大体积混凝土简述及相应的对策.pdf
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1、大体积混凝土简述及相应的对策大体积混凝土简述及相应的对策 【摘要摘要】 大体积混凝土定义大体积混凝土定义、 特点和裂缝特点和裂缝, 大体积混凝土与普通混凝土的区别大体积混凝土与普通混凝土的区别; 减少裂缝的措施减少裂缝的措施;大体积混凝土中膨胀加强带的应用大体积混凝土中膨胀加强带的应用。 【关键词关键词】 大体积混凝土大体积混凝土、裂缝裂缝、措施措施、膨胀加强带膨胀加强带 一一、 大体积混凝土定义大体积混凝土定义、特点和裂缝特点和裂缝 1.1.定义定义 现代建筑中时常涉及到大体积混凝土施工,如高层楼房基础、大型设备基础、水利 大坝等。它主要的特点就是混凝土体积大,一般实体最小尺寸大于或等于 1
2、m。它的表面 系数比较小,水泥水化热释放比较集中,内部温升比较快。混凝土内外温差较大时,会 使混凝土产生温度裂缝,影响结构安全和正常使用。所以必须从根本上分析它,来保证 施工的质量。 中国现在已经有明确的定义。见大体积混凝土施工规范(GB50496-2009)。 具体定义为:混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于 1 米的大体量混凝土,或预计会因 混凝土中胶凝材料水化引起的温度变化和收缩而导致有害裂缝产生的混凝土。如大坝及 电站、桥梁、大型工厂、高层楼房、大型设备等的基础。 第一次出现该概念是 91 年版的高层结构设计规范的条文解释部分。最初没有明 确的定义。只是在内部解释为:一次性浇筑混凝土在
3、300 立米以上的,可称为大体积混 凝土。 1999 年 1 月建筑施工手册第二版第一次给出了大体积混凝土的定义。即:大体 积混凝土指的是,最小断面尺寸大于 1m 以上的混凝土结构,其尺寸已经大到必须采用相 应的技术措施妥善处理温度差值,合理解决温度应力并控制裂缝开展的混凝土结构。 目前,国外也有些资料习惯把厚度1.0 米,一次性浇筑在 1000 立米的混凝土。俗 称为大体积混凝土。 日本建筑协会(JASS5)的定义是:结构断面尺寸在 80cm 以上,水化热引起的内部温度 与外界气温之差,.预计超过 25的混凝土,称为大体积混凝土 。 美国混凝土学会(ACI)规定:“任何就地浇筑的大体积混凝土
4、,其尺寸之大,必须要 求解决水化热及随之引起的体积变形问题,以最大限度减少开裂”。 2.2.特点特点 结构厚实,混凝土量大,工程条件复杂(一般都是地下现浇钢筋混凝土结构),施 工技术要求高,水泥水化热较大(预计超过 25 度),易使结构物产生温度变形。大体混 凝土除了最小断面和内外温度有一定的规定外,对平面尺寸也有一定限制。因为平面尺 寸过大,约束作用所产生的温度力也愈大,如采取控制温度措施不当,温度应力超过混 凝土所能承受的拉力极限值时,则易产生裂缝。 3.3.裂缝裂缝 大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同,分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三 种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝,最
5、终形成贯穿裂缝。它切断了结构 的断面,可能破坏结构的整体性和稳定性,其危害性是较严重的;而深层裂缝部分地切 断了结构断面,也有一定危害性;表面裂缝一般危害性较小。 但出现裂缝并不是绝对地影响结构安全,它都有一个最大允许值。处于室内正常环 境的一般构件最大裂缝宽度0.3mm;处于露天或室内高湿度环境的构件最大裂缝宽度 0.2mm。 对于地下或半地下结构,混凝土的裂缝主要影响其防水性能。一般当裂缝宽度在 0.10.2mm 时,虽然早期有轻微渗水,但经过一段时间后,裂缝可以自愈。如超过 0.2 0.3mm,则渗漏水量将随着裂缝宽度的增加而迅速加大。所以,在地下工程中应尽量避免 超过 0.3mm 贯穿
6、全断面的裂缝。如出现这种裂缝,将大大影响结构的使用,必须进行化 学灌浆加固处理。 大体积混凝土施工阶段所产生的温度裂缝,一方面是混凝土内部因素:由于内外温 差而产生的;另一方面是混凝土的外部因素:结构的外部约束和混凝土各质点间的约束, 阻止混凝土收缩变形,混凝土抗压强度较大,但受拉力却很小,所以温度应力一旦超过 混凝土能承受的抗拉强度时,即会出现裂缝。这种裂缝的宽度在允许限值内,一般不会 影响结构的强度,但却对结构的耐久性有所影响,因此必须予以重视和加以控制。 产生裂缝的主要原因有以下几方面: 3.1 水泥水化热 水泥在水化过程中要释放出一定的热量,而大体积混凝土结构断面较厚,表面系数 相对较
