大體積混凝土裂縫控制技術(shù)(動(dòng)畫)

大體積混凝土裂縫控制技術(shù)(動(dòng)畫)第一頁(yè)，共22頁(yè)。大體積混凝土的定義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(yīng)力，且必須把裂縫開展控制到最小程度的現(xiàn)澆混凝土。2第二頁(yè)，共22頁(yè)。大體積混凝土抗裂性能的影響因素溫度與收縮裂縫產(chǎn)生的機(jī)理原材料和配合比對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響配筋對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響齡期及養(yǎng)護(hù)對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響3第三頁(yè)，共22頁(yè)。大體積混凝土收縮的組成大體積混凝土收縮是由自生收縮、碳化收縮、塑性收縮、干縮、溫度收縮組成的。干縮：混凝土內(nèi)多余水分蒸發(fā)引起的體積收縮。溫度收縮：由于混凝土溫度下降引起的收縮。外約束與內(nèi)約束外約束：即一個(gè)結(jié)構(gòu)的變形受到其他結(jié)構(gòu)的阻礙。內(nèi)約束：當(dāng)結(jié)構(gòu)截面較厚時(shí)，其內(nèi)部溫度分布不均勻，引起各質(zhì)點(diǎn)變形的相互約束。表面裂縫與貫穿裂縫表面裂縫：大體積混凝土在硬化過(guò)程釋放大量水化熱，使基礎(chǔ)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(yīng)力，在混凝土表面產(chǎn)生拉應(yīng)力（稱內(nèi)約束應(yīng)力），當(dāng)此拉應(yīng)力超過(guò)混凝土抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生表面裂縫。該裂縫多發(fā)生在混凝土升溫階段。貫穿裂縫：當(dāng)大體積混凝土降溫產(chǎn)生的收縮和混凝土自身收縮受到地基或基礎(chǔ)約束時(shí)，在截面中產(chǎn)生拉應(yīng)力（稱外約束應(yīng)力），當(dāng)此拉應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生貫穿裂縫。該裂縫多發(fā)生在混凝土降溫階段。由此可見，混凝土的開裂與原材料、配合比、結(jié)構(gòu)尺寸、配筋、約束程度、養(yǎng)護(hù)條件等多種因素有關(guān)。溫度與收縮裂縫產(chǎn)生的機(jī)理4第四頁(yè)，共22頁(yè)。原材料和配合比對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響水泥品種在常用標(biāo)號(hào)下，采用不同品種的水泥對(duì)混凝土極限拉伸值的影響不大。水泥品種對(duì)混凝土干縮影響較大，一般情況下，C3A含量大，細(xì)度較小的水泥干縮較大。水灰比混凝土抗拉強(qiáng)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，在滿足混凝土施工要求的前提下，減小水灰比對(duì)大體積混凝土抗裂是有利的。骨料盡可能采用粒徑較大，級(jí)配良好的高強(qiáng)度花崗巖、玄武巖等作為骨料對(duì)抗裂有利。外加劑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(qiáng)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(duì)抗裂有利。粉煤灰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(shí)度，減少混凝土干縮的作用。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。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抗拉強(qiáng)度或極限拉伸。5第五頁(yè)，共22頁(yè)。配筋對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響關(guān)于配筋對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響，一方面配置構(gòu)造筋對(duì)提高混凝土極限拉伸和抗裂能力是有利的，同時(shí)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(huì)增加一定程度的收縮應(yīng)力，過(guò)大的配筋率將會(huì)導(dǎo)致較大的收縮應(yīng)力，從而產(chǎn)生裂縫。因此，合理的配筋尤為重要?？偟膩?lái)說(shuō)，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(diǎn)大于增加收縮應(yīng)力缺點(diǎn)。合理配筋是指：配筋率不能過(guò)大，較為合理的配筋率應(yīng)為0.3%~0.5%；應(yīng)采用小直徑（10~16mm),小間距的形式（約@100~@150），且不宜采用光圓鋼筋。由于池壁、地下室側(cè)墻等露天薄壁結(jié)構(gòu)對(duì)環(huán)境濕度及養(yǎng)護(hù)條件極為敏感，其相應(yīng)的收縮比大塊式基礎(chǔ)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(yīng)力作用下產(chǎn)生應(yīng)力集中，導(dǎo)致表面裂縫往深處發(fā)展，誘發(fā)貫穿性裂縫。因此，對(duì)薄壁結(jié)構(gòu)的配筋要求要嚴(yán)格，并注意保濕養(yǎng)護(hù)，盡可能避免表面裂縫的出現(xiàn)。

