論文(大體積混凝土)

1、 大體積鋼筋混凝土的裂縫控制措施童正泉江蘇中核華緯工程設(shè)計研究有限公司摘要 大體積混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的主要原因是變形作用，而混凝土自身內(nèi)外溫度差收縮產(chǎn)生的變形占主要部分，因此混凝土的內(nèi)外溫差是產(chǎn)生的裂縫的主要原因。此外引起體積混凝土產(chǎn)生裂縫的其他等等的原因，如外界氣溫變化的影響，混凝土的塑性收縮變形，混凝土干燥收縮，混凝土勻質(zhì)性的影響?？刂屏芽p產(chǎn)生的措施有很多，其中主要采用控制混凝土內(nèi)外溫差和增加抗裂措施。關(guān)鍵詞 大體積混凝土 裂縫 水化熱 溫差1、引言：儀征市人民醫(yī)院醫(yī)技附屬樓擴(kuò)建工程為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)體系，其中直線加速器機(jī)房為該建筑物的核心結(jié)構(gòu)。其結(jié)構(gòu)體系為筏板基礎(chǔ)，墻板、頂板為特大截

2、面厚板結(jié)構(gòu)。直線加速器機(jī)房建筑尺寸為15100mm×13500mm，底板厚度為700mm，墻板厚1540mm，局部厚度達(dá)2500mm，頂板厚1650mm，局部厚度達(dá)2500mm。為保證日后使用安全和一次性施工成功故對混凝土裂縫有嚴(yán)格要求，必須嚴(yán)格控制混凝土裂縫從混凝土施工選料、澆筑、振搗及養(yǎng)護(hù)方面采取措施，均需采取防止大體積混凝土水化熱收縮、內(nèi)外溫差收縮和結(jié)構(gòu)材質(zhì)不均勻收縮等產(chǎn)生的裂縫的施工技術(shù)措施，為達(dá)到施工質(zhì)量目標(biāo)對這種大體積混凝土工程必須預(yù)先分析工程特點，并制定一系列應(yīng)對裂縫的措施，為施工操作提供明確指導(dǎo)，將準(zhǔn)備工作做全、做足才能對工程質(zhì)量起到穩(wěn)妥、有效的保證作用。2、大體積混

3、凝土裂縫產(chǎn)生的主要原因：首先必須認(rèn)清大體積混凝土結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生裂縫的主要原因是變形作用，而混凝土自身內(nèi)外溫度差收縮產(chǎn)生的變形占主要部分，因此必須降低混凝土的內(nèi)外溫差而產(chǎn)生的應(yīng)力。2.1據(jù)溫度應(yīng)力引起裂縫的原因可分為兩類：2.11內(nèi)部自生應(yīng)力：邊界上沒有任何約束或完全靜止的結(jié)構(gòu)，如果內(nèi)部溫度是非線性分布的，由于結(jié)構(gòu)本身互相約束而出現(xiàn)的溫度應(yīng)力。結(jié)構(gòu)尺寸相對較大，混凝土冷卻時表面溫度低，內(nèi)部溫度高，在表面出現(xiàn)拉應(yīng)力，在中間出現(xiàn)壓應(yīng)力。一般情況下，混凝土構(gòu)件表面與構(gòu)件截面中部溫差超過250C就引起混凝土內(nèi)部裂縫，構(gòu)件表面溫度和周圍空氣溫差超過250C，就引起構(gòu)件表面裂縫，混凝土在澆筑后，由于水泥的水化作

4、用，釋放大量的水化熱，澆筑后混凝土溫度提高，混凝土初期體積有微膨脹作用，以后溫度下降，體積急劇收縮?；炷猎缙冢?0天-15天）極限拉伸很低，這容易造成混凝土的早期裂縫。因混凝土的收縮，較高的彈性模量和早期低徐變，會使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大的拉應(yīng)力，超過混凝土的極限拉伸，則是造成混凝土后期裂縫的主要原因。混凝土在澆筑一個月左右，完成收縮40%，60天內(nèi)完成收縮65%，20年后完成混凝土收縮的98%，混凝土的收縮變形是一個初期大，以后逐漸減少的過程。許多人習(xí)慣上認(rèn)為混凝土強(qiáng)度等級越高安全系數(shù)越大，但采用高強(qiáng)度混凝土必然要采用高標(biāo)號水泥，并增加水泥用量，導(dǎo)致水化熱的提高，增加了早期混凝土的熱脹，從而加

