1、#*目 录1 前言 .11.1 大体积混凝土研究现状及存在的问题 .11.2 本文研究的内容及意义 .22 大体积混凝土裂缝成因分析与施工技术研究 .32.1 裂缝与裂缝控制的概念及分类 .32.2 大体积混凝土裂缝的成因 .32.2.1 混凝土本身的影响 .32.2.2 其他因素的影响 .42.3 大体积混凝土施工方案和施工技术研究 .52.3.1 大体积混凝土的设计构造要求 .52.3.2 混凝土配合比及其材料 .62.4 混凝土的浇筑与养护 .72.4.1 混凝土的浇筑 .72.4.2 混凝土的养护 .72.4.3 混凝土浇筑块体表面保温层的计算方法 .82.4.4 大体积混凝土浇筑的其
2、它规定 .92.5 本章小结 .93 混凝土结构温度收缩裂缝控制理论 .113.1 计算温度应力的基本假定 .113.2 混凝土的基本物理力学性能 .113.2.1 混凝土各龄期的收缩及收缩当量温差 .113.2.2 混凝土的弹性模量 .123.2.3 混凝土极限拉伸值 .123.2.4 大体积混凝土的应力松弛系数 .133.3 混凝土温度的计算 .133.3.1 混凝土的绝热温升计算 .14#* 3.3.2 非绝热温升 .153.3.3 混凝土表面温度的估算 .153.3.4 混凝土内外温差计算 .153.4 大体积混凝土温度应力计算及裂缝控制条件 .163.4.1 自约束拉应力的计算 .1
3、63.4.2 外约束拉应力计算 .163.4.3 控制温度裂缝的条件 .173.5 本章小结 .174 大体积混凝土施工实例一 .184.1 工程概况 .184.2 施工方案 .184.2.1 原材料 .184.2.2 混凝土的搅拌、运输及准备 .184.2.3 混凝土浇筑 .184.2.4 大体积混凝土的振捣 .184.3 大体积混凝土质量控制 .194.3.1 混凝土裂缝控制措施 .194.3.2 混凝土试块留置及养护 .244.4 混凝土质量保证及成品保护措施 .254.4.1 混凝土质量保证措施 .254.4.2 成品保护措施 .254.4.3 安全文明施工措施 .255 大体积混凝土
4、施工实例二 .275.1 工程概况 .275.2 大体积混凝土原材料和外加剂的选用 .275.3 混凝土配合比设计 .275.4 底板大体积混凝土质量控制措施 .285.4.1 大体积混凝土质量标准 .285.4.2 混凝土拌制及运输 .29#*5.4.3 混凝土浇筑 .305.4.4 混凝土养护 .305.4.5 混凝土的振捣 .315.4.6 成品保护及试块制作和管理 .315.5 冬期施工混凝土质量保证措施 .325.6 大体积混凝土测温 .326 结论与展望 .346.1 结论 .346.2 展望 .35致 谢 .36参考文献 .37#*1 前 言1.1 大体积混凝土研究现状及存在的问
5、题随着中国经济的快速发展，我国的建筑行业也取得了辉煌的成就。其中，混凝土结构设计理论与设计己经处于世界领先的水平。同时，也开发出了一批新型建筑材料，出现了一大批的高层、超高层工业或民用建筑。因此，大体积混凝土也越来越多的被应用到各种各样的实际工程之中。大体积混凝土指的是最小断面尺寸大于 lm 以上，施工时必须采取相应的技术措施妥善处理水化热引起的混凝土内外温度差，合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构1。其施工特点是:整体性要求比较高，要求连续浇筑;结构的体量较大，浇筑混凝土后形成较大的内外温差和温度应力。大体积混凝土工程结构较厚，体形较大、钢筋较密，混凝土数量较多，施工条件较为复杂，施工
