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1、第7節(jié) 大體積混凝土施工,高層建筑基礎底板、樁基承臺板、深梁多為大體積的鋼筋混凝土、加之高層建筑基礎底板承受荷載大，結構整體剛度要求高，目前普遍底板不分縫，一次連續(xù)整澆混凝土量很大。如武漢國際貿(mào)易中心大廈52層，主樓承臺板厚分別為3.1m，3.7m，4.8m，混凝土(C40)總體積達11000m3，一次性澆筑完畢。上海金茂大廈主樓的基礎承臺厚4m，一次性澆筑14萬立方米混凝土（C50）。除基礎大體積混凝土外，在上部結構中構件體積也越來越大，,如廣州中天大廈底層大空間的邊柱跨度45m， 轉換層采用高7.55m，2.75m的4根鋼筋混凝土大梁，L形角柱邊長為7.55m，寬2.75m，同樣屬于大體積

2、混凝土。大體積鋼筋混凝土溫度場的變化和裂縫的產(chǎn)生和防止自有其內在的不同于一般體積混凝土的規(guī)律，在工程施工中應予以高度重視。,大體積砼結構的特點,由于高層基礎多為砼體積較大的箱形、筏形和樁承臺較大的基礎，這種結構有結構厚、體形大、鋼筋密、混凝土數(shù)量多、工程條件復雜和施工技術要求高等特點。外荷載引起裂縫的可能性很小。但水泥的水化反應過程中釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度變化與砼收縮的共同作用，會產(chǎn)生較大溫度應力和收縮應力，是大體積砼結構出現(xiàn)裂縫的主要因素。這些裂縫往往給工程帶來不同程度的危害，所以必須控制溫度應力和溫度變形裂縫的開展。,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

3、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。 我國建設部在行業(yè)標準普通混凝土配合比設計規(guī)程（JGJ55-2000）中給予大體積混凝土定義：混凝土結構物實體最小尺寸等于或大于1m，或預計會因水泥水化熱引起混凝土內外溫差過大而導致裂縫的混凝土。,日本建筑學會標準（JASS）定義：“結構斷面最小尺寸在80cm以上，水化熱引起混凝土內的最高溫度與外界氣溫之差預計超過25的混凝土稱為大體積混凝土?！?美國（ACI）規(guī)定：“任何就地建筑的大體積混凝土，其尺寸之大，必須要求采取措施解決水化熱及隨之引起的體積變形問題，以最大限度減少開裂?！?通過大量的工程實踐證明

4、：,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外最大溫差預計可能超過25，應按大體積砼施工,建筑工程的大體積混凝土,1、基礎工程：厚大的混凝土底板、深梁、厚大的樁基承臺等； 2、上部結構：巨型柱、高層建筑的轉換梁或板、防輻射結構,結構物裂縫的基本概念,裂縫的種類及產(chǎn)生的原因: 1、裂縫的種類：按裂縫的寬度不同，混凝土裂縫可分為“微觀裂縫”和“宏觀裂縫”兩種。 1）微觀裂縫（在尚未承受荷載的混凝土結構中存在著肉眼看不見的微觀裂縫其寬度為0.05mm以下）： 粘著裂縫：骨料與水泥石粘 面上的 水泥石裂

5、縫：骨料間水泥漿中的裂縫 骨料裂縫：存在于骨料本身的裂縫,前兩種形式的裂縫較多，且這些裂縫分布不規(guī)則、不貫穿，砼仍可承受拉力。,2）宏觀裂縫（寬度0.05mm以上肉眼可見的裂縫）： 表面裂縫：表面拉應力大于砼極限抗拉強度時出現(xiàn)的裂縫 貫穿裂縫：砼從高溫降溫引起砼收縮產(chǎn)生拉應力，當大于砼的極限抗拉強度時，混凝土 的整個截面出現(xiàn)貫穿裂縫。 深層裂縫：表面裂縫發(fā)展而成深層裂縫,宏觀裂縫是微觀裂縫擴展的結果。,(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；而混凝土內部由于散熱條件較差，熱量不易散

6、發(fā)，其溫度上升較多?；炷羶炔繙囟雀?、表面溫度低，則形成溫度梯度，使混凝土內部產(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。,表面裂縫雖不屬于結構性裂縫，但在混凝土收縮時，由于表面裂縫處的斷面已削弱，易產(chǎn)生應力集中現(xiàn)象，能促使裂縫進一步開展。國內外對裂縫寬度都有相應的規(guī)定，如我國的混凝土結構設計規(guī)范(GB50-89)，對鋼筋混凝土結構的最大允許裂縫寬度就有明確的規(guī)定：室內正常環(huán)境下的一般構件為0.3mm；露天或室內高濕度環(huán)境下為0.2mm。,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

