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1、大体积混凝土施工技术,大体积混凝土的定义,美国混凝土协会(ACI)规定:“任何就地浇筑的大体积混凝土,其尺寸之大,必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大的限度减少开裂。”,日本建筑协会标准(JASS5)中规定:“结构断面最小尺寸在80cm以上,同时水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差,预计超过25的混凝土,称之为大体积混凝土。”,目前,较新的观点指出:所谓大体积混凝土,是指其结构尺寸已经大到必须采用相应技术措施、妥善处理内外温度差值、合理解决温度应力、并按裂缝开展控制的混凝土。,大体积混凝土的定义,建筑工程大体积砼常出现的部位:厚大的地下室底板(特别是电梯井筒部位)、
2、桩顶承台梁、转换梁或板、内筒外框架超高层的大截柱等。桥梁工程大体积砼常出现的部位:桥大直径桩基础、悬索桥的锚碇和桥塔的一些部位、斜拉桥桥塔的一些部位、连续梁桥的墩台梁等。,大体积混凝土的定义,建筑工程中的大体积混凝土结构中,由于结构截面大,水泥用量多,水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用,由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。裂缝分为表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同,温度外低内高,形成了温度梯度,是混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度,
3、混凝土逐渐降温,这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形,受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力,超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。,大体积混凝土的温度裂缝,大体积混凝土的温度裂缝,故大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝,是其内部矛盾发展的结果,一方面是混凝土内外温差产生应力和应变,另一方面是结构的外约束和混凝土各质点间的内约束阻止这种应变,一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度,就会产生裂缝。引起温度裂缝的原因可分为以下几类:,水泥水化热 水泥的水化热是大体积混凝土内部热量的主要来源,由于大体积混凝土截面厚度大,水化热聚集在混凝土内部不易散失。,外界气温
4、变化,大体积混凝土的温度裂缝,约束条件结构在变形时会受到一定的抑制而阻碍其自由变形,该抑制即称“约束”,大体积混凝土由于温度变化产生变形,这种变形受到约束才产生应力。在全约束条件下,混凝土结构的变形:,混凝土收缩时的相对变形;混凝土的温度变化量;混凝土的温度膨胀系数。,混凝土收缩变形,大体积混凝土的温度应力,混凝土的温度取决于它本身环境有温差存在,而结构物四周又不可能做到完全绝热,因此,在新浇筑的混凝土与其四周环境之间,就会发生热能的交换。模板、外界气候(包括温度、湿度和风速)和养护条件等因素,都会不断改变混凝土所贮备的热能,并促使混凝土的温度逐渐发生变动。因此,混凝土内部的最高温度,实际上是