6、技术要求高，必须同时满足强度、刚度、整体性和耐久性要求，另外，还存在如何控制和防止温度应力，变形裂缝产生等问题。随着大体积混凝土施工技术不断地提高，高质量的施工技术也成为社会发展的必然要求。随着生产技术和生产力的不断提高，建设领域的逐渐扩大，大体积混凝土逐渐应用于大型钢筋混凝土结构。但是，由于混凝土内部蓄热量大，温度应力增大，使得混凝土裂缝的控制问题成为设计及施工中的一个急需解决的重大问题 2。1930 年以后，人们开始注意大体积混凝土的裂缝控制问题，并认识到水泥水化热引发的温度应力是大体积混凝土产生裂缝的根本原因。从此美国开始了对大体积混凝土结构进行全面的研究，开发了多种技术措施，这些技术措
7、施包括:(l)开发低热水泥(2)降低混凝土中水泥用量(3)开发新的混凝土施工工艺(4)降低混凝土的浇筑温度(5)对大体积混凝土的表面进行保温，控制其内外的温差早在二十世纪 50 年代， “工业建筑温度伸缩缝问题”在建筑领域里是属于一个具有规范性的问题 1。人们在前人研究的基础上开始研究温度应力、温度控制的方法。在国内，一般采用经验公式计算大体积混凝土其中心最高温度、施工温度应力以及表面温度，这种做法能够简化计算且具有较强的实用价值。但由于未能考虑大体积混凝土内部温度的连续性及连续变化的外界温度的影响，同时采用经验值确定浇筑厚度的温降修正系数，所得结果与实际施工过程中的温度场变化的规律相差很大。
8、由于假设温度场与实际温度场不符，加上没有考虑徐变的影响，施工期温度应力的计算结果与实际混凝土的应力场也不相符合。依据经验公式计算很难了解实际工程温度应力。目前，许多学者应用现代化的计算机技术，综合考虑混凝土的入模温度、混凝土的弹性模量在浇注过程的变化规律以及水泥水化热散热规律和外界气温变化规律，采用有限差分法或有限单元法求解一、二及三维大体积混凝土温度场，有些学者全面的总结了大体积混凝土结构温度与裂缝控制最新研究结果及各种工业结构的裂缝控制方法，提出了较为实用的大体积混凝土工程裂缝的控制方法以及温度场和温度应力场的计算方法，并已在大量工程中得到了广泛应用。与此同时，随着计算机技术的发展，混凝土
9、温度场及应力场的仿真计算也受到人们的重视。考虑诸多随机性，就温度场获得而言，首先是近似处理结构边界条件;其次是考虑气温、水泥和日照等影响因素的随机性;再次是估算原材料温度、混凝土出机温度、浇筑温度;四是考虑混凝土的配合比的随机性引起的绝热温升随机性;五是采用半经验半理论公式换算混凝土热学参数的随机性，如:导热系数、导温系数等。就温度应力场的获得而言，一方面考虑是随机温度场的随机性，另一方面，考虑混凝土材料力学特性如弹性模量、徐变度等，利用随机性分析大体积混凝土的温度场分布规律是当今此类结构的一个发展趋势 3。目前，对大体积混凝土施工的研究体现在以下两个方面:(l)为了防止大体积混凝土构件过长，
10、致使构件底部或者是构件的部分断面在收缩过程中约束应力过大，及当应力超过混凝土的在此龄期时的抗拉强度时，混凝土将产生裂缝，#*故用伸缩缝将一个构件分成若干施工段。于是，伸缩缝间距研究也就成为大体积混凝土结构的主要研究对象 4。(2)为了解决前面相关研究理论不能解决的问题，在后期研究过程中，主要表现在混凝土组成材料的性能和大体积混凝土的配合比以及养护降温等方法的研究。1.2 本文研究的内容及意义本文在前人研究的基础上，大量查阅国内外与大体积混凝土相关文献，主要研究和介绍了以下内容:(l)介绍了大体积混凝土应力的理论计算和分析方法，并将计算分析结果与现场测试的结果进行比较分析，验证当前理论的正确性；
