大体积混凝土结构施工.ppt

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1、,大体积混凝土结构施工,1,第七讲,大体积混凝土结构施工,2,大体积混凝土结构施工整体性要求高，不允许留设施工缝，要求一次连续浇筑完毕。同时，由于结构体积大，混凝土浇筑后水泥的水化热量大，且聚集在大体积混凝土内部不易散发，其内部温度显著升高，更促进水泥水化速度加快，水化热更集中释放，而在混凝土表面散热快，,3,这样就形成了大体积混凝土内外较大的温差，且产生较大的温度应力，当达到一定数值时，混凝土便产生裂缝。因此，如何控制混凝土内外温差和温度变形，防止裂缝产生，提高混凝土结构的抗渗、抗裂和抗侵蚀性能是大体积混凝土施工中的关键问题。,4,7.1 大体积砼结构的特点,由于高层基础多为砼体积较大的箱形

2、、筏形和桩承台较大的基础，这种结构有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。外荷载引起裂缝的可能性很小。但水泥的水化反应过程中释放的水化热所产生的温度变化与砼收缩的共同作用，会产生较大温度应力和收缩应力，是大体积砼结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，所以必须控制温度应力和温度变形裂缝的开展。,5,1、大体积混凝土的定义,通过大量的工程实践证明：砼的温升和温差与表面系数有关，单面散热的结构断面最小厚度在75cm以上，双面散热的结构断面最小厚度在100cm以上，水化热行引起的砼内外最大温差预计可能超过25，应按大体积砼施工。,6,7.2结

3、构物裂缝的基本概念,3.2.1裂缝的种类及产生的原因:1、裂缝的种类：1）微观裂缝（宽度0.05mm以下）：粘着裂缝：骨料与水泥石粘 面上的 水泥石裂缝：骨料间水泥浆中的裂缝 骨料裂缝：存在于骨料本身的裂缝 见下图,7,8,2）宏观裂缝（宽度0.05mm以上可见的）：表面裂缝：表面拉应力大于砼极限抗拉强度时 出现的裂缝 贯穿裂缝：砼从高温降温引起砼收缩产生拉应 力，当大于砼的极限抗拉强度时，混凝土 的整个截面出现贯穿裂缝。深层裂缝：表面裂缝发展而成深层裂缝（图）,9,10,2、裂缝产生的原因,1）水泥水化热的影响：水泥在水化过程中产生大量的热量，试验证明500J/g。水化热聚集在结构内部不易散

4、发，会引起混凝土内部急剧升温。混凝土浇筑初期的弹性模量和强度都很低，对水化热引起的变形约束不大，温度应力自然也比较小，随着混凝土龄期的增长其弹性模量和强度相应提高，对混凝土的收缩变形越来越强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便产生温度裂缝。,11,2）内外约束条件的影响：结构产生变形变化时，不同结构之间产生的约束称为外约束。结构内部各质点之间产生的约束称为内约束。大体积混凝土受到下部地基的限制，因而产生外部约束应力，混凝土浇筑初期产生压应力，混凝土与基层连接不太牢固，因而压应力较小。当降温时，产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土将产生垂直裂缝；,12

5、,3）外界高温变化的影响：外界气温的变化对大体积混凝土开裂有重大影响。浇筑温度受气温的限制，会增加混凝土的温度梯度，造成过大温差和温度应力，使大体积混凝土出现裂缝。（夏季浇水养生，冬季保温、用温水搅拌混凝土）,13,4）砼收缩变形影响：砼塑性收缩变形：水平减缩比垂直更难 砼的体积变形：（混凝土中的拌合水20是水泥水化热需要的，80%水蒸发）5）其他碳化收缩 空气中的CO2与混凝土中的Ca(OH)2反应生成碳酸钙和水,14,2、控制裂缝开展的基本方法：,表面裂缝危害较小，贯穿裂缝危害较大，重点控制贯穿裂缝的开展，常采用的有三种方法：1、“放”的方法：减少约束体与被约束体之间的相互制约，以设置永久

