大體積混凝土裂縫控制技術

1、1大體積混凝土裂縫控制技術大體積混凝土裂縫控制技術2大體積混凝土裂縫控制技術n大體積混凝土的定義n大體積混凝土抗裂性能的影響因素n大體積混凝土的溫控計算n大體積混凝土裂縫控制的綜合措施3大體積混凝土的定義n本講中所稱大體積混凝土是指，其規(guī)格尺寸，要求必須采取措施，妥善處理溫差的變化，正確合理地減少或消除變形變化引起的應力，且必須把裂縫開展控制到最小程度的現(xiàn)澆混凝土。 4大體積混凝土抗裂性能的影響因素n溫度與收縮裂縫產(chǎn)生的機理n原材料和配合比對大體積混凝土抗裂性能的影響n配筋對大體積混凝土抗裂性能的影響n齡期及養(yǎng)護對大體積混凝土抗裂性能的影響5n大體積混凝土收縮的組成n大體積混凝土收縮是由自生收

2、縮、碳化收縮、塑性收縮、干縮、溫度收縮組成的。n干縮：混凝土內(nèi)多余水分蒸發(fā)引起的體積收縮。n溫度收縮：由于混凝土溫度下降引起的收縮。n外約束與內(nèi)約束n外約束：即一個結構的變形受到其他結構的阻礙。n內(nèi)約束：當結構截面較厚時，其內(nèi)部溫度分布不均勻，引起各質點變形的相互約束。n表面裂縫與貫穿裂縫n表面裂縫：大體積混凝土在硬化過程釋放大量水化熱，使基礎中部產(chǎn)生較高溫度，而混凝土表面和邊界受氣溫影響，溫度較低，這樣形成較大內(nèi)外溫差，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應力，在混凝土表面產(chǎn)生拉應力（稱內(nèi)約束應力），當此拉應力超過混凝土抗拉強度時，便會產(chǎn)生表面裂縫。該裂縫多發(fā)生在混凝土升溫階段。n貫穿裂縫：當大體積混凝土降溫

3、產(chǎn)生的收縮和混凝土自身收縮受到地基或基礎約束時，在截面中產(chǎn)生拉應力（稱外約束應力），當此拉應力超過混凝土的抗拉強度時，便會產(chǎn)生貫穿裂縫。該裂縫多發(fā)生在混凝土降溫階段。n由此可見，混凝土的開裂與原材料、配合比、結構尺寸、配筋、約束程度、養(yǎng)護條件等多種因素有關。溫度與收縮裂縫產(chǎn)生的機理6原材料和配合比對大體積混凝土抗裂性能的影響n水泥品種n在常用標號下，采用不同品種的水泥對混凝土極限拉伸值的影響不大。n水泥品種對混凝土干縮影響較大，一般情況下，C3A含量大，細度較小的水泥干縮較大。n水灰比n混凝土抗拉強度，極限拉伸值均隨著水灰比的減小而提高，混凝土收縮則隨著水灰比的減小而減小，顯然，在滿足混凝土施

4、工要求的前提下，減小水灰比對大體積混凝土抗裂是有利的。n骨料n盡可能采用粒徑較大，級配良好的高強度花崗巖、玄武巖等作為骨料對抗裂有利。n外加劑n在混凝土中摻加外加劑，能改善混凝土和易性，在水泥用量不變的情況下，能減少用水量，提高混凝土強度。在水灰比不變 的情況下，能減少水泥用量，降低溫升，延緩水化熱放熱速率，對抗裂有利。n粉煤灰n在大體積混凝土中摻加粉煤灰能起到改善混凝土和易性，降低水灰比，即減少用水量，提高混凝土密實度，減少混凝土干縮的作用。n摻加粉煤灰能降低水泥用量，降低混凝土絕熱溫升值，延緩水化熱放熱速率。n摻加粉煤灰，一方面可減少混凝土的 絕熱溫升和收縮，但另一方面，將降低混凝土的早期