11、(2)研究了大体积混凝土裂缝的成因，提出控制大体积混凝土施工裂缝的有效措施；(3)提出实用的计算混凝土裂缝的方法；(4)根据本工程的实践经验，提出大体积混凝土结构设计合理方法、施工工艺的选择方法、制定合理施工方案的步骤等；(5)根据实际工程经验总结出大体积混凝土施工应注意的主要问题，并提出相关解决方案；利用前面的方法对背景工程中的大体积混凝土基础进行了温度场分析和温度监控。从材料选用、浇筑方式、养护等方面入手，采取综合措施控制温度裂缝，达到预期目的。#*2 大体积混凝土裂缝成因分析与施工技术研究2.1 裂缝与裂缝控制的概念及分类裂缝是指固体材料中的某种不连续现象，在学术上属于结构材料强度理论范
12、畴 5，是一种人们可以接受的材料特征。建筑结构的裂缝是不可避免的，如对建筑物抗裂要求过高，必将付出巨大的代价，科学的研究是将其有害程度控制在允许范围之内。因此，建筑物的裂缝控制是指将裂缝的预测、预防和处理工作。大体积混凝土裂缝主要包括以下几种:(1)微观裂缝一般认为，混凝土的微观裂缝主要包括:粘着裂缝；水泥石裂缝；集料裂缝。在这三种裂缝中，前两种较多，集料裂缝出现较少。混凝土出现的微裂缝主要指前两种。微观裂缝的存在，对混凝土的基本性质产生重要影响。由于混凝土微裂缝的分布规律是不规则的而且是非贯穿的，所以具有微裂缝的混凝土是可以承受一定拉力的。但是，在结构受拉力较大的部位，微裂缝很容易扩展并贯穿
13、整个结构，较早地导致结构断裂。实际上混凝土结构物主要是剪拉破坏。混凝土的构造理论可以解释混凝土微裂缝的成因，即视混凝土为各种材料组成的非均质材料。在混凝土水化和硬化的同时，结构产生不均匀的体积变形;各种材料之间的不均匀变形产生了相互约束应力。按照构相关计算模型，不均匀变形引起内应力就导致粘着微裂缝出现。总的来说，混凝土结构有裂缝是绝对的，无裂缝是相对的，裂缝控制的目的也就是将混凝土控制在无大于 0.05裂缝的状态。(2)宏观裂缝宽度不小于 0.05的裂缝称为宏观裂缝，宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来的。引起混凝土产生结构宏观裂缝的主要原因包括:外荷载;结构次应力;变形应力，当上述应力超过混凝土抗拉
14、强度时就产生裂缝 6。混凝土的宏观裂缝按其成因有荷载裂缝、变形裂缝、施工裂缝、碱骨料反应裂缝。根据它们在结构中的分布区域，可分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝。混凝土干缩变形和自身温度场变化的内部约束或由于气温骤降引起混凝土表面裂缝。混凝土内外温差产生的温度应力，当它们大于混凝土同龄期的抗拉强度时就会产生裂缝。一般情况下不会形成贯穿裂缝或深层裂缝。内部裂缝是由于在出现表面裂缝浇筑块顶面上浇筑新混凝土形成的。深层裂缝是出现在脱离基础约束范围以外的表面裂缝，由于混凝土降温的过程较长，在混凝土块内部温度场复杂，裂缝向纵深发展，形成了深层裂缝，但是其内部仍是连续的。基础贯穿裂缝是切断混凝土结构的大裂缝。
15、混凝土水化热温升导致浇筑温度过高，形成最高温度，当降到最低温度时，即产生基础温差，当温度应力大于同龄期混凝土的抗拉强度时就产生基础贯穿裂缝。2.2 大体积混凝土裂缝的成因根据有关资料，混凝土早期裂缝 80%左右由施工因素造成的，15%左右因混凝土材料方面的原因造成，5%左右因设计不当造成。混凝土裂缝的产生主要与材料、施工、设计、使用环境等有关。因此，混凝土产生裂缝原因主要有以下几点。2.2.1 混凝土本身的影响(1)混凝土的体积稳定性混凝土的体积稳定性是指混凝土在抵抗物理、化学作用下产生变形的能力。体积稳定性不好致使混凝土的抗渗性性能降低，溶液性的物质渗透到混凝土中，#*造成混凝土的耐久性能下