5、由浇筑温度、水泥水化热引起的绝对温升和混凝土浇筑后的散热温度三部分组成。,大体积混凝土温度应力特点,大体积混凝土温度计算,最大绝热温升(二式取其一),Th混凝土最大绝热温升(),mc混凝土中水泥(包括膨胀剂)用量(kg/m3),F混凝土活性掺合料用量(kg/m3),K掺合料折减系数。粉煤灰 取0.250.30,Q水泥28d水化热(kJ/kg),c混凝土比热,取0.97kJ/(kgK),混凝土密度(2400kg/m3),t混凝土的龄期(d),m系数、随浇筑温度改变,大体积混凝土温度计算,表1 不同品种、强度等级水泥的水化热,表2 系数m,大体积混凝土温度计算,混凝土中心计算温度,T1(t)t龄期
6、混凝土中心计算温度(),Tj 混凝土浇筑温度(),(t)t龄期降温系数,大体积混凝土温度计算,龄期降温系数(t),大体积混凝土温度计算,混凝土表层(表面下50100mm处)温度,保温材料厚度(m),T2 混凝土表面温度(),保温材料厚度,Tq 施工期大气平均温度(),混凝土导热系数,取2.33W/(mK),Tmax计算得混凝土最高温度(),大体积混凝土温度计算,x 所选保温材料导热系数W/(mK),大体积混凝土温度计算,Kb 传热系数修正值,取1.32.0。,K1值为一般刮风情况(风速25m);,K2值为刮大风情况;,大体积混凝土温度计算,Kb 传热系数修正值,取1.32.0。,K1值为一般刮
7、风情况(风速25m);,K2值为刮大风情况;,大体积混凝土温度计算,如采用蓄水养护,蓄水养护深度,hw 养护水深度(m),x 混凝土维持到指定温度的延续时间,即蓄水养护时间(h),M 混凝土结构表面系数(1/m),M=F/V,F与大气接触的表面(m2),V混凝土体积(m3),700折算系数kJ/(m3K),w水的导热系数,取0.58,大体积混凝土温度计算,混凝土表面模板及保温层的传热系数,混凝土表面模板及保温层等的传热系数W/(m3K),i 各保温材料厚度(m),i各保温材料导热系数W/(m3K),q空气层的传热系数,取23W/(m3K),大体积混凝土温度计算,混凝土虚厚度,h混凝土虚厚度(m
8、),k 折减系数,取2/3,混凝土导热系数,取2.33W/(m3K),大体积混凝土温度计算,混凝土计算厚度,H混凝土计算厚度(m),h 混凝土实际厚度(m),大体积混凝土温度计算,混凝土表层温度,T2(t)混凝土表面温度()Tq 施工期大气平均温度()h 混凝土虚厚度(m)H 混凝土计算厚度(m)T1(t)混凝土中心温度(),大体积混凝土温度计算,混凝土平均温度,大体积混凝土应力计算,地基约束系数,单纯地基阻力系数Cx1(N/mm3),大体积混凝土应力计算,桩的阻力系数Cx2(N/mm3),Q桩产生单位位移所需水平力(N/mm),当桩与结构铰接时,当桩与结构固接时,E桩混凝土的弹性模量(N/m
9、m2),I桩的惯性矩(mm4),Kn地基水平侧移刚度,取110-2,D桩的直径或边长(mm),F每根桩分担的地基面积(mm2),大体积混凝土应力计算,大体积混凝土瞬时弹性模量,E(t)t龄期混凝土弹性模量(N/mm2),E028d混凝土弹性模量(N/mm2),e 常数,取2.718,t 龄期(d),大体积混凝土应力计算,地基约束系数,E(t)t龄期混凝土弹性模量(N/mm2),h 混凝土实际厚度(mm),Cx1 单纯地基阻力系数(N/mm3),Cx2桩的阻力系数(N/mm3),(t)t龄期地基约束系数(l/mm),大体积混凝土应力计算,混凝土干缩率和收缩当量温差,混凝土干缩率,Y(t)t龄期混
10、凝土干缩率,0Y(t)标准状态下混凝土极限收缩值,取3.2410-4,M1M2M10各修正系数,参考建筑施工手册第四版 表10-88,大体积混凝土应力计算,收缩当量温差,TY(t)t龄期混凝土收缩当量温差(),混凝土线膨胀系数,取110-5(1/),大体积混凝土应力计算,结构计算温差(一般3d划分一区段),Tii区段结构计算温差(),Tm(i)i区段平均温度起始值(),Tm(i+3)i区段平均温度终止值(),TY(i+3)i区段收缩当量温差终止值(),TY(i)i区段收缩当量温差起始值(),大体积混凝土应力计算,各区段拉应力,ii区段混凝土内拉应力(N/mm2),i区段平均弹性模量(N/mm2