6、性的伸缩缝的方法。一般3040m，个别1020 m。2、“抗”的方法：减小约束体与被约束体之间的相对温差，改善钢的配置，减少砼的收缩，提高砼的抗拉强度。,15,3、“放”“抗”结合的方法：可分为“后浇带”“跳仓打”和“水平分层间歇”。“后浇带”：是现浇整体砼结构中，在施工期，保留临时 性温度收缩的变形缝方法。,16,“跳仓打”法：将整个结构按垂直施工缝分段，间隔一段浇筑一段，经过不少于5d的间歇后再浇筑成整体。“水平分层间歇”法：把整体砼结构分成几个薄层进行 浇筑，增加散热的机会，减少砼温度的上升，一般厚度控在0.62.0m范围内，时间间隔一般57d.,17,7.3 温度应力的计算,3.3.1

7、 结构中的温度场：大体积砼内部最高温度，由混凝土浇筑温度，水泥水化热引起的温升和砼的散热温度三部分组成。,18,1、混凝土的绝热最高温升计算,砼的周围没有任何散热条件，没有任何热损耗，水泥水化后产生的水化热量，全部转化成为温升的最后温度，称为绝热温升。式中：T max绝热最高温升（）W每千克水泥的水化热（J/kg）Q每立方米砼中水泥用量（kg/m3 C砼的比热,一般取0.96X103(J/kg)r砼的容重（kg/m3）取2400（kg/m3）,19,2、砼最高温升值计算,由于大体砼结构都处一定的散热条件下，故实际的最高温升一般都小于绝热温升。凡结构厚度在1.8m以下，在计算最高温升值时，可以忽

8、略水灰比、单位用水量、浇筑工艺及浇筑速度等次要因素的影响，而只考虑单位体积水泥用量及混凝土浇筑温度这两个主要影响因素，以简便的经验公式计算：,20,Tmax=T0+Q/10=T0+Q/10+F/50 上述公式适用于425#矿渣硅酸盐水泥，如使用525#水泥用Q/101.11.2,使用 325#Q/100.90.95,砼内部的最高温升值（）,砼的浇筑温度（），可采用平均值,每立方米砼中水泥的用量（kg/m3）,每立方米砼中粉煤灰的用量（kg/m3）,21,3、水化热实测升降温曲线,可以得出，相同的厚度，在不同的砼内部的最高温度是不同的，冬季仅为夏季的45%55%，所得升降温曲线可直接用于相似工程

9、的控制裂缝开展的计算中。,22,7.3.2温度的应力的计算,1、计算温度应力的基本假定 1）高层建筑基础工程大体积砼的五大特点：（与水利砼大坝相比）混凝土强度级别高，水泥的用量较多，因此在凝结硬化中收缩变形也较大。基础一般为配筋结构，且配筋率较高对控制裂缝有利。,23,其几何尺寸不大水化热温升较快，降温也快，因此，降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素。地基约束较弱，地基是属于非弹性的。不必采用特制的低热水泥和复杂的冷却系统。而依靠合理的配筋、合理的浇筑方案、加强养护等来提高结构的性。2）假定：均匀温差，均匀收缩，因此外约束应力是引起裂缝的主要原因。,24,2、温度应力计算,浇筑在非钢

10、性基底上的大体积砼，根据王铁梦的理论公式推导出,25,考虑砼徐变引起的应力松弛，将拉应力取正值，则砼由收缩引起的最大温度应力为：,砼一定龄期时的弹性模量,砼的线膨胀系数,结构计算温差,结构长度,对砼结构变形影响系数,应力松弛系数,26,式中 E砼一定龄期时的弹性模量 砼的线膨胀系数 T结构计算温差 L结构长度 对砼结构变形影响系数 Cx为阻力系数，不同土有不同的系数P146。采 用桩基时需桩的阻力系数Cx,27,F_每根桩分担的地基面积（mm2）Q_桩产生单位位移所需的水平力（N/mm），当桩与结构铰接时：,28,桩与结构固接时：,Kn_ 地基水平侧移刚度（110-2N/mm3）I _ 桩的惯