5、抗拉強度或極限拉伸。7配筋對大體積混凝土抗裂性能的影響n關于配筋對大體積混凝土抗裂性能的影響，一方面配置構造筋對提高混凝土極限拉伸和抗裂能力是有利的，同時它也能起到控制裂縫開展，減少裂縫寬度的作用。另一方面，配筋也將會增加一定程度的收縮應力，過大的配筋率將會導致較大的收縮應力，從而產(chǎn)生裂縫。因此，合理的配筋尤為重要?？偟膩碚f，在合理配筋的前提下，它提高極限拉伸和約束裂縫開展的優(yōu)點大于增加收縮應力缺點。n合理配筋是指：n配筋率不能過大，較為合理的配筋率應為0.3%0.5%；n應采用小直徑（1016mm),小間距的形式（約100150），且不宜采用光圓鋼筋。n由于池壁、地下室側墻等露天薄壁結構對環(huán)

6、境濕度及養(yǎng)護條件極為敏感，其相應的收縮比大塊式基礎要大。在混凝土早齡期容易因干縮產(chǎn)生表面裂縫，從而削弱了截面并在隨后的溫度應力作用下產(chǎn)生應力集中，導致表面裂縫往深處發(fā)展，誘發(fā)貫穿性裂縫。因此，對薄壁結構的配筋要求要嚴格，并注意保濕養(yǎng)護，盡可能避免表面裂縫的出現(xiàn)。 8齡期及養(yǎng)護對大體積混凝土抗裂性能的影響n齡期的影響n 根據(jù)資料，混凝土任意齡期t與28天齡期的抗拉強度的關系為：nft0.8f28(t)2/3n養(yǎng)護條件的影響n養(yǎng)護條件的影響包括濕度及溫度兩方面，良好的保濕能顯著增加混凝土的抗拉強度及極限拉伸。養(yǎng)護溫度的升高能提高混凝土的早期強度，但對后期強度有不利影響。因此，在控制內(nèi)外溫差的前提下

7、，在升溫階段應盡可能適當放熱，一方面可以降低混凝土溫升峰值，另一方面又可防止影響后期強度。9大體積混凝土的溫控計算n大體積混凝土的最高溫度計算n大體積混凝土的溫度收縮應力計算10大體積混凝土的最高溫度計算n混凝土內(nèi)部的最高溫度是由混凝土澆筑溫度、水泥水化熱引起的溫升所組成。n大體積混凝土的最高溫度計算，如下式： Tmax=T0+W/10+F/50（1） Tmax=T0+WQ/C （2） 式中： Tmax砼的最高溫度（） T0 砼的澆筑溫度（） W 每立方米水泥用量（kg/m3 ） F 每立方米砼粉煤灰用量（kg/m3 ） Q 每公斤水泥水化熱量（J J/kg） C 砼的比熱 砼質量密度 散熱系

8、數(shù) 取以上兩式計算中心的較大值作為砼的最高溫度值11大體積混凝土的溫度收縮應力計算n大體積砼溫度收增應力的計算：maxRfmaxRfmaxRfmaxRf 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 t（d）T12大體積混凝土的溫度收縮應力計算nmax=-ET 1-1/(COShL/2) H (t,) （1）nmax=- 1-1/(COShiL/2) TiEi(t) Hi (ti,i) （2） 從上述公式可看出：底板的最大溫度收縮應力與溫差收縮差及線膨脹系數(shù)成正比，為線性比例關系。底板彈性模量增加，應力增加；底板受地基的約束程度，即地基對底板的阻力系數(shù)Cx境加，應力增加。底板長度增加，

9、應力增加，但呈非線性關系。 大體積砼外約束力應力的計算可分為以下二個階段： 砼澆筑前的計算，建議采用公式（1）進行計算，計算簡便且偏于安全。 砼澆筑后的計算則采用公式（2），可較精簡計算，此時應有安全系數(shù) K= 1.15。1-ni=1Rfmax13大體積混凝土裂縫控制的綜合措施n設計構造措施n從原材料方面采取措施n從施工方面采取措施14設計構造措施n利用混凝土后期強度n一般大體積混凝土的施工工期較長，上部荷載逐步施加，因此可以考慮采用齡期為4590天強度代替28天強度，以減少水泥用量。n設置滑動層，減少約束應力n混凝土的強度等級宜在C20C35的范圍內(nèi)選用。 n在遇有約束作用較大的巖石類地基或