16、降。混凝土的体积变化可以分为三个阶段。混凝土硬化前的体积变化混凝土硬化过程中的体积变化混凝土硬化后的体积变化(2)混凝土的收缩 7收缩是混凝土本身所固有的一种重要特性。在没有负载的情况下，混凝土的开裂往往由于收缩变形而导致。混凝土的收缩变形主要包括以下几个方面等。干燥收缩自收缩塑性收缩化学减缩温度收缩碳化收缩沉降收缩(3)混凝土的徐变在任意荷载作用下，混凝土结构除了发生弹性变形外，还产生一种随时间缓慢增加的非弹性变形，称为“徐变变形” 。徐变变形比瞬时弹性变形大 13 倍。徐变变形是混凝土内部质点的粘性滑动现象。当混凝土结构变形不变，混凝土内部约束应力减小，称为“应力松弛” 8。徐变能降低大体
17、积混凝土结构的温度应力，减少收缩裂缝，也能削减结构应力集中区和因基础不均匀沉降引起局部应力的结构的应力峰值。有时在工程施工中可在保持大体积混凝土强度不变的条件下，设法提高混凝土的徐变以减缓结构裂缝的目的。但结构的徐变也有不利的一面，比如徐变会不断加大结构的变形;在预应力混凝土结构中，徐变会还会引起预应力的损失等，所以应综合考虑徐变的影响。(4)混凝土所用材料的影响水泥和水混凝土结构开裂主要是由于本身收缩受到约束而产生的拉应力超过其抗拉强度。混凝土产生的收缩值及强度值因水泥种类、水泥用量拌制不同而不同。水泥的细度问题是需要我们特别关注的，水泥的细度越细，混凝土越容易开裂。砂、石骨料混凝土骨料的含
18、泥量越高越容易开裂。这是由于骨料表面所带的泥份妨碍了骨料与水泥浆之间的咬合粘结，弱化了界面结构，因而降低了混凝土的抗拉强度。外加剂和掺合料试验表明掺化学外加剂的混凝土干缩值较大。使用一般化学外加剂比使用促凝性 AE减水剂的干缩值低。混凝土的初期干缩值在使用外加剂的情况下较大，不掺外加剂比使用促凝性 AE 减水剂混凝土的干缩值低。混凝土掺加膨胀剂时养护的要求更高。在早期养护不好时，膨胀混凝土更容易发生裂缝。2.2.2 其他因素的影响(1)结构设计因素在实际工程中，可以通过理论计算来控制裂缝；通常采用构造设计来对变形作用引起的裂缝加以控制 9。结构计算时，要先假定结构物的受力体系有关参数，而常规的
19、计算模型与很多结构物的实际工作状态有一定的差别，使得内力计算的结果与实际结果相差很大，这些未考虑到的可能内力一般会引起结构裂缝。对于约束条件的影响。结构在变形变化时，会受到一定的抑制而阻碍其自由变形，该抑制即称为“约束” 。结构内部各质点之间的约束称为“内约束” ，不同结构之间一的约束称为“外约束” 。大体积混凝土由于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，#*应是混凝土线膨胀系数和温差的乘积，即:=T （2.1） 温度收缩时的相对变形;T 温差; 线膨胀系数。当 大于混凝土的极限拉伸值 p时，结构出现裂缝。由于混凝土产生徐变变形;结构不可能受到全约束，而且，所以温差在 25
20、甚至 30情况下，混凝土亦可能不开裂。因此，改善约束对于防止混凝士开裂的效果很明显。(2)施工方面的因素违章施工、不当施工造成混凝土裂缝夏季施工时由于混凝土的经时坍损较大，混凝土的和易性和流动性较差，如果现场工人人为加水，就会降低混凝土强度，造成不同配比混凝土的干缩裂缝和凝缩裂缝。主要由以下原因造成：施工时预留孔洞、预埋通风采暖水电管道，未采取钢筋加强措施，造成裂缝;主要结构部位模板支撑不利，或拆模过早造成混凝土内部受振，或者混凝土内部在未达到设计强度时超负荷造成裂缝;混凝土养护工作管理不严，造成混凝土早期强度增长时失水，收缩量大，产生裂缝;现场浇筑停歇时间超过混凝土终凝时间，没有处理好接头部