7、可忽略不計。,混凝土澆筑一定時問后，水泥水化熱基本已釋放，混凝土從最高溫逐漸降溫，降溫的結果引起混凝土收縮，再加上混凝土多余水分蒸發(fā)等引起的體積收縮變形，受到地基和結構邊界條件的約束，不能自由變形，導致產(chǎn)生拉應力，當該拉應力超過混凝土極限抗拉強度時，混凝土整個截面就會產(chǎn)生貫穿裂縫,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。,深層裂縫,基礎約束范圍內的混凝土，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

8、。如果設法避免基礎約束區(qū)的表面裂縫，且混凝土內外溫差控制適當，基本上可避免出現(xiàn)深層裂縫和貫穿裂縫。,,,混凝土裂縫的三類原因：,1、由外荷載的直接應力（即按常規(guī)計算的主要應力）引起的裂縫。,2、由結構的次應力（計算未考慮到的結構內部應力）引起的裂縫。,大體積混凝土的裂縫多由上述第三種原因引起。 當變形受到約束產(chǎn)生的應力超過混凝土的抗拉強度時，就引起裂縫。,3、由變形變化（溫度、收縮、不均勻沉降等）引起的裂縫。,混凝土基礎底板內部溫差引起的溫度應力分布：,結構變形的內外約束： 1、內約束：結構變形時，其內部各質點之間產(chǎn)生的約束； 2、外約束：結構變形時，不同結構之間產(chǎn)生的約束。 外約束分為：自由

9、體、全約束、彈性約束（部分約束） 建筑工程中的大體積混凝土，外約束應力占主要地位,,,大體積混凝土基礎底板產(chǎn)生的裂縫,1、內約束引起的表面裂縫：砼澆筑初期，其內部與表面溫差過大；,2、外約束引起的深層裂縫：砼澆筑后期，砼降溫、干縮變形引起的基礎底板收縮受到地基約束。,（主要由溫度變形、收縮變形導致）,,,大體積混凝土基礎底板產(chǎn)生的裂縫,大體積混凝土基礎底板出現(xiàn)的裂縫按深度可分為以下三種： 表面裂縫、深層裂縫、貫穿裂縫,深層裂縫進一步擴展形成貫穿裂縫,,,混凝土結構裂縫寬度的控制,一類環(huán)境（室內正常環(huán)境）：0.3mm； 二類環(huán)境：0.2mm。,對于基礎、地下或半地下結構，裂縫主要影響其防滲性能

10、。當裂縫寬度只有0.10.2mm時，雖然早期有輕微滲水，經(jīng)過一段時間后一般裂縫可以自愈。 當裂縫寬度超過0.20.3mm時，其滲水量與裂縫寬度呈三次方增加，必須進行化學注漿處理。,目的： 防止鋼筋銹蝕、混凝土碳化和酥松脫落，從而影響結構的耐久性、防水性。,混凝土結構設計規(guī)范（GB500102002）的要求：,,,大體積混凝土結構施工階段產(chǎn)生裂縫的主要原因：,1、水泥水化熱；,水化熱引起的絕熱溫升：與混凝土單位體積內的水泥用量和水泥品種有關，并隨混凝土的齡期按指數(shù)關系增長，一般10d左右達到最終絕熱溫升。,但由于結構自然散熱，實際混凝土內部的最高溫度，大多發(fā)生在混凝土澆筑后的35d。,,,大

11、體積混凝土結構施工階段產(chǎn)生裂縫的主要原因：,2、約束條件；,（1）在全約束條件下，混凝土結構因溫差產(chǎn)生的溫度應力應為： E； 其中： T（即溫差與混凝土線脹系數(shù)的乘積）；,當超過混凝土的極限拉伸值p時，結構便出現(xiàn)裂縫。,（2）實際混凝土結構并非受到全約束，且混凝土還有徐變變形，所以內外溫差在25甚至30情況下混凝土也可能不開裂。,,,3、外界氣溫變化；,混凝土的內部溫度澆筑溫度水化熱絕熱溫升結構散熱降溫。,外界氣溫愈高，混凝土的澆筑溫度也愈高；如外界氣溫下降，會增加混凝土的降溫幅度。特別是氣溫驟降時，會增加混凝土內外的溫度梯度，對大體積混凝土極為不利。,大體積混凝土結構施工階