10、較厚的混凝土墊層時，可在地基或墊層與基礎的接觸面上，或于兩端L/4（L基礎全長）的區(qū)段內(nèi)，鋪設滑動層，減少滑動應力n隔離層的作法為混凝土上涂刷一層35mm厚的瀝青膠或干鋪兩層瀝青油氈。美國ACI委員會提出可鋪設厚50左右的黃砂或石屑作為隔離層。 15設計構造措施n設置緩沖層n在底板的地梁、坑內(nèi)水溝等鍵槽部位， 可用厚度為3050mm的聚苯乙烯泡沫 或瀝青木絲板作垂直隔 離，以緩和地 基對基礎收縮時的側向壓力。(見右圖)n避免應力集中n在大體積混凝土結構的孔洞或截面突變 處，由于溫度和收縮作用，會產(chǎn)生應力 集中而導致開裂。應采取增配鋼筋或設 置過渡段的措施。 (見右圖)聚苯乙烯泡沫塑料設置緩沖層

11、避免應力集中16設計構造措施n增設暗梁n在現(xiàn)澆鋼筋混凝土地下室、水池等結構施工時，為了防止底板與邊墻、邊墻之間因約束應力產(chǎn)生的裂縫及邊墻上部因邊緣效應引起的裂縫，可在施工縫上下等薄弱部位增配4164 22的鋼筋予以加強。(見下圖)增設暗梁17設計構造措施n合理配筋n當混凝土的底板或墻體厚度較小時，增配構造鋼筋，能起到抵抗混凝土溫度裂縫的作用。但對于大塊式基礎，構造筋對控制貫穿性裂縫的作用略小。n構造鋼筋應盡可能采用級鋼、小直徑和小間距。直徑約1016mm，間距100150mm，按全截面對稱配置。全截面含筋率宜控制在0.3%0.5%。實踐證明，含筋率小于0。3%時，對混凝土的裂縫控制作用不大。當

12、配筋率太大時，則較易引起混凝土的收縮裂縫，且不經(jīng)濟。大塊式混凝土的鋼筋宜分散多層設置，或在中截面處增配空間網(wǎng)片狀鋼筋作構造鋼筋，不宜集中在底層或上下兩層。n合理設置施工縫n“抗”的方法n即不設任何施工縫，通過采取措施減少被約束體與約束體之間的相對溫差，減少約束，改善配筋，減少混凝土收縮，提高混凝土抗拉強度等，以抵抗溫度收縮變形和約束應力。n“放”的方法n即以設置永久性伸縮縫的辦法，將超長的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結構分成若干段，以釋放大部分變形，減少約束應力。18設計構造措施n“放”“抗”結合的方法n采用“后澆帶”的施工方法n在施工期間設置作為臨時施工縫的“后澆帶”，將結構分成若干段，可有效削減溫度收縮

13、應力。n采用“跳倉打”的施工方法n將整個結構按垂直施工縫分段，間隔一段，澆筑一段，經(jīng)過不少于5d的間歇期后再澆筑成整體。n采用“混凝土薄層澆筑”的施工方法n將底板水平分成幾個施工層，施工層之間的結合按施工縫處理。分層厚度一般控制在0.62.0m范圍內(nèi)，層間間歇時間約取57d為宜。n合理制定溫控指標n大體積混凝土施工前，應對施工階段大體積混凝土澆筑塊體的最高溫度、溫度收縮應力進行驗算，以此確定施工階段混凝土的澆筑溫度、內(nèi)表溫差、降溫速度及溫度陡降等控制指標，制定相應的技術措施（包括混凝土原材料的選擇、混凝土拌制運輸過程中的降溫措施、保溫養(yǎng)護措施等），以達到控制裂縫的目的。n幾個溫控指標19 設計