5、大了混凝土溫度降低以后的冷縮，造成裂縫的出現(xiàn)。2.12約束應(yīng)力：結(jié)構(gòu)的全部或部分邊界受到外界的約束，不能自由變形而引起的應(yīng)力。如大體積混凝土與地基澆筑在一起，當(dāng)溫度變化時，受到下部地基的限制，因而產(chǎn)生外部約束應(yīng)力。邊界條件如地基和側(cè)面土對混凝土構(gòu)件的變形約束作用，加上混凝土構(gòu)件的剛度差異，使混凝土變形不協(xié)調(diào)。側(cè)壁混凝土振搗時地板剛度大，受到底板的剛度約束，早期形成壓應(yīng)力，后期混凝土溫度下降，產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于鋼筋混凝土的抗拉強(qiáng)度時則出現(xiàn)裂縫。混凝土變形與限制膨脹條件有關(guān)。當(dāng)氣溫上升時，底板和側(cè)壁因溫度升高而向外膨脹，側(cè)壁和底板相互約束，在側(cè)壁的外側(cè)形成垂直裂縫，當(dāng)?shù)装搴晚敯迨芾涫湛s時，側(cè)

6、壁內(nèi)側(cè)形成垂直裂縫。由于側(cè)壁在邊角部分受到的變形量比中部大，同時縱橫側(cè)壁的相互約束，因而側(cè)壁兩端附近裂縫小，中部附近裂縫多。特別由于由于本工程側(cè)面截面突變，剛度有差異，側(cè)壁變形受到中部厚截面部分的約束，往往產(chǎn)生應(yīng)力集中，在離變截面部分1000mm-2000mm的部位上易出現(xiàn)縱向收縮裂縫。3、此外引起體積混凝土產(chǎn)生裂縫的其他原因：3.1外界氣溫變化的影響：大體積混凝土在施工階段，常受外界氣溫的變化影響?；炷羶?nèi)部溫度是由水泥水化熱的絕對溫度、澆筑溫度和混凝土的散熱溫度三者的疊加。其中澆筑溫度與外界氣溫有直接的關(guān)系。一般而言，外界溫度越高，混凝土的澆筑溫度越高。當(dāng)氣溫下降，會大大增加外層混凝土與混

7、凝土內(nèi)部的溫度差，因而產(chǎn)生溫度應(yīng)力。使大體積混凝土出現(xiàn)裂縫。3.2混凝土的塑性收縮變形：塑性收縮裂縫發(fā)生在混凝土硬化之前?；炷寥蕴幱谒苄誀顟B(tài)。它的產(chǎn)生主要是上部混凝土的均勻沉降受到了限制，如遇到有鋼筋或大的混凝土骨料，或者平面面積較大的混凝土，其水平方向的減縮比垂直方向更難時，這樣就會形成不規(guī)則的深裂縫。3.3混凝土干燥收縮：混凝土中的80%的水分要蒸發(fā)，約20%的水分是水泥硬化所需要的。最初失去的30%自由水分幾乎不引起收縮，隨著混凝土的的繼續(xù)干燥而使20%的吸附水逸出，就會出現(xiàn)干燥收縮。而表面干燥收縮快，內(nèi)部干燥收縮慢，由于表面的干燥收縮受到內(nèi)部的制約，因而在表面產(chǎn)生拉應(yīng)力而出裂縫。3.

8、4混凝土勻質(zhì)性的影響：混凝土拌合或澆筑時，由于坍落度不同，或采用的外加劑不同，石子粒徑與品種不同，以及振搗的密實度不同，都會影響混凝土的勻質(zhì)性。由于勻質(zhì)性不同，造成混凝土的彈性模量不均勻，因而在收縮變形過程中造成應(yīng)力集中，引起裂縫。4、控制裂縫產(chǎn)生的措施大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因很多，通過人為因素的控制可以解決部分裂縫的產(chǎn)生。，同時本工程具有特殊性，由于本工程機(jī)房施工功能主要為防輻射要求，機(jī)房墻板、頂板必須一次性澆筑成功，不得設(shè)置施工縫。如何解決混凝土的收縮開裂和大體積混凝土溫差裂縫的問題就成為了施工技術(shù)的關(guān)鍵。根據(jù)本工程的實際情況，所有參建幾方在工程開工前對此進(jìn)行了專門的討論和廣泛的協(xié)商，并