11、),i区段平均应力松弛系数,i区段平均地基约束系数,混凝土最大尺寸,大体积混凝土应力计算,到指定期混凝土内最大应力,max到指定期混凝土内最大应力(N/mm2),泊松比,取0.15,大体积混凝土应力计算,安全系数,ft到指定期混凝土抗拉强度设计值(N/mm2),K大体积混凝土抗裂安全系数,应1.15,大体积混凝土平均整浇长度,混凝土极限拉伸值,ft混凝土抗拉强度设计值(N/mm2),配筋率(%),=Fa/Fc,d钢筋直径(mm),t指定龄期(d),Fa钢筋截面面积(m2),Fc混凝土截面面积(m2),大体积混凝土平均整浇长度,平均整浇长度(伸缩缝间距),Lcp平均整浇长度(伸缩缝间距)(mm)
12、,h混凝土厚度(mm),E(t)指定时刻混凝土弹性模量(N/mm2),Cx地基阻力系数(N/mm3),Cx=Cx1+Cx2,T指定时刻的累计结构计算温差(),【例1】某工程现浇钢筋混凝土基础底板,厚度为0.8m,配置直径16带肋钢筋,配筋率0.35%,混凝土强度等级采用C30,地基为坚硬黏土,施工条件正常(材料符合质量标准、水灰比准确、机械振捣、混凝土养护良好)。试计算早期(15d)不出现贯穿性裂缝的允许间距。,大体积混凝土计算案例,大体积混凝土计算案例,均取1.0,M4=1.42,M6=0.93,,M7=0.70,M10=0.42,混凝土经过15d的收缩变形,混凝土收缩当量温差为,大体积混凝
13、土计算案例,混凝土上、下面温升为15,由于时间短,养护较好,气温差忽略不计,混凝土的水化热温差经计算为25,则计算温差为,混凝土的极限拉伸值,大体积混凝土计算案例,15d时混凝土的弹性模量,伸缩缝的最大允许间距,由计算知,板的最大允许伸缩缝间距为26m。当板的纵向长度小于26m时,可以避免裂缝出现。否则则需在中部设置伸缩缝或“后浇缝”。当板下有桩基础时,计算阻力系数Cx时,应考虑桩基对基础底板的约束阻力。,大体积混凝土计算案例,【例2】大型设备基础底板长90.8m、宽31.3m、厚2.5m,混凝土为C20,采用60d后期强度配合比,,用32.5矿渣水泥,水泥用量,mc=280kg/m3,混凝土
14、浇筑入模温度,Tj=28,,为25,结构物周围用钢模板,在模板和混凝土上表面外包两层草袋保温,混凝土比热 C=1.0kJ/kgK混凝土密度=2400kg/m3,施工时平均气温,试计算总降温产生的最大温度拉应力及安全系数。,大体积混凝土计算案例,解(1)计算绝热温升值,按式,为简单计只计算3d、7d、28d的值。,(2)混凝土中心温度计算,按式,计算如下,大体积混凝土计算案例,(3)混凝土表层温度。两层草袋保温按60mm计,则保温层传热系数,混凝土虚厚度,混凝土计算厚度,混凝土表层温度,大体积混凝土计算案例,(5)混凝土干缩率和当量温差,按式,则,(6)结构计算温差,按式,大体积混凝土计算案例,
15、(7)计算各龄期的混凝土弹性模量,按式,(8)地基约束系数,按式,大体积混凝土计算案例,(9)各区段拉应力,按式,各区段平均弹性模量,大体积混凝土计算案例,各区段平均应力松弛系数,各区段平均地基约束系数,大体积混凝土计算案例,只计算拉应力,(10)混凝土内最大应力,按式,混凝土抗拉强度设计值取 1.1 N/mm2,则安全系数,满足抗裂条件,故知不会出现裂缝。,大体积混凝土计算案例,1合理的平面立面设计,避免截面的突变,从而减少约束应力。2合理的布置分布钢筋,尽量采用小直径、密间距,变截面处加强分布钢筋3避免用高强混凝土,尽量选用中低强度混凝土,采用60天或90天强度4采用滑动层减少基础的约束。