11、性矩（mm4）D _ 桩的直径或边长（mm）,29,H 结构厚度 S（t）_应力松弛系数 系数见表3233 P147 上式适用于 H/L0.20、一维约束的 大体积砼结构。,30,对于二维约束的结构，其最大应力计算公式为：,式中：为泊桑比一般取0.15 在上面的两个公式中，E、T、S(t)都是随龄期t变化的变量，一般取2-3d，而后累加得到最大应力值,首先确定E、T的数值。,31,E（t）=E0（1-e-0.09t）式中：E（t）一定龄期时的砼弹性模量（MPa）E0 龄期为28d时的砼弹性模量（MPa）t 砼的龄期（d）,32,结构计算温差T，按下式计算:T=Tm+Ty(t)式中：Tm _各龄

12、期砼的水泥水化热降温温差（）Ty(t)各龄期砼的收缩当量温差（）,33,Tm=T2+1/2(T1-T2)式中：T1砼内部因水泥水化热而平均升高的 温度值；T2砼结构表面因水泥水化热升高的温度值 T1的求法分为两种方法：1、计算方法 2、图表法,34,1、计算法：见教材P148 2、图表法：当结构的厚度h5m时，大体积砼结构的实际温升T1，基本接近其绝热温升Th，即:=T1/Th 1 见P149150实际值见表3-6如图3-4。,35,砼结构表面的水化热温升T2：主要与温度场有关，即受到外界气温，养护方法，结构厚度等的影响。砼的内部温度场可用下式表示：,龄期t时计算厚度x处的砼温度（）,龄期t时

13、大气的温度（）,砼结构的计算厚度(m),砼结构的实际厚度(m),龄期t时砼结构中心温度与外界气温之差。,36,式中：Tx(t)龄期t时计算厚度x处的砼温度（）Tq 龄期t时大气的温度（）H 砼结构的计算厚度(m)H=h+2 砼结构的虚厚度(m)h 砼结构的实际厚度(m)Tx(t)龄期t时砼结构中心温度与外界气温 之差。,37,砼导热系数（可取2.33W/m.K）折减速系数（可取0.666）砼表面模板及保温层传热系数(W/m2.H),38,i各种保温材料的厚度（m）i各种保温材料的导热系数见P151表3-7 q空气层的传播热系数（23W/m2K）,39,当x=时，可求得砼结构的表面温度T2 由此

14、可求出 T m=T2+1/2(T1-T2)即各期龄期砼的水化热降温温差。,40,教材中P151表3-8由王铁梦提供的Tm值，如果实际工程的条件不符合上述（表3-8）适用条件时，求得的温升值Tm，再乘以表3-9中的修正系数。砼各龄期收缩当量温差Ty(t)可按下式计算,41,式中：y(t)砼各龄期的收缩值 砼的线膨胀系数 y(t)=0y（1-e-bt）M1M2M3 M10 0y标准状态下砼的极限收缩值 b经验系数一般取0.1 t砼的龄期（d）M1-M10见教材P152,42,3、最大整浇长度的计算:_伸缩缝间距计算 当温度应力max接近砼的极限抗拉强度fl时，砼的拉伸变形也接近期极限拉伸变形p 即

15、maxfl时p 所以fl=E p 由下式,43,44,整理后得,所以 最大整浇长度,45,将,代入上式得,46,由公式可以看出，式中 的差值越大分数越小，最大整浇长度越短，差值越小分数越大，最大整浇长度越长。由此，降低结构计算温差和提高砼的极限拉伸变形对延长最大整浇长度是十分重要的。,47,一旦砼结构在最大应力处（即结构中间）开裂，使结构成为两块，此时最大温度应力则应小于砼的抗拉强度，这时求出的整浇长度称为最小整浇长度：,48,控制整浇长度的依据取两者的平均值为L cp,式中的E、T可按下式计算 E(t)=E0(1-e-0.09t)T=Tm+T y（t）,49,砼的极限拉伸值（砼瞬时极限拉伸值