9、邀請了具有類似工程經(jīng)驗的商品混凝土供應(yīng)商的相關(guān)技術(shù)人員參加，最終達(dá)成一致意見，采用以下溫度控制和抗裂的措施：4.1 控制溫度的措施4.11為了保證混凝土質(zhì)量的穩(wěn)定性，本工程采用商品混凝土施工，同時邀請有資質(zhì)的實驗室對組成混凝土水泥、細(xì)骨料、粗骨料、填加劑、水進(jìn)行嚴(yán)格試配；4.12 采用水化熱小，性能穩(wěn)定的礦渣硅酸鹽水泥。同時添加適量的優(yōu)質(zhì)粉煤灰（級以上）以減少混凝土中的水泥用量降低水灰比，以降低混凝土水化熱；4.13拌合混凝土?xí)r用水將碎石冷卻以降低混凝土的澆筑溫度，同時采用井水澆筑混凝土；4.14本工程施工時為夏季，考慮到外界溫度對澆筑溫度的影響，在混凝土入模前對混凝土溫度進(jìn)行測量；4.15本

10、工程施工時天氣較熱故澆筑混凝土?xí)r采用分層澆筑法，利用澆筑層面散熱，同時采用二次振搗的方法增加混凝土的密實度，提高抗裂能力；4.16落實好混凝土澆筑后的養(yǎng)護(hù)措施，做到保濕保溫養(yǎng)護(hù)，即可使混凝土初期獲得更高的強(qiáng)度，還可以減少混凝土的溫度應(yīng)力與收縮應(yīng)力，養(yǎng)護(hù)時間要求在14天以上；4.2抗裂措施：4.21改善約束條件，合理的安排施工工序，避免過大的高差和側(cè)面長期暴露；在新舊混凝土之間設(shè)置滑動層，鋪設(shè)一層水泥砂漿；4.22鋼材選用大廠的鋼材，以保證鋼材的化學(xué)成分有足夠的保證，才能保證鋼筋的抗拉、抗剪、抗彎強(qiáng)度完全有足夠的條件符合設(shè)計要求；4.23石子選用顆粒均勻，強(qiáng)度較高的機(jī)械破碎石料，粒徑在5.0-4

11、0mm連續(xù)級配的石子，避免針片狀顆粒超標(biāo)；4.24選用含泥量小于1%的干凈中粗河砂，級配區(qū)，細(xì)度模數(shù)2.55左右；4.25 填加適量的聚丙稀纖維對混凝土具有微觀補(bǔ)強(qiáng)的作用，同時能很好的控制混凝土的非結(jié)構(gòu)性裂縫；4.26 墻體中部增加焊接鋼絲網(wǎng)片，對混凝土的變形起到約束的作用；4.27 填加適量減水劑（JM-）水灰比是影響混凝土收縮的重要因素，使用減水防裂劑可使混凝土用水量減少25。水泥用量也是混凝土收縮率的重要因素，摻加減水防裂劑的混凝土在保持混凝土強(qiáng)度的條件下可減少15的水泥用量，其體積用增加骨料用量來補(bǔ)充。減水防裂劑可以改善水泥漿的稠度，減少混凝土泌水，減少沉縮變形。提高水泥漿與骨料的粘結(jié)

12、力，提高的混凝土抗裂性能。混凝土在收縮時受到約束產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)力大于混凝土抗拉強(qiáng)度時裂縫就會產(chǎn)生，減水防裂劑可有效的提高的混凝土抗拉強(qiáng)度，大幅提高混凝土的抗裂性能。摻加外加劑可使混凝土密實性好，可有效地提高混凝土的抗碳化性，減少碳化收縮。摻減水防裂劑后混凝土緩凝時間適當(dāng)，在有效防止水泥迅速水化放熱基礎(chǔ)上，避免因水泥長期不凝而帶來的塑性收縮增加。摻外加劑混凝土和易性好，表面易摸平，形成微膜，減少水分蒸發(fā)，減少干燥收縮. 驗對比和研究，比單純的靠改善外部條件，可能會更加簡捷、經(jīng)濟(jì)。4.28 填加適量的微膨脹劑，使混凝土得到補(bǔ)償收縮，減少溫度應(yīng)力；4.29 對混凝土坍落度要求控制在14mm以下，

