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1、第7節(jié) 大體積混凝土施工,高層建筑基礎(chǔ)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(chǔ)底板承受荷載大，結(jié)構(gòu)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(chǔ)承臺厚4m，一次性澆筑14萬立方米混凝土（C50）。除基礎(chǔ)大體積混凝土外，在上部結(jié)構(gòu)中構(gòu)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(zhuǎn)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(nèi)在的不同于一般體積混凝土的規(guī)律，在工程施工中應(yīng)予以高度重視。,大體積砼結(jié)構(gòu)的特點,由于高層基礎(chǔ)多為砼體積較大的箱形、筏形和樁承臺較大的基礎(chǔ)，這種結(jié)構(gòu)有結(jié)構(gòu)厚、體形大、鋼筋密、混凝土數(shù)量多、工程條件復(fù)雜和施工技術(shù)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(yīng)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(yīng)力和收縮應(yīng)力，是大體積砼結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)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(shè)部在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程（JGJ55-2000）中給予大體積混凝土定義：混凝土結(jié)構(gòu)物實體最小尺寸等于或大于1m，或預(yù)計會因水泥水化熱引起混凝土內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土。,日本建筑學(xué)會標(biāo)準(zhǔn)（JASS）定義：“結(jié)構(gòu)斷面最小尺寸在80cm以上，水化熱引起混凝土內(nèi)的最高溫度與外界氣溫之差預(yù)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(guān)，單面散熱的結(jié)構(gòu)斷面最小厚度在75cm以上，雙面散熱的結(jié)構(gòu)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(yù)計可能超過25，應(yīng)按大體積砼施工,建筑工程的大體積混凝土,1、基礎(chǔ)工程：厚大的混凝土底板、深梁、厚大的樁基承臺等； 2、上部結(jié)構(gòu)：巨型柱、高層建筑的轉(zhuǎn)換梁或板、防輻射結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)力，當(dāng)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(jié)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(nèi)部由于散熱條件較差，熱量不易散

6、發(fā)，其溫度上升較多。混凝土內(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(yīng)力，表面產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)拉應(yīng)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(jié)構(gòu)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(yīng)力集中現(xiàn)象，能促使裂縫進一步開展。國內(nèi)外對裂縫寬度都有相應(yīng)的規(guī)定，如我國的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范(GB50-89)，對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的最大允許裂縫寬度就有明確的規(guī)定：室內(nèi)正常環(huán)境下的一般構(gòu)件為0.3mm；露天或室內(nèi)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(yīng)力很小，溫度應(yīng)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(jié)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(jié)構(gòu)邊界條件的約束，不能自由變形，導(dǎo)致產(chǎn)生拉應(yīng)力，當(dāng)該拉應(yīng)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(jié)構(gòu)斷面，破壞了結(jié)構(gòu)整體性、穩(wěn)定性、耐久性、防水性等，影響正常使用。應(yīng)當(dāng)采取一切措施控制貫穿裂縫的開展。,深層裂縫,基礎(chǔ)約束范圍內(nèi)的混凝土，處在大面積拉應(yīng)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(jié)構(gòu)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(shè)法避免基礎(chǔ)約束區(qū)的表面裂縫，且混凝土內(nèi)外溫差控制適當(dāng)，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(yīng)力（即按常規(guī)計算的主要應(yīng)力）引起的裂縫。,2、由結(jié)構(gòu)的次應(yīng)力（計算未考慮到的結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)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(dāng)變形受到約束產(chǎn)生的應(yīng)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(chǔ)底板內(nèi)部溫差引起的溫度應(yīng)力分布：,結(jié)構(gòu)變形的內(nèi)外約束： 1、內(nèi)約束：結(jié)構(gòu)變形時，其內(nèi)部各質(zhì)點之間產(chǎn)生的約束； 2、外約束：結(jié)構(gòu)變形時，不同結(jié)構(gòu)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(yīng)力占主要地位,,,大體積混凝土基礎(chǔ)底板產(chǎn)生的裂縫,1、內(nèi)約束引起的表面裂縫：砼澆筑初期，其內(nèi)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(chǔ)底板收縮受到地基約束。,（主要由溫度變形、收縮變形導(dǎo)致）,,,大體積混凝土基礎(chǔ)底板產(chǎn)生的裂縫,大體積混凝土基礎(chǔ)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(jié)構(gòu)裂縫寬度的控制,一類環(huán)境（室內(nèi)正常環(huán)境）：0.3mm； 二類環(huán)境：0.2mm。,對于基礎(chǔ)、地下或半地下結(jié)構(gòu)，裂縫主要影響其防滲性能

10、。當(dāng)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(dāng)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(xué)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(jié)構(gòu)的耐久性、防水性。,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范（GB500102002）的要求：,,,大體積混凝土結(jié)構(gòu)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(nèi)的水泥用量和水泥品種有關(guān)，并隨混凝土的齡期按指數(shù)關(guān)系增長，一般10d左右達到最終絕熱溫升。,但由于結(jié)構(gòu)自然散熱，實際混凝土內(nèi)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)因溫差產(chǎn)生的溫度應(yīng)力應(yīng)為： E； 其中： T（即溫差與混凝土線脹系數(shù)的乘積）；,當(dāng)超過混凝土的極限拉伸值p時，結(jié)構(gòu)便出現(xiàn)裂縫。,（2）實際混凝土結(jié)構(gòu)并非受到全約束，且混凝土還有徐變變形，所以內(nèi)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(nèi)部溫度澆筑溫度水化熱絕熱溫升結(jié)構(gòu)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(nèi)外的溫度梯度，對大體積混凝土極為不利。,大體積混凝土結(jié)構(gòu)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(yīng)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(yīng)生成碳酸鈣Ca CO3，放出結(jié)合水而使混凝土收縮。,大體積混凝土結(jié)構(gòu)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(shè)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(jié)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)，時間間隔一般57d.,溫度應(yīng)力的計算,結(jié)構(gòu)中的溫度

14、場： 大體積砼內(nèi)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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(guān)系值時，可采用計劃澆筑日期的當(dāng)?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(shù)人員對有關(guān)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(shè)Tmax為混凝土內(nèi)部最高溫升，tmax為達到混凝土內(nèi)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(nèi)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。,,,