16、、砼的徐变变形）p=pa+n p 砼极限拉伸值 pa 砼瞬时极限拉伸值 n 砼的徐变变形 一般情况下，pa与 n相等，所以 p可取两倍的 pa，为保险取 p=1.5pa。,50,在考虑龄期和配筋的影响后，混凝土的瞬时拉伸值 式中：fl砼的抗拉强度设计值（M pa）配筋率（%）d 钢筋直径（cm）t 砼的龄期（d）,51,4、其他各种情况下，温度应力和整浇长度的计算 砼结构不满足H/L0.2的条件，或其他断面的结构，用以上的公式来计算温度应力和整浇长度，显然是不附合实际的，。,52,1、H/L0.20的结构 根据边缘干扰的作用,即砼结构的最大约束应力在约束边，离开约束边向上一点距离，即迅速衰减，

17、因此可将边缘干扰范围，即应力衰减至零处的高度定为0.4L，符合以下指数。,53,m 与高长比有关的系数，参见P156表311 y 在高y处 实际墙体用计算墙体代替 即H 代替H H=0.2L,54,2、其他断面的结构的温度应力 只要将值变化后则上述各计算公式却可以用来计算其温度应力和最大整浇长度。（1）箱形断面结构 砼箱形基础：分为单孔和双孔 单孔,55,双孔,如混凝土箱型基础底板先期浇筑，而墙和顶板后期浇筑：单孔和双孔 单孔,56,（2）箱形断面结构的基础和侧墙已浇筑，后期浇筑顶板,双孔,为顶板有效宽度,57,7.4控制温度裂缝的技术措施,我国自60年代开始研究，取得了很多成功的经验，现在常

18、用的措施主要有：采用中低热的水泥品种；降低水泥用量；合理分缝分块；掺加外加料；,58,选择适宜的骨料；控制砼的出机温度和浇筑温度；预埋水管、通冷却水，降低砼的最高温度；表面保护，保温隔热；采取防止砼裂缝的结构施；,59,除在施工前进行认真的计算外，还要做到在施工中做到采取有效的技术措施，根据我国的施工经验着重从控制砼的温升，延缓砼的降温速率，减少砼收缩，,60,提高砼的极限拉伸值，改善砼的约束程度，完善构造设计和加强施工中的温度监测等方面采取措施。这些措施不是孤立的，而是相互联系，相互制约的。施工中必须结合实际，全面考虑，合理采用，才能收到良好的效果。,61,7.4.1水泥品种选择和用量控制,

19、1、选用中热或低热的水泥品种：如425#矿碴硅酸盐水泥；火山灰硅酸盐水泥 2、充分利用砼的后期强度：尽量减少水泥用量400kg/m3使砼的早期强度低，但硬化后期强度不断增长，采用f45 f60代替f28强度使混凝土的龄期加长。,62,7.4.2掺加外加料,泵送性能良好的砼拌合物应具备三种特性：在输送管壁形成水泥浆的润滑层，使砼拌和物在管道中顺利滑动的流动性；拌合物要具备适应输送管形状和尺寸的变化的变化性；拌和物应具备压力变化和位置变动的抗分离性，否则会产生离析，造成堵塞。,63,所以在施工中应优化砼级配，掺加适宜的外加料，以改善砼的特性，是一项重要技术措施。常用的外加料：外掺料 外掺剂,64,

20、1、掺加外掺剂：木质素磺酸钙（简称木钙）属阴离子表面活性剂，对水泥颗粒有明显的分散效应，使水的表面张力降低，掺入水泥重量的0.2%0.3%木钙，不仅改善砼的和易性，还可以减少10%的拌合水，28d强度提高10%，若保持强度不变，减小水泥用量10，从而降低水化热。,65,2、掺加外加料：由于粉煤灰颗粒呈球状，具有“滚珠效应”掺入一定数量的粉煤灰，可明显增加砼的和易性，达到减水的效果，降低砼的水化热。大体积混凝土掺和粉煤灰可分为“等量取代法”和“超量取代法”。见教材的对此表P160,66,7.4.3骨料的选择,粗骨料的选择：为了发挥水泥最有效的作用，粗骨料有一个最佳的最大的粒径。用540mm石子，