6第六頁(yè)，共22頁(yè)。齡期及養(yǎng)護(hù)對(duì)大體積混凝土抗裂性能的影響齡期的影響根據(jù)資料，混凝土任意齡期t與28天齡期的抗拉強(qiáng)度的關(guān)系為：ft﹦0.8f28(㏒t)2/3養(yǎng)護(hù)條件的影響?zhàn)B護(hù)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(qiáng)度及極限拉伸。養(yǎng)護(hù)溫度的升高能提高混凝土的早期強(qiáng)度，但對(duì)后期強(qiáng)度有不利影響。因此，在控制內(nèi)外溫差的前提下，在升溫階段應(yīng)盡可能適當(dāng)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(qiáng)度。7第七頁(yè)，共22頁(yè)。大體積混凝土的溫控計(jì)算大體積混凝土的最高溫度計(jì)算大體積混凝土的溫度收縮應(yīng)力計(jì)算8第八頁(yè)，共22頁(yè)。大體積混凝土的最高溫度計(jì)算混凝土內(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。大體積混凝土的最高溫度計(jì)算，如下式：

Tmax=T0+W/10+F/50……………（1）Tmax=T0+·W·Q/·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/kg）C…砼的比熱

…砼質(zhì)量密度

…散熱系數(shù)取以上兩式計(jì)算中心的較大值作為砼的最高溫度值9第九頁(yè)，共22頁(yè)。大體積混凝土的溫度收縮應(yīng)力計(jì)算大體積砼溫度收縮應(yīng)力的計(jì)算：10第十頁(yè)，共22頁(yè)。大體積混凝土的溫度收縮應(yīng)力計(jì)算σmax=-E·α·T·[1-1/(COShβL/2)]·H·(t,τ)

……（1）σmax=-Σ·[1-1/(COShβiL/2)]·

△Ti·Ei(t)

·Hi·(ti,τi)

……（2）

從上述公式可看出：底板的最大溫度收縮應(yīng)力與溫差收縮差及線膨脹系數(shù)成正比，為線性比例關(guān)系。底板彈性模量增加，應(yīng)力增加；底板受地基的約束程度，即地基對(duì)底板的阻力系數(shù)Cx境加，應(yīng)力增加。底板長(zhǎng)度增加，應(yīng)力增加，但呈非線性關(guān)系。大體積砼外約束力應(yīng)力的計(jì)算可分為以下二個(gè)階段：

砼澆筑前的計(jì)算，建議采用公式（1）進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算簡(jiǎn)便且偏于安全。

砼澆筑后的計(jì)算則采用公式（2），可較精簡(jiǎn)計(jì)算，此時(shí)應(yīng)有安全系數(shù)