21、位等。施工时混凝土振捣方式不当不正确的振捣方式会造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂，或混凝土产生均匀沉降收缩而在结构厚薄交界处出现裂缝。混凝土养护不当引起混凝土开裂现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因 10。混凝土浇筑后，若表面不及时覆盖进行潮湿养护，表面水分迅速蒸发，很容易产生收缩裂缝，特别是在风速、相对湿度低、大气温高的情况下，干缩更容易发生。环境气候的因素外界气温的变化情况在大体积混凝土结构施工期间对防止大体积混凝土开裂有重大影响。混凝土的内部温度是各种温度的叠加，而温度应力则是温差所引起的温度变形造成的，与温差呈正比。因此，应采取合理的温度控制措施，以防止大体积混凝
22、土温度应力过大。2.3 大体积混凝土施工方案和施工技术研究大体积混凝土产生裂缝是由多种原因造成的，其主要原因是温度应力引起的应变造成的。要想避免大体积混凝土的质量问题也应进行综合治理 11。2.3.1 大体积混凝土的设计构造要求(l)大体积混凝土基础的工程设计除应满足设计规范及生产工艺的要求外，宜符合下列要求:混凝土设计强度等级宜在 C25C40 的范围内;配置承受温度应力及控制温度裂缝开展的构造钢筋;当大体积混凝土置于岩石类地基上时，宜在混凝土垫层上设置滑动层;设计中应尽可能减少大体积混凝土外部约束；设计单位提出温度场和应变的相关测试要求；大块式基础及其他筏式、箱体基础不宜设置永久变形缝及竖
23、向施工缝；大体积混凝土应根据混凝土浇筑过程中温度裂缝控制的要求设置水平施工缝的;(2)大体积混凝土工程施工前，应验算浇筑体的温度、温度应力及收缩应力，确定施工阶段升温峰值，内外温差及降温速率的控制指标，制定温控的技术措施。一般情况下，混凝土入模温度绝热温升值最大值不超过 45;内外温差不超过 30;降温速率为 2.0/d。(3)大体积混凝土施工前，应掌握近期气象情况(如高温、寒潮等)。在冬期施工时，#*应制定相应措施。(4)大体积混凝土模板宜采用钢模板、木模板或钢木混合模板。2.3.2 混凝土配合比及其材料(l)经设计单位同意，当大体积混凝土的强度等级为 C20 以上时，可利用混凝土 60 天
24、的后期强度作为混凝土强度评定、工程交工验收及混凝土配合比设计的依据。(2)在保证设计所规定强度、耐久性等要求和满足施工工艺特性的前提下，应按照合理使用材料、减少水泥用量和降低混凝土的绝热温升的原则进行大体积混凝土配合比选择。(3)大体积混凝土配合比选择时应考虑应尽量减少水泥用量，使混凝土浇筑后的内外温差和降温速度得到有效控制，以降低养护的费用。(4)大体积混凝土配合比设计应符合下列规定:混凝土强度等级的设计依据可利用混凝土 60 天或 90 天后期强度；混凝土拌合物，浇注时坍落度应低于 160 士 20;水泥用量宜控制在 230450kg/m 3(强度等级在 C25C40)；拌合水用量不宜大于
25、 190kg/m3；矿物掺合料的掺量，应根据工程的具体情况和耐久性要求确定;粉煤灰掺量不宜超过水泥用量的 40%;矿渣粉的掺量不宜超过水泥用量的 50%;两种掺合料的总量不宜大于混凝土中水泥重量的 50%；水胶比不宜大于 0.55；砂率宜为 3845%；拌合物泌水量宜小于 10L/m3；混凝土配合比应通过计算和试配确定，对泵送混凝土还应进行泵送试验；混凝土配合比设计方法应按现行的普通混凝土配合比设计技术规程执行；混凝土的强度应符合国家现行的混凝土强度检验评定标准的有关规定。(5)配制大体积混凝土所用水泥的选择及其质量应符合下列规定 12:所用水泥应符合下列国家标准:矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸
26、盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥 ；硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 ；当采用其他品种时其性能指标必须符合有关的国家标准要求；应优先选用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥，大体积混凝土施工所用水泥其 7 天的水化热不宜大于 270KJ/kg；当混凝土有抗渗指标要求时，所用水泥的铝酸三钙(C 3A)含量不应大于 8%；所用水泥在搅拌站的入罐温度不应大于 60。(6)大体积混凝土所用骨料的选择，除应符合现行国家标准的质量要求外，应符合下列规定:细骨料采用中砂，其细度模数应大于 2.3，含泥量不大于 3%，当含泥量超标时，应在搅拌前进行水洗，检测合格后方可使用；粗骨料宜选用粒径 531.5mm，级配良好，含泥
27、量不大于 1%，非碱活性的粗骨料;非泵送施工时粗骨料的粒径可适当增大；(7)混凝土中掺用的外加剂及混合料应符合下列规定:作为改善性能和降低混凝土硬化过程水泥水化热的矿物掺合料;粉煤灰和高炉粒化矿渣粉，其质量应符合现行的国家标准用于水泥混凝土中的粉煤灰GB1596、 用于水泥混凝土中的粒化高炉矿渣粉GB/T18046 的规定；所用外加剂的质量及应用技术应符合现行国家标准混凝土外加剂GB8076、 混凝土外加剂应用技术规范GB50119 和有关环境保护的规定。外加剂的品种、掺量应根据工程具体情况通过水泥适应性和实际效果实验确定;必须考虑外加剂对硬化混凝土收缩等性能的影响;慎用含有膨胀性能的外加剂;
28、对耐久性要求较高和寒冷地区的大体积混凝土宜采用引气剂或引气减水剂；#*2.4 混凝土的浇筑与养护2.4.1 混凝土的浇筑(l)混凝土的浇筑方法可采用分层连续浇筑或推移式连续浇筑(如图 2.1 所示，数字为浇筑先后次序)，不得随意留施工缝，并符合下列规定；混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定。当采用泵送混凝土时，混凝土的摊铺厚度不宜大于 600:当采用非泵送混凝土时，混凝土的摊铺厚度不宜大于 400；分层连续浇筑或推移式连续浇筑，其层间的间隔时间应尽量缩短，必须在前层混凝土初凝之前，将其次层混凝土浇筑完毕。层间最长的时间间隔应不大于混凝土的初凝时间。混凝土的初凝时间应通
29、过试验确定。当层间间隔时间超过混凝土的初凝时间时，层面应按施工缝处理。a 一分层连续浇注 b 一推移式连续浇筑图 2.1 混凝土浇筑工艺对于工程量较大、浇筑面积也大、一次连续浇筑层厚度不大(一般不超过 3m)，且浇筑能力不足时的混凝土工程，宜采用推移式连续浇筑法。(2)大体积混凝土施工采取分层浇筑混凝土时，水平施工缝的处理应符合下列规定 13:清除浇筑表面的浮浆、软弱混凝土层及松动的石子，并均匀的露出粗骨料；在上层混凝土浇筑前，应用压力水冲洗混凝土表面的污物，充分湿润，但不得有积水；对非泵送及低流动度混凝土，在浇筑上层混凝土时，应采取接浆措施。(3)混凝土的拌制、运输必须满足连续浇筑施工以及尽
30、量降低混凝土出罐温度等方面的要求，并应符合下列规定:当炎热季节浇筑大体积混凝土时，混凝土搅拌场、站宜对砂、石骨料采取遮阳、降温措施；当采用自备搅拌站时，搅拌站应尽量靠近混凝土浇筑地点，以缩短水平运输距离；当采用泵送混凝土施工时，混凝土的运输宜采用混凝土搅拌运输车。混凝土搅拌运输车的数量应满足混凝土连续浇筑的要求。(4)在混凝土浇筑过程中，应及时清除混凝土表面的泌水。在大体积混凝土浇筑过程中，由于混凝土表面泌水现象普遍存在，为保证混凝土的浇筑质量，要及时清除混凝土表面泌水。因为泵送混凝土的水灰比一般比较大，泌水现象也比较严重，不及时清除，将会降低结构的混凝土质量 14。2.4.2 混凝土的养护(l)在每次混凝土浇筑完毕后，应及时按温控技术措施的要求进行保温养护，并应符合下列规定 15:
