表面裂縫、深層裂縫、貫通裂縫按其裂縫寬度分：微觀裂縫、宏觀裂縫“微觀裂縫”亦稱“肉眼不可見裂縫”，寬度普通在0.05mm以下，主要有三種：即沿著骨料周圍出現(xiàn)骨料與水泥石粘結(jié)面上粘著裂縫；分布于骨料之間水泥漿中水泥石裂縫和存在于骨料本身骨料裂縫。此三種微觀裂縫，前兩種較多，后者較少。且微觀裂縫在混凝土中分布是不規(guī)則、不貫通，所以有微觀裂縫混凝土能夠承受拉應(yīng)力。宏觀裂縫：寬度大于0.05mm裂縫是肉眼可見裂縫，稱“宏觀裂縫”。宏觀裂縫是微觀裂縫擴(kuò)展結(jié)果。第4頁宏觀裂縫，按其深度普通可分為表面裂縫、深層裂縫和貫通裂縫三種。貫通性裂縫切斷了結(jié)構(gòu)斷面，破壞結(jié)構(gòu)整體性、穩(wěn)定性和耐久性等，危害嚴(yán)重。深層裂縫部分切斷了結(jié)構(gòu)斷面，也有一定危害性。表面裂縫即使不屬于結(jié)構(gòu)性裂縫，但在混凝土收縮時(shí)，因?yàn)楸砻媪芽p處斷面減弱且易產(chǎn)生應(yīng)力集中，能促使裂縫深入開展。國內(nèi)外相關(guān)規(guī)范對(duì)裂縫寬度都有對(duì)應(yīng)要求，普通都是依據(jù)結(jié)構(gòu)工作條件和鋼筋種類而定。我國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范(GBJ10—89)，對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)最大允許裂縫寬度亦有明確要求：室內(nèi)正常環(huán)境下普通構(gòu)件為0.3mm；露天或室內(nèi)高濕度環(huán)境為0.2mm。普通來說，因?yàn)闇囟仁湛s應(yīng)力引發(fā)初始裂縫，不影響結(jié)構(gòu)瞬時(shí)承載能力，而對(duì)耐久性和防水性產(chǎn)生影響。對(duì)不影響結(jié)構(gòu)承載能力裂縫，為預(yù)防鋼筋銹蝕、混凝土碳化、酥松剝落等，應(yīng)對(duì)裂縫加以封閉或補(bǔ)強(qiáng)處理。對(duì)于基礎(chǔ)、地下或半地下結(jié)構(gòu)，裂縫主要影響其防水性能。當(dāng)裂縫寬度只有0.1～0.2mm時(shí)，即使早期有輕微滲水，經(jīng)過一段時(shí)間后普通裂縫能夠自愈。裂縫寬度如超出0.2～0.3mm，其滲水量與裂縫寬度三次方成正比，滲水量伴隨裂縫寬度增大而增加甚快，為此，對(duì)于這種裂縫必須進(jìn)行化學(xué)灌漿處理。第5頁第6頁大致積混凝土裂縫產(chǎn)生原因：