12、段產(chǎn)生裂縫的主要原因：,,,4、混凝土的收縮變形；,（1）混凝土的收縮變形，主要由于混凝土中多余水分的蒸發(fā)引起混凝土體積的干燥收縮。（這種收縮變形如受到約束，即會產(chǎn)生收縮應力）,混凝土的干燥收縮，在很大程度上是可逆的。,（2）混凝土的收縮變形除干燥收縮外，還有碳化變形。 即：空氣中的CO2與混凝土水泥石中的Ca(OH)2反應生成碳酸鈣Ca CO3，放出結合水而使混凝土收縮。,大體積混凝土結構施工階段產(chǎn)生裂縫的主要原因：,控制裂縫開展的基本方法：,表面裂縫危害較小，貫穿裂縫危害較大，重點控制貫穿裂縫的開展，常采用的有三種方法： 1、“放”的方法： 減少約束體與被約束體之間的相互制約，以設置永

13、久性的伸縮縫的方法。一般3040m，個別1020 m。 2、“抗”的方法： n 減小約束體與被約束體之間的相對溫差，改善鋼的配置，減少砼的收縮，提高砼的抗拉強度。,,3、“放”“抗”結合的方法： 可分為“后澆帶”“跳倉打”和“水平分層間歇”。 “后澆帶”： 是現(xiàn)澆整體砼結構中，在施工期，保留臨時 性溫度收縮的變形縫方法。,“跳倉打”法： 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的間歇后再澆筑成整體。 “水平分層間歇”法： 把整體砼結構分成幾個薄層進行 澆筑，增加散熱的機會，減少砼溫度的上升，一般厚度控在0.62.0m范圍內，時間間隔一般57d.,溫度應力的計算,結構中的溫度

14、場： 大體積砼內部最高溫度，由混凝土澆筑溫度，水泥水化熱引起的溫升和砼的散熱溫度三部分組成,1、混凝土的絕熱最高溫升計算 砼的周圍沒有任何散熱條件，沒有任何熱損耗，水泥水化后產(chǎn)生的水化熱量，全部轉化成為溫升的最后溫度，稱為絕熱溫升。 TmaxWQ/Cr 式中：Tmax絕熱最高溫升（） W每千克水泥的水化熱（J/kg） Q每立方米砼中水泥用量（kg/m3 C砼的比熱,一般取0.96X103 (J/ kg) r砼的容重（kg/m3）取2400（kg/m3）,,2、砼最高溫升值計算 由于大體砼結構都處一定的散熱條件下，故實際的最高溫升一般都小于絕熱溫升。凡結構厚度在1.8m以下，在計算最高

15、溫升值時，可以忽略水灰比、單位用水量、澆筑工藝及澆筑速度等次要因素的影響，而只考慮單位體積水泥用量及混凝土澆筑溫度這兩個主要影響因素，以簡便的經(jīng)驗公式計算：,,Tmax=t0+Q/10 Tmax= t0+Q/10+F/50 式中Tmax混凝土內部的最高溫升值()； t0混凝土澆筑溫度()，在計算時，在無氣溫與澆筑溫度的關系值時，可采用計劃澆筑日期的當?shù)匮骄鶜鉁?)； Q每立方米混凝土中水泥的用量(kg/m3)，上述兩公式適用于425礦渣硅酸鹽水泥，如使用525水泥時，建議用Q101.11.2；使用325水泥時，建議采用Q100.900.95； F

16、每立方米混凝土中粉煤灰的用量(kg/m3)。,水化熱實測升降溫曲線,為快速掌握大體積鋼筋混凝土在硬化過程中的溫度變化情況，有利于施工中控制裂縫的開展，工程技術人員對有關工程在不同季節(jié)、不同厚度的混凝土的水化熱進行了施工全過程的跟蹤和實測，統(tǒng)計整理后得出混凝土中心部位的水化熱升降溫曲線如圖所示。,,設Tmax為混凝土內部最高溫升，tmax為達到混凝土內部最高溫度的時間。從圖33中可以查得： A曲線：2.6m厚，夏季施工時，測溫曲線的Tmax60.8，tmax3d； B曲線：1.3m厚, 夏季施工時，測溫曲線的Tmax39.1, tmax 3d，摻粉煤灰； C曲線：2.6m厚，冬季施工時，測

17、溫曲線的Tmax31.4, tmax5.5d D曲線：1.3m厚，冬季施工時，測溫曲線的Tmax22.3, tmax3d； E曲線：2.5m厚，夏季施工時，測溫曲線的Tmax52.0，tmax3d； F曲線：4.95m厚，秋季施工時，測溫曲線的Tmax64.4，tmax 7d； G曲線：0.5m厚，冬季施工時；測溫曲線的Tmax17.0, tmax2d； H曲線：0.5m厚，夏季施工時，測溫曲線的Tmax38.0, tmax 15d。,,從圖也可以得出：相同的厚度；在不同的施工季節(jié)混凝土內部的最高溫度是不同的，冬季僅為夏季的4555。根據(jù)以上所示的水化熱升降溫曲線，可直接用于相似工程的控制裂縫開展的計算工作中，求得近似解答。,,,