K=

≥1.15。α1-μni=1Rfσmax11第十一頁(yè)，共22頁(yè)。大體積混凝土裂縫控制的綜合措施設(shè)計(jì)構(gòu)造措施從原材料方面采取措施從施工方面采取措施12第十二頁(yè)，共22頁(yè)。設(shè)計(jì)構(gòu)造措施利用混凝土后期強(qiáng)度一般大體積混凝土的施工工期較長(zhǎng)，上部荷載逐步施加，因此可以考慮采用齡期為45~90天強(qiáng)度代替28天強(qiáng)度，以減少水泥用量。設(shè)置滑動(dòng)層，減少約束應(yīng)力混凝土的強(qiáng)度等級(jí)宜在C20~C35的范圍內(nèi)選用。在遇有約束作用較大的巖石類地基或較厚的混凝土墊層時(shí)，可在地基或墊層與基礎(chǔ)的接觸面上，或于兩端L/4（L—基礎(chǔ)全長(zhǎng)）的區(qū)段內(nèi)，鋪設(shè)滑動(dòng)層，減少滑動(dòng)應(yīng)力隔離層的作法為混凝土上涂刷一層3~5mm厚的瀝青膠或干鋪兩層瀝青油氈。美國(guó)ACI委員會(huì)提出可鋪設(shè)厚50左右的黃砂或石屑作為隔離層。13第十三頁(yè)，共22頁(yè)。設(shè)計(jì)構(gòu)造措施設(shè)置緩沖層在底板的地梁、坑內(nèi)水溝等鍵槽部位，可用厚度為30~50mm的聚苯乙烯泡沫或?yàn)r青木絲板作垂直隔離，以緩和地基對(duì)基礎(chǔ)收縮時(shí)的側(cè)向壓力。(見右圖)避免應(yīng)力集中在大體積混凝土結(jié)構(gòu)的孔洞或截面突變處，由于溫度和收縮作用，會(huì)產(chǎn)生應(yīng)力集中而導(dǎo)致開裂。應(yīng)采取增配鋼筋或設(shè)置過(guò)渡段的措施。(見右圖)14第十四頁(yè)，共22頁(yè)。設(shè)計(jì)構(gòu)造措施增設(shè)暗梁在現(xiàn)澆鋼筋混凝土地下室、水池等結(jié)構(gòu)施工時(shí)，為了防止底板與邊墻、邊墻之間因約束應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫及邊墻上部因邊緣效應(yīng)引起的裂縫，可在施工縫上下等薄弱部位增配4?16~4?22的鋼筋予以加強(qiáng)。(見下圖)15第十五頁(yè)，共22頁(yè)。設(shè)計(jì)構(gòu)造措施合理配筋當(dāng)混凝土的底板或墻體厚度較小時(shí)，增配構(gòu)造鋼筋，能起到抵抗混凝土溫度裂縫的作用。但對(duì)于大塊式基礎(chǔ)，構(gòu)造筋對(duì)控制貫穿性裂縫的作用略小。構(gòu)造鋼筋應(yīng)盡可能采用Ⅱ級(jí)鋼、小直徑和小間距。直徑約10~16mm，間距100~150mm，按全截面對(duì)稱配置。全截面含筋率宜控制在0.3%~0.5%。實(shí)踐證明，含筋率小于0。3%時(shí)，對(duì)混凝土的裂縫控制作用不大。當(dāng)配筋率太大時(shí)，則較易引起混凝土的收縮裂縫，且不經(jīng)濟(jì)。大塊式混凝土的鋼筋宜分散多層設(shè)置，或在中截面處增配空間網(wǎng)片狀鋼筋作構(gòu)造鋼筋，不宜集中在底層或上下兩層。合理設(shè)置施工縫“抗”的方法即不設(shè)任何施工縫，通過(guò)采取措施減少被約束體與約束體之間的相對(duì)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(qiáng)度等，以抵抗溫度收縮變形和約束應(yīng)力?！胺拧钡姆椒匆栽O(shè)置永久性伸縮縫的辦法，將超長(zhǎng)的現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)分成若干段，以釋放大部分變形，減少約束應(yīng)力。16第十六頁(yè)，共22頁(yè)。設(shè)計(jì)構(gòu)造措施“放”“抗”結(jié)合的方法采用“后澆帶”的施工方法在施工期間設(shè)置作為臨時(shí)施工縫的“后澆帶”，將結(jié)構(gòu)分成若干段，可有效削減溫度收縮應(yīng)力。采用“跳倉(cāng)打”的施工方法將整個(gè)結(jié)構(gòu)按垂直施工縫分段，間隔一段，澆筑一段，經(jīng)過(guò)不少于5d的間歇期后再澆筑成整體。采用“混凝土薄層澆筑”的施工方法將底板水平分成幾個(gè)施工層，施工層之間的結(jié)合按施工縫處理。分層厚度一般控制在0.6~2.0m范圍內(nèi)，層間間歇時(shí)間約取5~7d為宜。合理制定溫控指標(biāo)大體積混凝土施工前，應(yīng)對(duì)施工階段大體積混凝土澆筑塊體的最高溫度、溫度收縮應(yīng)力進(jìn)行驗(yàn)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(biāo)，制定相應(yīng)的技術(shù)措施（包括混凝土原材料的選擇、混凝土拌制運(yùn)輸過(guò)程中的降溫措施、保溫養(yǎng)護(hù)措施等），以達(dá)到控制裂縫的目的。幾個(gè)溫控指標(biāo)17第十七頁(yè)，共22頁(yè)。設(shè)計(jì)構(gòu)造措施溫控指標(biāo)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?；炷翝仓囟取痘炷两Y(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》(GB50204-92)規(guī)定：大體積混凝土澆筑溫度不宜超過(guò)28℃。內(nèi)外溫差《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》規(guī)定：混凝土表面和內(nèi)部溫差應(yīng)控制在設(shè)計(jì)要求的范圍內(nèi)，當(dāng)設(shè)計(jì)無(wú)具體要求時(shí)，溫差不宜超過(guò)25℃。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50~100MM處的溫度。內(nèi)部溫差內(nèi)部溫差是指混凝土內(nèi)同一點(diǎn)在不同時(shí)間的溫度差值?！秹K體基礎(chǔ)大體積混凝土施工技術(shù)規(guī)程》（YBJ224-91）規(guī)定：混凝土塊體的降溫速度宜不大于1.5℃/天。溫度陡降寒潮來(lái)臨、冷空氣影響、暴雨襲擊、撤除保溫層時(shí)間不當(dāng)?shù)染蓪?dǎo)致混凝土表面溫度突然下降，引起表面裂縫?！朵摻罨炷粮邔咏ㄖY(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工規(guī)程》（JGJ-91）規(guī)定：溫度陡降不應(yīng)超過(guò)10℃。18第十八頁(yè)，共22頁(yè)。從原材料方面采取技術(shù)措施合理選擇水泥品種選用C3S及C3A含量低的中、低熱水泥。合理選用骨料在滿足施工要求的情況下，盡量選用粒徑較大、級(jí)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(jì)應(yīng)不大于15%。摻加塊石。在無(wú)筋或少筋的大塊混凝土中，可摻入不超過(guò)混凝土體積的25%的大塊石，以減少水泥用量，降低水化熱。細(xì)骨料以中、粗砂為宜。嚴(yán)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%。合理選用外摻料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(shí)可降低水化熱釋放的速度，延緩溫度峰值出現(xiàn)的時(shí)間。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(yīng)注意摻加粉煤灰后混凝土