大體積混凝土的開裂機理及防裂措施

大體積混凝土的開裂機理及防裂措施第一頁，共二十六頁，2022年，8月28日

大體積混凝土的定義

大體積混凝土含義一般是指其體積大到必須采取措施處理水化熱產(chǎn)生的溫差，合理解決溫差變形引起的應力，并控制裂縫的產(chǎn)生或限制裂縫開展的現(xiàn)澆混凝土。《大體積混凝土施工規(guī)范》（GB50496-2009）中給予大體積混凝土定義：混凝土結構物實體最小尺寸不小于lm的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產(chǎn)生的混凝土。第二頁，共二十六頁，2022年，8月28日近幾年來，工程規(guī)模日趨擴大，結構形式日益復雜，市政工程中大體積混凝土越來越多。由于其體積大，表面小，水泥水化熱釋放比較集中，內(nèi)部溫升比較快，當混凝土內(nèi)外溫差較大時，會使混凝土產(chǎn)生溫度裂縫和收縮變形裂縫，影響結構安全和正常使用，所以必須從根本上分析它，來保證施工的質(zhì)量。第三頁，共二十六頁，2022年，8月28日大體積混凝土裂縫產(chǎn)生的原因：主要由溫度變形、收縮變形導致內(nèi)約束引起的表面裂縫外約束引起的深層裂縫砼澆筑初期，其內(nèi)部與表面溫差過大砼澆筑后期，砼降溫、干縮變形引起的混凝土內(nèi)部收縮受到外部約束第四頁，共二十六頁，2022年，8月28日大體積混凝土產(chǎn)生裂縫的原因設計方面施工方面采用過高強度等級的混凝土（設計強度過高，水泥用量過大）忽視配置控制溫度和收縮變形的構造鋼筋（溫度應力和收縮應力變形不能受到約束）材料選用不當施工技術準備不周密澆筑過程施工措施不當澆筑后的養(yǎng)護和監(jiān)控不完善第五頁，共二十六頁，2022年，8月28日(1)表面裂縫大體積混凝土澆筑初期，水泥水化熱大量產(chǎn)生，使混凝土的溫度迅速上升。但由于混凝土表面散熱條件較好，熱量可向大氣中散發(fā)，其溫度上升較少；而混凝土內(nèi)部由于散熱條件較差，熱量不易散發(fā)，其溫度上升較多?；炷羶?nèi)部溫度高、表面溫度低，則形成溫度梯度，使混凝土內(nèi)部產(chǎn)生壓應力，表面產(chǎn)生拉應力，當拉應力超過混凝土的極限抗拉強度時，混凝土表面就產(chǎn)生裂縫。一：裂縫裂縫有三類：第六頁，共二十六頁，2022年，8月28日混凝土橋梁破壞狀況

Thebreakageofsteelreinforcedconcretebridge上海市市政工程研究院第七頁，共二十六頁，2022年，8月28日（2）貫穿裂縫

大體積混凝土澆筑初期，混凝土處于升溫階段及塑性狀態(tài)，彈性模量很小，變形變化所引起的應力很小，溫度應力一般可忽略不計。

貫穿裂縫切斷了結構斷面，破壞了結構整體性、穩(wěn)定性、耐久性、防水性等，影響正常使用。應當采取一切措施控制貫穿裂縫的開展。第八頁，共二十六頁，2022年，8月28日（3）深層裂縫基礎約束范圍內(nèi)的混凝土，處在大面積拉應力狀態(tài)，在這種區(qū)域若產(chǎn)生了表面裂縫，則極有可能發(fā)展為深層裂縫，甚至發(fā)展成貫穿性裂縫。深層裂縫部分切斷了結構斷面，具有很大的危害性，施工中是不允許出現(xiàn)的。如果設法避免基礎約束區(qū)的表面裂縫，且混凝土內(nèi)外溫差控制適當，基本上可避免出現(xiàn)深層裂縫和貫穿裂縫。第九頁，共二十六頁，2022年，8月28日控制大體積混凝土裂縫的措施設計方面材料選用施工工藝（技術方案）施工質(zhì)量（模板、澆筑）保溫保濕養(yǎng)護第十頁，共二十六頁，2022年，8月28日1、對于大體積混凝土底板，應在滿足抗彎及抗沖切計算要求的前提下，避免設計上“強度越高越好”的錯誤概念，可以利用混凝土60d或90d的后期強度，盡量采用C25-C40的混凝土，這樣可以減少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土澆筑實體的溫度升高。2、大體積混凝土除滿足承載力要求外，還應增配承受因水泥水化熱引起的溫度應力及控制裂縫開裂的構造鋼筋。溫度收縮鋼筋可利用原有鋼筋貫通布置，也可另行設置構造鋼筋網(wǎng)，與原有鋼筋按受拉鋼筋的要求搭接或在周邊構件中錨固。設計方面第十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日2.1當板的厚度大于2m時，除應沿板的上、下表面布置縱、橫方向的鋼筋外，尚應沿板的厚度方向間距不超過lm設置與板面平行的構造鋼筋網(wǎng)片，其直徑宜為φl2—φl6，間距宜為100—150mm。為防止大承臺水平裂縫，四周宜加設暗梁。4?16~4?