大致積混凝土施工階段產(chǎn)生溫度裂縫，是其內(nèi)部矛盾發(fā)展結(jié)果。溫度應(yīng)力超出混凝土能承受抗拉強(qiáng)度，就會(huì)產(chǎn)生裂縫。主要原因以下：1．水泥水化熱水泥在水化過程中要產(chǎn)生一定熱量，是大致積混凝土內(nèi)部熱量主要起源。因?yàn)榇笾路e混凝土截面厚度大，水化熱聚集在結(jié)構(gòu)內(nèi)部不易散失，所以會(huì)引發(fā)急驟升溫。水泥水化熱起絕熱溫升，與混凝土單位體積內(nèi)水泥用量和水泥品種相關(guān)，并隨混凝土齡期按指數(shù)關(guān)系增加，普通在10d左右到達(dá)最終絕熱溫升，但因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)自然散熱，實(shí)際上混凝土內(nèi)部最高溫度，大多發(fā)生在混凝土澆筑后3～5d?；炷翆?dǎo)熱性能較差，澆筑早期，混凝土彈性模量和強(qiáng)度都很低，對(duì)水化熱急劇溫升引發(fā)變形約束不大，溫度應(yīng)力也就較小。伴隨混凝土齡期增加，彈性模量和強(qiáng)度對(duì)應(yīng)提升，對(duì)混凝土降溫收縮變形約束愈來愈強(qiáng)，即產(chǎn)生很大溫度應(yīng)力，當(dāng)混凝土抗拉強(qiáng)度不足以抵抗該溫度應(yīng)力時(shí)，便開始產(chǎn)生溫度裂縫。第7頁2．約束條件在約束條件下，混凝土結(jié)構(gòu)變形，應(yīng)是溫差和混凝土線膨脹系數(shù)乘積，即ε＝△T·α，當(dāng)ε超出混凝土極限拉伸值εp時(shí)，結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)裂縫。無約束就不會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力，所以，改進(jìn)約束對(duì)于預(yù)防混凝土開裂有主要意義。3．外界氣溫改變大致積混凝土施工期間，外界氣溫改變對(duì)大致積混凝土開裂有重大影響?；炷羶?nèi)部溫度是澆筑溫度、水化熱絕熱溫升和結(jié)構(gòu)散熱降溫等各種溫度疊加之和。外界氣溫愈高，混凝土澆筑溫度也愈高；如外界溫度下降，會(huì)增加混凝土降溫幅度，尤其在外界溫度驟降時(shí)，會(huì)增加外層混凝土與內(nèi)部混凝土溫度梯度，這對(duì)大致積混凝土極為不利。溫度應(yīng)力是由溫差引發(fā)變形造成.溫差愈大，溫度應(yīng)力也愈大。大致積混凝土不易散熱，其內(nèi)部溫度有時(shí)高達(dá)80℃以上，而且延續(xù)時(shí)間較長，為此研究合理溫度控制辦法，對(duì)預(yù)防大致積混凝土內(nèi)外溫差懸殊引發(fā)過大溫度應(yīng)力，顯得十分主要。第8頁4．混凝土收縮變形

混凝土拌合水中，只有約20％水分是水泥水化所必須，其余80％都要被蒸發(fā)?；炷潦湛s變形包含硬化收縮和干燥收縮?；炷猎谒嗨^程中要產(chǎn)生體積變形，多數(shù)是收縮變形，少數(shù)為膨脹變形，這主要取決于所采取膠凝材料性質(zhì)?；炷林卸喑鏊终舭l(fā)是引發(fā)混凝土體積收縮主要原因之一。這種干燥收縮變形不受約束條件影響，若存在約束，即產(chǎn)生收縮應(yīng)力?；炷粮稍锸湛s機(jī)理較復(fù)雜，其主要原因是混凝土內(nèi)部孔隙水蒸發(fā)改變時(shí)引發(fā)毛細(xì)管引力所致。這種干燥收縮在很大程度上是可逆?；炷廉a(chǎn)生干燥收縮后，如再處于水飽和狀態(tài)，混凝土還能夠膨脹恢復(fù)到達(dá)原有體積。

除上述干燥收縮外，混凝土還產(chǎn)生碳化收縮，即空氣中CO2與混凝土水泥石中Ca(0H)2

反應(yīng)生成碳酸鈣，放出結(jié)合水而使混凝土收縮。第9頁裂縫危害：貫通裂縫切斷了截面，破壞結(jié)構(gòu)整體性、穩(wěn)定性和耐久性。深層裂縫部分切斷截面，易產(chǎn)生應(yīng)力集中。表面裂縫處斷面減弱，易產(chǎn)生應(yīng)力集中，使裂縫深入開展。裂縫處理：碳纖維加固、化學(xué)灌漿、補(bǔ)強(qiáng)處理。第10頁第11頁四、大致積混凝土溫度應(yīng)力與最大澆筑長度計(jì)算（一）計(jì)算溫度應(yīng)力基本假定（二）溫度應(yīng)力計(jì)算（三）最大整澆長度計(jì)算第12頁（一）計(jì)算溫度應(yīng)力基本假定

特點(diǎn)：建筑工程中，尤其是高層建筑基礎(chǔ)工程中所謂大致積混凝土，其幾何尺寸遠(yuǎn)比壩體小，而且還含有下述特點(diǎn)：(l)混凝土強(qiáng)度級(jí)別較高，水泥用量較大，因而收縮變形大；(2)均為配筋結(jié)構(gòu)，配筋率較高，抗不均勻沉降受力鋼筋配筋率多在0.5％以上，配筋對(duì)控制裂縫有利；(3）因?yàn)閹缀纬叽绮皇鞘志薮?，水化熱溫升較快，降溫散熱亦較快，所以，降溫與收縮共同作用是引發(fā)混凝土開裂主要原因；(4)地基普通比壩基弱，地基對(duì)混凝土底部約束也比壩基弱，因而地基是非剛性;(5)控制裂縫方法不象壩體混凝土那樣，要采取特制低熱水泥和復(fù)雜冷卻系統(tǒng)，而主要是依靠合理配筋、改進(jìn)設(shè)計(jì)、采取合理澆筑方案和澆筑后加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)等辦法，以提升結(jié)構(gòu)抗裂性和防止引發(fā)過大內(nèi)外溫差而出現(xiàn)裂縫。第13頁假定：1、認(rèn)為這類結(jié)構(gòu)所承受溫差和收縮，主要是均勻溫差和均勻收縮，因而外約束應(yīng)力是主要；2、地基為非剛性平面半無限體；3、結(jié)構(gòu)物與地基接觸面上剪應(yīng)力與水平變位成線性關(guān)系

針對(duì)上述特點(diǎn)，冶金部建筑科學(xué)研究院王鐵夢(mèng)院士建立了一個(gè)計(jì)算方法，結(jié)果比較符合實(shí)際。第14頁（二）溫度應(yīng)力計(jì)算

在地基為非剛性前提下，依據(jù)土力學(xué)可知：從結(jié)構(gòu)物與地基接觸面上剪應(yīng)力與水平變位成線性關(guān)系假定出發(fā)，能夠提供下述方程式；

τ(x)=-CxU(x)式中τ(x)―結(jié)構(gòu)物與地基接觸面上剪應(yīng)力（MPa）;U(x)―上述剪應(yīng)力處地基水平位移（mm）;Cx―阻力系數(shù)（即產(chǎn)生單位位移剪應(yīng)力）(N/mm3);負(fù)號(hào)是表示剪應(yīng)力方向與位移方向相反。阻力系數(shù)Cx，隨地基變形模量增加而增大；隨地基塑性變形增加而減??；隨水平位移速度增加而增大；隨地基對(duì)結(jié)構(gòu)反力增加而增大。對(duì)于阻力系數(shù)Cx、，要準(zhǔn)確加以定量有一定困難。當(dāng)前主要是參考土動(dòng)力學(xué)、抗滑穩(wěn)定試驗(yàn)等方面理論研究和統(tǒng)計(jì)資料，Cx取值為：

軟粘土0.01一0.03N/mm3

砂質(zhì)粘土0.03一0.06N/mm3堅(jiān)硬粘土0.06一0.10N/mm3風(fēng)化巖石和低強(qiáng)度等級(jí)素混凝土0.60一1.00N/mm3C10以上配筋混凝土1.00一1.50N/mm3,當(dāng)采取樁基時(shí)，樁對(duì)結(jié)構(gòu)變形亦有約束作用，所以除去上述地基阻力系數(shù)外，尚需增加單位面積地基上樁阻力系數(shù)C’x增加阻力系數(shù)。第15頁溫度應(yīng)力計(jì)算簡圖如圖所表示。高層建筑箱形基礎(chǔ)、樁基承臺(tái)和筏式基礎(chǔ)底板厚度遠(yuǎn)小于長度和寬度，如厚度小于或等于0.2倍長度（H/L≤0.2）時(shí)，在溫度收縮變形作用下，其全截面基本為均勻受力，所以，其計(jì)算簡圖即為一彈性地基上均勻受力長條板。第16頁在底板任意點(diǎn)x處截取一段dx長度微體，其厚度為t。微體全高H承受均勻內(nèi)力σx

（N為其協(xié)力），地基對(duì)底板剪應(yīng)力為τ(Q為其協(xié)力)。第17頁解上述微分方程得：式中E―混凝土一定齡期時(shí)彈性模量

a―混凝土線膨脹系數(shù)；

L―結(jié)構(gòu)長度；

T―結(jié)構(gòu)計(jì)算溫差；

H―結(jié)構(gòu)厚度第18頁上述計(jì)算未考慮混凝土徐變，如考慮混凝土徐變引發(fā)應(yīng)力松弛，將拉應(yīng)力取為正值，則由收縮引發(fā)最大溫度拉應(yīng)力為：式中S(t)―應(yīng)力松弛系數(shù)；其它符號(hào)同前。混凝土結(jié)構(gòu)在荷載作用下，不但產(chǎn)生彈性變形，伴隨時(shí)間延續(xù)還產(chǎn)生非彈性變形，即徐變，徐變引發(fā)應(yīng)力松弛。徐變引發(fā)溫度應(yīng)力松弛，對(duì)預(yù)防混凝土開裂有益，所以在計(jì)算混凝土溫度應(yīng)力時(shí)應(yīng)考慮應(yīng)力松弛影響。松弛與加荷時(shí)混凝土齡期相關(guān)，齡期越短，徐變引發(fā)松弛也越大；另外，還與應(yīng)力作用時(shí)間長短相關(guān)，應(yīng)力作用時(shí)間越長則松弛亦越大。第19頁考慮混凝土徐變公式中E、T、S(t)都是隨齡期t改變變量，計(jì)算溫度應(yīng)力時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算出不一樣齡期時(shí)Ei(t)、Ti(t)、S(t)i