16、5混凝土结构上下表面布置螺纹钢筋或冷轧扭钢筋网片。,设计方面考虑的措施,水泥品种:选用水化热较低的425或525矿渣水泥。水泥用量:尽最大限度减少水泥用量,同时参照水泥厂的水泥强度历史资料。水胶比:0.250.40混合材:粉煤灰、矿渣、火山灰、超细矿粉等 外加剂:掺入高效复合减水剂。砂石骨料:骨料:选用粒径531.5mm的碎石,砂子的细度模数在2.5以上的中、粗砂。微膨胀剂:混凝土水灰比、胀剂的掺量、混凝土的养护、混凝土的密实程度、减水剂种类、膨胀剂的应用。,配合比设计,.控制混凝土拌合料的出机温度和浇筑温度。.混凝土的拌制 1)保证混合材的质量,加强材质检验,进行混凝土试配,根据试配结果确定
17、。2)外加剂及膨胀剂掺量准确,掺量误差控制总掺量的1以下。3)搅拌均匀。4)加料顺序.混凝土的输送.浇筑方法:1)分层连续浇筑 2)推移式浇筑法 3)混凝土密振捣 4)泌水处理,施工工艺方面的措施,大体积砼浇筑完毕,分两次收水,用木蟹将表面搓毛,防止表面的收缩裂纹。,大体积砼浇筑完毕,表面采用保温养护。,混凝土的养护,降温法 蓄水养护 保温法:基础底板养护:1)板面覆盖薄膜,草袋,所需层数由计算确定。2)覆盖方法:板表面混凝土浇筑结束,约过1220小时后,铺草袋或薄膜。3)先覆盖草袋或薄膜应根据季节、混凝土的配合比设计、养护时间等确定。空中浇筑板:1)模板一般应选用木模板或胶合板 2)根据测试
18、结果,一层胶合板模板内外温差约15,采用两层模板或中间夹薄膜或悬挂草袋防止空气流动过快 3)底模板在铺设,根据我们的测试实践,在底模板下、木枋上铺设12层塑料薄膜,温度跟踪监测,信息化施工,测试混凝土的浇筑温度,即混凝土的拌合料的温度 可采用温度测试仪,温度探头预先埋入大体积砼内。测点布置原则:测点须具有代表性,能全面反映大体积砼内各部位的温度 测温点布置:根据大体积混凝土的对称性,取其对称部分布置温度测点 测温制度:测温从砼浇筑后24h开始,升温阶段每2h测一次,降温阶段每4h测一次,7天后,每8h测一次。大体积混凝土的上下表面温度是指上表面以下、下表面以上混凝土内5cm。,树立质量法制观念
19、、提高全员质量意识。23.4.2423.4.24Monday,April 24,2023人生得意须尽欢,莫使金樽空对月。17:49:4917:49:4917:494/24/2023 5:49:49 PM安全象只弓,不拉它就松,要想保安全,常把弓弦绷。23.4.2417:49:4917:49Apr-2324-Apr-23加强交通建设管理,确保工程建设质量。17:49:4917:49:4917:49Monday,April 24,2023安全在于心细,事故出在麻痹。23.4.2423.4.2417:49:4917:49:49April 24,2023踏实肯干,努力奋斗。2023年4月24日下午5时
20、49分23.4.2423.4.24追求至善凭技术开拓市场,凭管理增创效益,凭服务树立形象。2023年4月24日星期一下午5时49分49秒17:49:4923.4.24严格把控质量关,让生产更加有保障。2023年4月下午5时49分23.4.2417:49April 24,2023作业标准记得牢,驾轻就熟除烦恼。2023年4月24日星期一5时49分49秒17:49:4924 April 2023好的事情马上就会到来,一切都是最好的安排。下午5时49分49秒下午5时49分17:49:4923.4.24专注今天,好好努力,剩下的交给时间。23.4.2423.4.2417:4917:49:4917:49:49Apr-23牢记安全之责,善谋安全之策,力务安全之实。2023年4月24日星期一5时49分49秒Monday,April 24,2023相信相信得力量。23.4.242023年4月24日星期一5时49分49秒23.4.24,谢谢大家!,