222.2為了避免結構突變或斷面突變產(chǎn)生應力集中，轉角和孔洞處應增設構造加強筋。

構造鋼筋第十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日1、合理選擇水泥品種2、合理選用骨料選用C3S及C3A含量低的中、低熱水泥。材料選用方面3、合理選用外加劑盡量選用粒徑較大、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。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。細骨料以中、粗砂為宜。嚴格控制砂、石的含泥量。石子控制在小于1%，黃砂控制在小于2%。第十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日合理選用外加劑3.1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。3.2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。3.3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。第十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日其他：在高壩建設中，為解決碾壓混凝土拱壩施工期溫度應力及防裂措施。采用誘導縫，增加了防裂可靠性。采用低熱水泥、低水泥用量、限制澆筑厚度和短間歇期、人工冷卻混凝土、預埋冷卻水管，保護混凝土暴露面，仍是有效溫控和防裂措施。為防止表面溫度驟降，采用外貼聚乙烯苯板等保溫板或噴涂泡沫保溫材料，采用自動上升帳篷制造人工氣候防裂。第十五頁，共二十六頁，2022年，8月28日1、控制混凝土出機溫度和澆筑溫度2、預埋水管，降低最高溫升施工方面3、改進混凝土攪拌和振搗工藝可采取加冰拌和，砂石料遮陽覆蓋，泵送管道用草袋包裹灑水降溫等技術措施。4、合理選擇混凝土澆筑方案冷卻水管大多采用直徑為25mm的薄壁鋼管，按照中心距1.5~3.0m交錯排列,水管上下間距一般也為1.5~3.0m，并通過立管相連接。采用二次投料和二次振搗的新工藝，提高混凝土的強度。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。第十六頁，共二十六頁，2022年，8月28日六合古棠橋錨墩采用混凝土內(nèi)部埋水管冷卻。第十七頁，共二十六頁，2022年，8月28日5、做好混凝土的泌水處理6、混凝土的表面處理施工方面7、加強混凝土的養(yǎng)護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。

8、溫度監(jiān)測先用長刮尺刮平，在初凝前用鐵滾筒碾壓數(shù)遍，再用木抹子打磨壓實，以閉合收水裂縫。應對混凝土的內(nèi)表溫度、頂面及底面溫度，室外溫度進行監(jiān)測，根據(jù)監(jiān)測結果對養(yǎng)護措施作出相應的調(diào)整，確保溫控指標的要求?？刹捎迷诿總€測溫點上埋設測溫片，常用的有銅熱電阻或銅-康銅熱電偶測溫。或采用埋設鋼管的簡易測溫方法。可采用薄膜加草袋或蓄水的養(yǎng)護方法。及早回填是最好的養(yǎng)護方法。第十八頁，共二十六頁，2022年，8月28日通過大量的工程實踐證明：砼的溫升和溫差與表面系數(shù)有關，單面散熱的結構斷面最小厚度在75cm以上，雙面散熱的結構斷面最小厚度在100cm以上，水化熱行引起的砼內(nèi)外最大溫差預計可能超過25℃，應按大體積砼施工。溫差控制第十九頁，共二十六頁，2022年，8月28日合理選擇混凝土澆筑方案整體分層連續(xù)澆筑（全面分層）斜面分層階梯狀分層推移式連續(xù)澆筑第二十頁，共二十六頁，2022年，8月28日四：混凝土澆筑

混凝土澆筑可根據(jù)面積大小和混凝土供應能力采取全面分層、分段分層或斜面分層連續(xù)澆筑，分層厚度300~500mm且不大于震動棒長1.25倍。分段分層多采取踏步式分層推進，一般踏步寬為1.5~2.5m。斜面分層澆灌每層厚30~35cm，坡度一般取1：6~1：7。第二十一頁，共二十六頁，2022年，8月28日⑴、大體積砼澆筑時，必須密切注意保護好溫度監(jiān)控點，做好醒目標志，同時進行監(jiān)測，專人檢測表面溫度及結構中心溫度，測溫過程中如發(fā)現(xiàn)溫差大于25℃時，要采取有效措施，如加厚覆蓋保溫等。⑵、大體積砼澆筑時，易使鋼筋產(chǎn)生位移，因此澆筑砼過程中應隨時復核鋼筋的位置，并采取措施，以保證位置正確。⑶、砼養(yǎng)護強度達到1.3Mpa后，才允許下一工序施工，并應在砼表面覆蓋麻袋等防止施工損傷。⑷、為了減少收縮裂縫，待砼表面無水漬時，宜用電動收光機進行第二次研壓抹光。第二十二頁，共二十六頁，2022年，8月28日混凝土初凝前一次抹壓混凝土終凝前1~2h多次抹壓混凝土表面收縮裂縫處理第二十三頁，共二十六頁，2022年，8月28日1）蓄熱法養(yǎng)護混凝土：盛夏，混凝土終凝后立即覆蓋塑料膜和保溫層。保溫層厚度及保溫層外是否再加一層塑料膜，通過計算決定。2）當設計無特殊要求時，混凝土硬化期的實測溫度應符合下列規(guī)定：①混凝土內(nèi)部溫差(中心與表面下100或50mm處)不大于20℃；②混凝土表面溫度(表面以下100或50mm)與混凝土表面外50mm處的溫度差不大于25℃；對補償收縮混凝土，允許介于30~35℃之間；③混凝土降溫速度不大于1.5℃/d；④撤除保溫層時混凝土表面與大氣溫差不大于20℃。3）混凝土的養(yǎng)護期限：除滿足上條規(guī)定外，混凝土的養(yǎng)護時間自混凝土澆筑開始計算，使用普通硅酸鹽水泥不少于14d，使用其他水泥不少于21d，炎熱天氣適當延長。4）養(yǎng)護期內(nèi)(含撤除保溫層后)混凝土表面應始終保持溫熱潮濕狀態(tài)(塑料膜內(nèi)應有凝結水)。五、混凝土的養(yǎng)護與溫控第二十四頁，共二十六頁，2022年，8月28日混凝土養(yǎng)護邊施工邊鋪養(yǎng)護袋第