，進(jìn)而計(jì)算出對(duì)應(yīng)溫差區(qū)段（普通取2~3d）內(nèi)產(chǎn)生溫度應(yīng)力，而后累加即得最大溫度應(yīng)力σxmax溫度應(yīng)力和剪應(yīng)力分布以下列圖所表示：第20頁如溫度應(yīng)力數(shù)值超出當(dāng)初混凝土極限抗拉強(qiáng)度，就會(huì)在混凝土結(jié)構(gòu)中部(因?yàn)橹虚g應(yīng)力最大)出現(xiàn)第一條裂縫，將結(jié)構(gòu)一分為二(以下列圖)。因?yàn)榱芽p出現(xiàn)，產(chǎn)生應(yīng)力重分布，每塊結(jié)構(gòu)又產(chǎn)生自己應(yīng)力分布，圖形與上述完全相同，只是最大值因?yàn)殚L度縮短而降低，假如此時(shí)溫度應(yīng)力數(shù)值依然超出當(dāng)初混凝土極限抗拉強(qiáng)度，則又會(huì)形成第二批裂縫，將各塊結(jié)構(gòu)再一分為二。裂縫如此繼續(xù)開展下去，直至各塊結(jié)構(gòu)中間最大溫度應(yīng)力小于或等于當(dāng)初混凝土極限抗拉強(qiáng)度為止。在理論上這類裂縫先在結(jié)構(gòu)中間出現(xiàn)，這是一個(gè)規(guī)律。但因?yàn)榛炷潦欠莿蛸|(zhì)材料，其抗拉強(qiáng)度不均勻，因而有時(shí)不象理論上分析那樣，裂縫皆是首先出現(xiàn)在中間。裂縫1裂縫2裂縫2第21頁裂縫2出現(xiàn)之前第22頁（三）最大整澆長度（伸縮縫間距）計(jì)算存在外約束大致積混凝土結(jié)構(gòu)，其變形與溫度應(yīng)力直接相關(guān)。當(dāng)溫度應(yīng)力靠近混凝土極限抗拉強(qiáng)度ft時(shí)，混凝土拉伸變形ε亦將靠近其極限拉伸變形εp

。第23頁五、預(yù)防砼溫度裂縫技術(shù)辦法（1）大致積砼內(nèi)部溫度改變規(guī)律入模溫度、最高溫度及出現(xiàn)時(shí)間、升溫階段及降溫階段養(yǎng)護(hù)注意問題第24頁(2)砼最高溫度估算砼內(nèi)部最高溫度:Tmax=Tj+W/10+F/50

Tj——砼入模溫度

W——單方砼水泥用量（kg/m3）

F——單方砼粉煤灰用量（kg/m3）公式考慮了水泥用量及粉煤灰用量對(duì)砼最高溫度影響。澆筑塊體厚度、早期澆筑溫度改變等影響原因沒能反應(yīng)。該公式普通只作為初步估算，要準(zhǔn)確計(jì)算需采取其它方法。第25頁預(yù)防大致積混凝土產(chǎn)生質(zhì)量問題辦法：材料辦法：1、用中低熱水泥品種

選取礦渣硅酸鹽水泥。如32.5級(jí)礦渣硅酸鹽水泥其3d水化熱為18OkJ/kg，而32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥則為25OkJ/kg，水化熱量降低28％。2、利用混凝土后期強(qiáng)度可采取f45