21、减少用水量，节约水泥20kg/m3，温升降低2.易离折,不能盲目选用。,67,细骨料的选择：选用中粗砂，细度模数为2.62.9范围，同样可减少水泥用量2835kg/m3，减少用水量2025kg，在满足砼泵送的基础上,尽量减少用砂率。骨料质量的要求：含泥量，石子不大于1%，砂不大于2%。,68,7.4.4控制砼出机温度和浇筑温度,1、砼出机温度计算 见教材P162163 2、控制砼的浇筑温度 砼从搅拌出料后，经运输工具，卸料、浇筑、振捣、平仓等工序后的砼温度称为砼浇筑温度。我国规范提出砼的浇筑温度不超过25，否则必须采取特殊技术措施。根据工程经验一般控35.以下为宜。,69,7.4.5加强养护，

22、延缓砼降温速率 保湿、保温养护的目的有三个：1）减小砼的内外温差，防止出现表面裂缝；2）防止砼过冷，避免产生贯穿裂缝；3）延缓砼的冷却速度，以减小新老砼的上下层约束；保湿、保温材的厚度，可根据热交换原理计算。,70,保温材料的厚度,混凝土结构的厚度,保温材料的导热系数,混凝土的导热系数,传热系数的修正值,混凝土的最高温度,混凝土的表面温度,混凝土达到最高温度时到大气平均温度,71,当以水做为保温养时，可按下式计算砼表面蓄水深度。Hs_混凝土表面的蓄水深度 R混凝土表面热阻系数 w_水的导热系数，取0.58W/mK,72,7.4.6提高砼的极限拉伸值 对砼进行二次振捣，能排除砼因泌水在粗骨料，水

23、平钢筋下部产生成的水分和空隙，增加了砼的密实度，使砼的抗压强度提高10%20%，从而提高砼的抗裂性。振动界限，恰当的二次振捣时间，是指砼振捣后，尚能恢复到塑性状态的时间。,73,掌握二次振捣的时间的方法：1)靠自重逐渐插入混凝土，慢拔出，不留孔。2)贯入阻力Z在350N/cm2前进行二次振捣石有效的。二次投料的净浆裹石搅拌新工艺,74,7.4.7改善边界约束和构造设计,1、合理分段浇筑：即增设“后浇带”正常情况下，后浇带的间距为2030m，保留时间不少于40d，宽度可取70100cm，砼等级比原来提高510N/mm2，湿养护不少于15 d。结构有三种形式：平接式 T字式 企口式,75,76,2

24、、合理配筋：砼的墙板厚度为400600mm时增加配置钢筋,尽可能采用小直径小间距。3、设置滑动层：在外约束的两端的1/41/5的范围内设置。滑动层，因砼结构的最大的约束力在约束边，离开约束边上一点距离即迅速衰减。滑动层的做法有：涂刷两道热沥青加铺一层沥青油毡或铺设1020 mm厚的沥青砂，或铺设50mm厚的砂或石屑层等。,77,4、设置应力缓和沟 5、设置缓冲层：在高低板交接处，底板地梁处等，用30-50mm厚的聚苯已烯泡沫塑料板作垂直隔离，以缓冲基础收缩时的侧向压力。6、避免应力集中：孔洞，转角处增配斜筋、钢筋、网片。,78,7.4.8加强施工监测工作。,混凝土温度测定记录仪，是以XQC-3

25、00大型长图自动平衡记录仪和WZG-010铜热电阻温度传感器作为基本测温单元，并加装“定时全自动扩展”装置组合而成。,79,7.5大体积砼结构施工,3.5.1钢筋工程：钢筋数量多，直径大，分布密，上、下层钢筋高差大等特点。绑扎的方法：用4-5m长卡尺限位绑扎,钢筋支架(马蹬)目前采用角钢焊制的支架，上面可用钢管铺设浇筑砼用的操作平台。,80,81,82,83,84,85,86,87,88,89,7.5.2模板工程：侧压力是确定模板尺寸的依据 3.5.2.1泵送砼对模板侧压力计算 1、按我国现行有关规范计算,F=2.5H（kN/m2）,90,F_ 最大侧压力（KN/m2)1外加剂影响系数，一般取