14、構造措施n溫控指標一般可分為兩類：一是為了防止表面裂縫而控制內(nèi)外溫差和表面溫度陡降；二是為防止貫穿性裂縫而控制內(nèi)部溫差。n混凝土澆筑溫度n混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范(GB50204-92)規(guī)定：大體積混凝土澆筑溫度不宜超過28。n內(nèi)外溫差n混凝土結構工程施工及驗收規(guī)范規(guī)定：混凝土表面和內(nèi)部溫差應控制在設計要求的范圍內(nèi)，當設計無具體要求時，溫差不宜超過25。n注意：此處表面溫度是指保溫層下混凝土面上的溫度，而非混凝土表面下50100MM處的溫度。n內(nèi)部溫差n內(nèi)部溫差是指混凝土內(nèi)同一點在不同時間的溫度差值。塊體基礎大體積混凝土施工技術規(guī)程（YBJ224-91）規(guī)定：混凝土塊體的降溫速度宜不大于1

15、.5/天。n溫度陡降n寒潮來臨、冷空氣影響、暴雨襲擊、撤除保溫層時間不當?shù)染蓪е禄炷帘砻鏈囟韧蝗幌陆担鸨砻媪芽p。n鋼筋混凝土高層建筑結構設計與施工規(guī)程（JGJ-91）規(guī)定：溫度陡降不應超過10。20從原材料方面采取技術措施n合理選擇水泥品種n選用C3S及C3A含量低的中、低熱水泥。n合理選用骨料n在滿足施工要求的情況下，盡量選用粒徑較大、級配良好的石子，以減少用水量和水泥用量、混凝土的收縮和泌水性。粗骨料中的針、片狀顆粒按重量計應不大于15%。n摻加塊石。在無筋或少筋的大塊混凝土中，可摻入不超過混凝土體積的25%的大塊石，以減少水泥用量，降低水化熱。n細骨料以中、粗砂為宜。n嚴格控制砂

16、、石的含泥量。石子控制在小于1%，黃砂控制在小于2%。n合理選用外摻料n在混凝土中加入適量的外加劑，可以改善混凝土的特性，減少水泥用量，減少混凝土的溫升。同時可降低水化熱釋放的速度，延緩溫度峰值出現(xiàn)的時間。n混凝土中摻入一定量的粉煤灰不僅能改善混凝土特性，而且能代替部分水泥，減少水化熱。但應注意摻加粉煤灰后混凝土早期強度有所降低。n采用UEA補償收縮混凝土：在混凝土內(nèi)摻水泥用量10%12%的U型混凝土膨脹劑，以實現(xiàn)超長結構的無縫施工。21從施工方面采取措施n控制混凝土出機溫度和澆筑溫度n為了降低混凝土的總溫升，減少內(nèi)外溫差，控制混凝土出機溫度和澆筑溫度是一個很重要的措施。對混凝土出機溫度影響最

17、大的是石子及水的溫度，砂次之，水泥的影響較小。因此，具體施工中可采取加冰拌和，砂石料遮陽覆蓋，送管道用草袋包裹灑水降溫等技術措施。n預埋水管，降低最高溫升n冷卻水管大多采用直徑為25mm的薄壁鋼管，按照中心距1.53.0m交錯排列,水管上下間距一般也為1.53.0m，并通過立管相連接。n改進混凝土攪拌和振搗工藝n即采用二次投料和二次振搗的新工藝，提高混凝土的強度。n合理選擇混凝土澆筑方案n大體積混凝土的澆筑方法可采用分層連續(xù)澆筑或分段分層踏步式推進的澆筑方法。一般情況下，應盡量采用分層連續(xù)澆筑。對于工程量較大，澆筑面積也大，一次連續(xù)澆筑層厚度不大，且澆筑能力不足時的混凝土工程，宜采用分段分層踏步式推進的澆筑方法。（詳見下頁圖）n混凝土的泌水處理n應采取在側模留設孔洞等措施將澆筑混凝土過程中形成的泌水排出坑外。22從施工方面采取措施分段分層踏步式推進（接上頁）合理選擇混凝土澆筑方案分層連續(xù)澆筑23從施工方面采取