7、小,所以水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。这样混凝土内部的水化热无 法及时散发出去,以至于越积越高,使内外温差增大。单位时间混凝土释放的水泥水化 热,与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关,并随混凝土的龄期而增长。由于混 凝土结构表面可以自然散热, 实际上内部的最高温度, 多数发生在浇筑后的最初 35 天。 3.2 外界气温变化 大体积混凝土在施工阶段,它的浇筑温度随着外界气温变化而变化。特别是气温骤 降,会大大增加内外层混凝土温差,这对大体积混凝土是极为不利的。 温度应力是由于温差引起温度变形造成的;温差愈大,温度应力也愈大。同时,在 高温条件下,大体积混凝土不易散热,混凝土内部的最高
8、温度一般可达 6065,并且 有较长的延续时间。因此,应采取温度控制措施,防止混凝土内外温差引起的温度应力。 3.3 混凝土的收缩 混凝土中约 20的水分是水泥硬化所必须的,而约 80的水分要蒸发。多余水分的 蒸发会引起混凝土体积的收缩。混凝土收缩的主要原因是内部水蒸发引起混凝土收缩。 如果混凝土收缩后,再处于水饱和状态,还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积。干湿 交替会引起混凝土体积的交替变化,这对混凝土是很不利的。 影响混凝土收缩,主要是水泥品种、混凝土配合比、外加剂和掺合料的品种以及施 工工艺(特别是养护条件)等。 二二、大体积混凝土与普通混凝土的区别大体积混凝土与普通混凝土的区别 大体积
9、混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同,但其实质的区别是,由于 混凝土中水泥水化要产生热量,大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快,造 成内外温差过大,其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。因此判断是否属于大体积 混凝土,既要考虑厚度这一因素,又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等 因素,比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差 值大小来判别,一般来说,当其差值小于 25时,其所产生的温度应力将会小于混凝土 本身的抗拉强度,不会造成混凝土的开裂,当差值大于 25时,其所产生的温度应力有 可能大于混凝土本身的抗拉强度,造成混凝土的开裂,此时就可判定
10、该混凝土属大体积 混凝土。 高层建筑的箱形基础或片筏基础都有厚度较大的钢筋混凝土底板,高层建筑的桩基 础则常有厚大的承台,这些基础底板和桩基承台均属大体积钢筋混凝土结构。还有较常 见的一些厚大结构转换层楼板和大梁也属大体积钢筋混凝土结构。 不能以截面尺寸来简单判断是否大体积混凝土,实际施工中,有些混凝土厚度达到 1m,但也不属于大体积混凝土的范畴,有些混凝土虽然厚度未达到 1m,但水化热却较大, 不按大体积混凝土的技术标准施工,也会造成结构裂缝。 大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同,但其实质的区别是由于混 凝土中水泥水化要产生热量,大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快,造
11、成 内外温差过大,其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。因此判断是否属于大体积混 凝土既要考虑厚度这一因素,又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素, 比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小 来判别,一般来说,当其差值小于 25时,其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的 抗拉强度,不会造成混凝土的开裂,当差值大于 25时,其所产生的温度应力在可能大 于混凝土本身的抗拉强度,造成混凝土的开裂,此时就可判定该砼混凝土属大体积混凝 土,并应按条文中规定的措施进行施工,以确保混凝土不致开裂,造成工程渗漏水的隐 患。 1.大体积混凝土是否允许有裂缝 大体积
12、混凝土由于其水化热产生温差形成温差应力,表面裂缝容易产生,这些裂缝 对于结构正常使用一般不会有影响。但是,目前工程实践中普遍采用大体积混凝土不允 许裂缝的标准,导致保养和温度控制措施复杂,额外费用较大。 现行规范规程中有关大体积混凝土的条文有哪些及其具体内容? 混凝土结构工程施工质量验收规范GB502042002:第 7.4.7 条注:5 对大体积 混凝土的养护,应根据气候条件按施工技术方案采取控温措施。 高层建筑混凝土结构技术规程JGJ32002 中:第 13.7.11 条 基础大体积混凝 土施工应合理选择混凝土配合比,宜选用水化热低的水泥、掺入适当的粉煤灰和外加剂、 控制水泥用量,并应作好