26、1.2 _混凝土塌落度影响系数 混凝土中立密度（KN/m2）t0_新浇混凝土的初凝时间（h)可实测 V_混凝土浇筑速度（m/h)T_混凝土浇筑时的温度（0C)H_混凝土侧压力计算位置至新浇混凝土 顶面的总高度,91,2、借鉴国外的施工经验:砼作用在模板上的最大侧压力 根据日本建筑学会通过若干工程试验实践后，推荐了侧压力计算的验公式，我国经过几个工程的实践，得经验公式：P171表3-18混凝土作用在模板上的最大侧压力（104Pa),92,93,7.5.2.2侧模及支撑 根据以上的计算砼的最大侧压力，可确定模板的体系各部件的断面和尺寸，在侧模及支撑设计与施工中，应注意以下几个方面:垫层不平时用小方

27、木找平，开口排出砼的泌水及浮浆。上中下三道拉杆，最后校正 在模板外侧三道统长横向围檩，并与竖向肋连接 在模板外侧另加三道支撑,94,95,7.5.3混凝土工程,高层建筑基础工程的砼数量巨大，基本采取商品砼，集中搅拌，泵送浇筑，机械化程度较高。7.5.3.1施工平面布置 泵送砼能否正常进行，很大程度上取决于施工平面的布置。1、泵车的布置（1）根据砼的浇筑的计划，顺序和速度选择泵车;（2）泵车尽量靠近基坑，扩大服务半径，水平输送距离控制在120m,尽量减少900弯角;（3）加强场内道路交通的管理；,96,97,98,2、防止泵送堵塞的措施（1）加强级配管理和坍落度控制；（2）运输车卸料前高速搅拌1

28、mm，使砼质量均匀；（3）加强泵车的管理，重视“一水”“三油”的检查；夏天连续工作，工作油温会升到600C,应及时调换冷却水，控制油温在500C 以下。,99,7.5.3.2大体积砼的浇筑,1、砼的浇筑方法：全断面分层浇筑，分段分层浇筑，斜面分层浇筑等方案。常用是斜面分层浇筑，浇筑厚度200300mm。2、砼振捣：前后布置振捣器；见图P173,100,大体积混凝土施工,大体积混凝土施工，一般在较低温度条件下进行，以最高气温不大于30C为宜。为保证结构的整体性，混凝土应连续浇筑，采用分层分段的方法施工。根据结构大小及特点的不同，有全面分层、分段分层和斜面分层等施工方法。参见下图,101,102,

29、103,7.5.3.3砼的泌水处理和表面处理,1、泌水处理：模板上排出，两边向中间浇筑，用泵排出。2、砼的表面处理：干裂，影响表面强度，用长刮尺刮平，再用木蟹打磨压实，以闭合收水裂缝，经12-14小时盖两层节袋浇水养护。,104,105,7.6大体积砼温度裂缝控制计算实例,见教材。,106,防止大体积混凝土产生温度裂缝的措施,（1）选用中低热的水泥品种，可减少水化热，使混凝土减少升温。（2）合理选择混凝土的配合比，在满足设计强度和施工要求条件下，尽量选用540mm石子，增大骨料粒径，尽量减少水泥用量，以减少水泥的水化放热量。（3）掺用木质素磺酸钙减水剂，不仅能改善混凝土的和易性，还可节约水泥、

30、降低水化热，明显延迟水化热释放的速度。,107,（4）掺加适量的活性掺和料(如粉煤灰)，可替代部分水泥，能改善混凝土的粘聚性，降低水化热。（5）做好测温工作，控制混凝土内部温度与表面温度、表面温度与环境温度之差，使其均不超过25C。（6）采用分层分段浇筑混凝土的方法，尽量扩大混凝土浇筑面；控制浇筑速度或减小浇筑厚度，以保证混凝土在浇筑中有一定的散热时间和空间。,108,（7）浇筑混凝土时，掺加一定量的毛石可以减少水泥用量，同时毛石还可以吸收一定的水化热，但应严格控制砂、石的含泥量。（8）根据施工季节采用不同的施工方法，以减小混凝土的内外温差。夏季采用降温法施工，即在搅拌混凝土时掺入冰水，一般温度可控制在510C，浇筑后采用冷水降温养护；冬季则可采用保温法施工，防止冷空气的侵入。,109,结束！谢谢大家！,110,作业:,P-复习思考题：,今天你看书了没有?,111,