、f60或f90替換f28作為混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度，這么可使每立方米混凝土水泥用量降低40～70kg/左右，混凝土水化熱溫升對(duì)應(yīng)降低4～7℃。3、摻加減水劑木質(zhì)素磺酸鈣混凝土中摻人水泥重量0.25％木鈣減水劑（即木質(zhì)素磺酸鈣），它不但能使混凝土和易性有顯著改進(jìn)，同時(shí)又降低了10％左右拌合水，節(jié)約10％水泥，從而降低水化熱。第26頁4、摻加粉煤灰外摻料摻加粉煤灰后可改進(jìn)混凝土后期強(qiáng)度，但其早期抗拉強(qiáng)度及早期極限拉伸值都有少許降低。所以對(duì)早期抗裂要求較高工程，粉煤灰摻人量應(yīng)少一些，不然表面易出現(xiàn)細(xì)微裂縫。5、粗、細(xì)骨料選擇宜優(yōu)先采取以自然連續(xù)級(jí)配粗骨料配制混凝土。細(xì)骨料以采取中、粗砂為宜。依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果表明，采取5～40mm石子比采取5～25mm石子每立方米混凝土可降低用水量15kg左右，在相同水灰比情況下，水泥用量可降低20kg左右。第27頁設(shè)計(jì)辦法：1.設(shè)置滑動(dòng)層2.防止應(yīng)力集中3.設(shè)置緩沖層4.合理配筋：盡可能采取小直徑、小間距第28頁施工辦法：1、控制混凝土出機(jī)溫度和澆筑溫度：選擇時(shí)間段等2、蓄水養(yǎng)護(hù)是一個(gè)很好方法：因?yàn)樗畬?dǎo)熱系數(shù)為0.58W/m·K，有一定隔熱保溫效果3、大致積混凝土結(jié)構(gòu)拆模后，宜盡快回填土，用土體保溫防止氣溫驟變時(shí)產(chǎn)生有害影響，亦可延緩降溫速度，防止產(chǎn)生裂縫。4、對(duì)澆筑后混凝土進(jìn)行二次振搗，使混凝土抗壓強(qiáng)度提升10％～20％左右，從而提升抗裂性。5、施工時(shí)加強(qiáng)攪拌、澆筑和振搗6、可采取二次投料砂漿裹石或凈漿裹石攪拌新工藝7、合理分段施工：設(shè)置后澆帶、結(jié)構(gòu)縫等8、在大致積混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)置循環(huán)冷凝管9、加強(qiáng)溫度監(jiān)控第29頁渡江戰(zhàn)役紀(jì)念館基礎(chǔ)底板標(biāo)高-8.30m，基礎(chǔ)形式下為樁承臺(tái)基礎(chǔ)上接筏板基礎(chǔ)，基礎(chǔ)底板厚達(dá)2.95m。為大致積砼施工，砼一次性澆筑3600m3

。六、工程實(shí)例第30頁第31頁溫度傳感器預(yù)埋孔灌機(jī)油測(cè)溫預(yù)埋測(cè)試儀器測(cè)溫溫度感應(yīng)器第32頁確?；炷琳w性——連續(xù)澆筑不留施工縫，分層澆筑搗實(shí)。澆筑方案：（1）全方面水平分層——面積小而厚度大時(shí)；（2）斜面分層——面積大但為長條形時(shí)；（3）分段分層——面積大但厚度小時(shí)。第33頁大致積混凝土澆筑方案（a）全方面水平分層（b）斜面分層（C）分段分層第34頁七、大致積混凝土施工規(guī)范GB50496-部分條款1、大致積混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)宜在C25～C40范圍內(nèi)，并可利用混凝土60d或90d強(qiáng)度作為混凝土配合比設(shè)計(jì)、混凝土強(qiáng)度評(píng)定及工程驗(yàn)收依據(jù)；2、大致積混凝土結(jié)構(gòu)配筋除應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)要求外，還應(yīng)結(jié)合大致積混凝土施工方法配置控制溫度和收縮結(jié)構(gòu)鋼筋；3、大致積混凝土工程施工前，宜對(duì)施工階段大致積混凝土澆筑體溫度、溫度應(yīng)力及收縮應(yīng)力進(jìn)行試算，并確定施工階段大致積混凝土澆筑體升溫峰值，里表溫差及降溫速率控制指標(biāo)，制訂對(duì)應(yīng)溫控技術(shù)辦法。4、混凝土澆筑體在入模溫度基礎(chǔ)上溫升值不宜大于50℃；第35頁5、混凝土澆筑塊體里表溫差(不含混凝土收縮當(dāng)量溫度)不宜大于25℃6、混凝土澆筑體降溫速率不宜大于2.0℃/d。7、混凝土澆筑體表面與大氣溫差不宜大于20℃。8、采取混凝土60d或90d強(qiáng)度作為指標(biāo)時(shí)，應(yīng)將其