13、养护和温度测量。混凝土内部温度与表面温度的差值、混凝土 外表面和环境温度差值均不应超过 25。 地下工程防水技术规范GB501082001:第 4.1.23 条大体积防水混凝土的施工, 应采取以下措施: 1 )在设计许可的情况下,采用混凝土 60d 强度作为设计强度; 2 )采用低热或中热水泥,掺加粉煤灰、磨细矿渣粉等掺合料; 3 )掺入减水剂、缓凝剂、膨胀剂等外加剂; 4 )在炎热季节施工时,采取降低原材料温度、减少混凝土运输时吸收外界热量等 降温措施; 5 )混凝土内部预埋管道,进行水冷散热; 6 )采取保温保湿养护。混凝土中心温度与表面温度的差值不应大于 25,混凝土 表面温度与大气温度
14、的差值不应大于 25。养护时间不应少于 14d。 混凝土结构工程施工及验收规范 GB5020492 (2002 年 4 月 1 日废止) : 第 4.4.17 条 大体积混凝土的浇筑应合理分段分层进行,使混凝土沿高度均匀上升;浇筑应在室 外气温较低时进行,混凝土浇筑温度不宜超过 28。 注:混凝土浇筑温度系指混凝土振捣后,在混凝土 50 100 深处的温度。 第 4.5.3 条 对大体积混凝土的养护,应根据气候条件采取控温措施,并按需要测 定浇筑后的混凝土表面和内部温度,将温差控制在设计要求的范围以内;当设计无具体 要求时,温度不宜超过 25。 2.大体积混凝土裂缝产生的原因 2.1 水泥水化
15、热 水泥在水化过程中要产生大量的热量,是大体积混凝土内部热量的主要来源。由于 大体积混凝土截面厚度大,水化热聚集在结构内部不易散失,使混凝土内部的温度升高。 混凝土内部的最高温度, 大多发生在浇筑后的 35d, 当混凝土的内部与表面温差过大时, 就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成比,温差越大,温度应力也越大。当 混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时,便开始产生温度裂缝。这就是大体积混凝 土容易产生裂缝的主要原因。 2.2 约束条件 大体积钢筋混凝土与地基浇筑在一起,当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部 地基的约束而形成压应力。由于混凝土的弹性模量小,徐变和应力松弛度大,使混凝土
16、与地基连接不牢固,因而压应力较小。但当温度下降时,产生较大的拉应力,若超过混 凝土的抗拉强度,混凝土就会出现垂直裂缝。 2.3 外界气温变化 大体积混凝土在施工期间,外界气温的变化对大体积混凝土的开裂有重大影响。混 凝土内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和混凝土的散热温度三者的叠加。 外界温度越高,混凝土的浇筑温度也越高。外界温度下降,尤其是骤降,大大增加外层 混凝土与混凝土内部的温度梯度,产生温差应力,造成大体积混凝土出现裂缝。因此控 制混凝土表面温度与外界气温温差,也是防止裂缝的重要一环。 2.4 混凝土的收缩变形 混凝土的拌合水中,只有约 20%的水分是水泥水化所必需的,其余 8
17、0%要被蒸发。混凝土 中多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件 的影响,若存在约束,就会产生收缩应力而出现裂缝。 2.5 施工原因 1)人员质量意识。 施工人员在施工操作过程中,缺乏质量意识,也会导致混凝土构件产生裂缝。如在 混凝土浇筑时,震捣不均、震捣不密实,就从其最薄弱部位产生裂缝。 2)混凝土水灰比及坍落度。 由于现在施工中大量采用预拌商品混凝土,为保证施工快速方便,混凝土坍落度普 遍按规范规定的高限设置,影响混凝土水灰比配比,对需要混凝土强度较低结构,混凝 土用水量不适宜,在浇筑震捣过程中或多或少产生混凝土离析现象,混凝土中的水泥会 随水流失,破坏了
18、混凝土有效成分的组合。 3)施工方法。 构件钢筋结构位置不符合要求也可产生裂缝。例如,上部保护层过小,混凝土拉应 力超过混凝土的抗拉强度,都可使混凝土表面产生裂缝。 现浇混凝土构件内的电气预埋管,施工方法不当,保护层过小,也可导致裂缝。对 于消防工程的要求,电气管大都预埋在构件内,当预埋线管相对集中时,导致局部混凝 土截面相对减少,也就使该部位的混凝土构件成为最薄弱环节,当受力作用时,先把这 个部位的拉开,使混凝土构件产生裂缝。 4)施工环境。 混凝土浇筑环境是混凝土产生裂缝的关键。由于施工的季节性限制,多数浇筑温度 是在高温情况下完成(从原料堆放、预拌配置、运输、浇筑一系列过程),加之受混凝
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