13、對每車混凝土在攪拌站出料，攪拌車經(jīng)運(yùn)輸一段時間，在泵車壓入混凝土入模之前，應(yīng)再測定坍落度，對不符合要求的混凝土不允許澆灌；4.30 在混凝土表面初凝后終凝前，板面先按標(biāo)高用刮尺刮平，在初凝前用木蟹打磨，待混凝土收水后二次用木蟹搓平；5、直線加速器機(jī)房混凝土澆筑內(nèi)外溫差計算直線加速器機(jī)房建筑尺寸為15 100mm×13 500mm，底板厚度為700mm，墻板1 540mm，局部厚度達(dá)2 500mm，頂板厚1 650mm，局部厚度達(dá)2 500mm。施工時屬于夏季施工，外界平均氣溫約為330C。所用材料：礦渣水泥275kg/m3，中粗砂765kg/m3，石子1 085kg/m3，水170k

14、g/m3，粉煤灰70kg/m3，JM-22kg/m3，混凝土模板為復(fù)合木膠合板，養(yǎng)護(hù)采用草簾覆蓋澆水養(yǎng)護(hù)。5.1混凝土的拌合溫度計算每m3混凝土原材料重量、溫度、比熱及熱量，見表1表1材料名稱重量W(kg)比熱C(kJ/kg.k)W×C(kJ/0C)材料溫T1(0C)T1×W×C(kJ)水1704.27141510 710水泥2750.84231358 085砂子7650.84642.603522 491石子10850.84911.403531 899粉煤灰700.8458.80352 058JM-220.8418.4835646.80合計2 576.2875 8

15、89.80混凝土的拌合溫度Tc=T1×W×C/W×C=75 889.80/2 576.28=29.460C （1）式中：Tc混凝土的拌合溫度（0C）W混凝土組成材料重量(Kg)C混凝土組成材料比熱(kJ/kg.k)T1混凝土組成材料溫度（0C）5.2混凝土的澆筑溫度計算混凝土裝卸料兩次：A1=b×A=2×0.032=0.064 （2）式中：A1溫度損失系數(shù) A裝卸一次溫度損失系數(shù)0.032混凝土采用攪拌車運(yùn)輸，運(yùn)輸時間為15min：A2=×=0.042×15=0.063 （3）式中：A2溫度損失系數(shù)采用攪拌車運(yùn)輸?shù)臒釗p失值運(yùn)

16、輸時間（min）混凝土采用分層澆筑法，每層澆筑時間為60min：A3=0.003×=0.003×60=0.18（4）式中：攪拌時間（min）混凝土的澆筑溫度Tj= Tc+（Tq- Tc）×（A1+ A2+ A3）=29.46+（33-29.46）×（0.064+0.063+0.18）=30.550C （5）式中：Tj混凝土的澆筑溫度（0C）Tq室外平均氣溫（0C）Tc混凝土的拌合溫度（0C）A1，A2，A3溫度損失系數(shù)5.3混凝土的絕熱溫升計算混凝土澆筑后的3d的水化熱溫度最大，故計算齡期3d的絕熱溫升。已知每公斤425號礦渣水泥的發(fā)熱量Q為335kJ/

17、kg。混凝土的最終絕熱溫升T=W×Q×(1-E-mr)/C×=275×335×0.684/0.97×2400=27.060C（6）式中：W每立方混凝土中的水泥用量(Kg/m3)Q每公斤礦渣水泥的發(fā)熱量（kJ/kg）M隨水泥品種，比表面及澆筑溫度而異混凝土的齡期E常數(shù)，為2.718C混凝土的比熱，計算取0.97 kJ/kg.k混凝土的密度，取2 400 kg/m3查表得1-E-mr為0.6845.4混凝土內(nèi)部實際最高溫度計算混凝土內(nèi)部實際最高溫度Tmax=Tj+T×=30.55+27.06×0.65=48.150C（

18、7）式中：Tmax混凝土內(nèi)部實際最高溫度Tj混凝土的澆筑溫度T 混凝土的最終絕熱溫升不同的澆筑塊厚度、不同的齡期時的降溫系數(shù)，按混凝土塊體最厚處 2 500mm，3d齡期查表得為0.655.5混凝土表面溫度計算=1/（1/1+2/2+1/q）=1/（0.015/0.23+0.03/0.14+0.04）=3.13（8）式中：模板及保溫層的傳熱系數(shù)（W/m.k）1復(fù)合木膠合板的導(dǎo)熱系數(shù)（W/m.k）2草簾的導(dǎo)熱系數(shù)（W/m.k）1復(fù)合木膠合板的厚度（m）2草簾的厚度（m）混凝土的虛厚度h=k×/=0.666×2.33/3.13=0.49（9）式中：h混凝土的虛厚度（m） k計算折減系數(shù)，取0.666混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)，取2.33 W/m.k模板及