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1、第3章 大体积混凝土施工, 3.1 大体积混凝土的温度裂缝 3.1.1 裂缝种类 3.1.2 裂缝产生的原因 3.2 大体积混凝土的温度应力 3.2.1 大体积混凝土温度应力特点 3.2.2 大体积混凝土温度应力计算 3.2.3 混凝土热工计算 3.2.4 混凝土拌和温度和浇筑温度计算 3.3 大体积混凝土温度裂缝的控制措施, 3.3.1 混凝土材料, 3.3.2 外部环境, 3.3.3 约束条件, 3.3.4 预应力技术,第2章 基 坑 工 程, 3.4 大体积混凝土施工泌水的防治 3.5 大体积混凝土施工算例 3.6 习题, 3.1 大体积混凝土的温度裂缝 3.1.1 裂缝种类,按产生原因
2、一般可分为,(1)荷载作用下的裂缝(约占10%) (2)变形作用下的裂缝(约占80%) (3)耦合作用下的裂缝(约占10%),按裂缝有害程度分,(1)有害裂缝、 (2)无害裂缝,按裂缝出现时间分为,(1)早期裂缝(328天)、 (2)中期裂缝(28180天) (3)晚期裂缝(180720天，最终20年)。,按深度一般可分为,(1)表面裂缝、 (2)浅层裂缝、 (3)深层裂缝 (4)贯穿裂缝,图3.1 温度裂缝, 3.1.2 裂缝产生的原因,大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展 的结果，一方面是混凝土内外温差产生应力和应变，另一方面是 结构的外约束和混凝土各质点间的内约束阻止这种
3、应变，一旦 温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。,1. 水泥水化热,水泥的水化热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，水化热聚集在混凝土内部不易散失。,2. 外界气温变化,3. 约束条件 结构在变形时会受到一定的抑制而阻碍其自由变形，该抑制即 称“约束”，大体积混凝土由于温度变化产生变形，这种变形受 到约束才产生应力。在全约束条件下，混凝土结构的变形：,式中：混凝土收缩时的相对变形； 混凝土的温度变化量； 混凝土的温度膨胀系数。,(3-1),4. 混凝土收缩变形, 3.2.1 大体积混凝土温度应力特点, 3.2 大体积混凝土的温度应力,混凝土的温度取决
4、于它本身环境有温差存在，而结构物四周 又不可能做到完全绝热，因此，在新浇筑的混凝土与其四周环 境之间，就会发生热能的交换。模板、外界气候(包括温度、湿 度和风速)和养护条件等因素，都会不断改变混凝土所贮备的热 能，并促使混凝土的温度逐渐发生变动。因此，混凝土内部的 最高温度，实际上是由浇筑温度、水泥水化热引起的绝对温升 和混凝土浇筑后的散热温度三部分组成。, 3.2.2 大体积混凝土温度应力计算,1. 大体积混凝土温度计算,1) 最大绝热温升(二式取其一),(3-2),式中：,混凝土最大绝热温升()；,混凝土中水泥(包括膨胀剂)用量(,F混凝土活性掺合料用量(,)；,)；,C混凝土比热，取0.
5、97,；,混凝土密度，取2 400(,e为常数，取2.718； t混凝土的龄期(d)； m系数，随浇筑温度改变，查表3-2。,)；,表3-1 不同品种、强度等级水泥的水化热,表3-2 系数m,2) 混凝土中心计算温度,t龄期混凝土中心计算温度()；,混凝土浇筑温度()；,t龄期降温系数，查表3-3同时要,2) 混凝土中心计算温度,(3-3),式中：,考虑混凝土的养护、模板、外加剂、,掺合料的影响。,表3-3 降温系数,3) 混凝土表层(表面下50100mm处)温度,(1) 保温材料厚度(或蓄水养护深度),保温材料厚度(m)；,所选保温材料导热系数,查表3-4。,(3-4),式中:,表3-4 几
6、种保温材料导热系数,混凝土表面温度()；,施工期大气平均温度()；,混凝土导热系数，取2.33,；,计算的混凝土最高温度()；计算时可取,=1520，,=2025；,传热系数修正值，取1.32.0，查表3-5。,表3-5 传热系数修正值,注：,值一般刮风情况(风速小于4,)；,值刮大风情况。,(2) 如采用蓄水养护，蓄水养护深度。,(3-5),式中：,养护水深度(m)；,x混凝土维持到指定温度的延续时间，即蓄水养护时间(h)；,M混凝土结构表面系数(,)，,F与大气接触的表面积(,V混凝土体积(,)；,)；,般取2025；,传热系数修正值；,700折算系数,；,水的导热系数，取0.58,。,(
7、3) 混凝土表面模板及保温层的传热系数。,(3-6),式中：,混凝土表面模板及保温层等的传热系数,；,各保温层材料厚度(m)；,各保温层材料导热系数,；,空气层的传热系数，取23,。,(4) 混凝土虚厚度。,(3-7),式中：,混凝土虚厚度(m)；,混凝土导热系数，取2.33,k折减系数，取2/3；,(5) 混凝土计算厚度。,(3-8),式中：H混凝土计算厚度(m)； h混凝土实际厚度(m)。,(3-9),(6) 混凝土表层温度。,式中：,混凝土表面温度()；,施工期大气平均温度()；,混凝土虚厚度(m)；,混凝土中心温度(),H混凝土计算厚度(m)；,4) 混凝土内平均温度。,(3-10),
8、2. 大体积混凝土温度应力计算,1) 地基约束系数 (1) 单纯地基阻力系数,(,)，查表3-6。,表3-6 单纯地基阻力系数,(,),(2) 桩的阻力系数。,(3-11),式中：,Q桩产生单位位移所需水平力(,当桩与结构铰接时,当桩与结构固接时,桩的阻力系数(N/mm3)；,)；,E桩混凝土的弹性模量(,I桩的惯性矩(,)；,)；,地基水平侧移刚度，取,D桩的直径或边长(mm)； F每根桩分担的地基面积(,)。,2) 大体积混凝土瞬时弹性模量,(3-12),式中：,t龄期混凝土弹性模量(,)；,28d混凝土弹性模量(,),e常数，取2.718； t龄期(d)。,3) 地基约束系数,(,3-1
9、3),式中：,t龄期地基约束系数(,)；,h混凝土实际厚度(mm)；,单纯地基阻力系数(,)；,桩的阻力系数(,)；,t龄期混凝土弹性模量(,),4) 混凝土干缩率和收缩当量温差 混凝土干缩率,式中： t龄期混凝土干缩率； 标准状态下混凝土极限收缩值，取 各修正系数，查表3-7。,(3-14),、,收缩当量温差,(3-15),式中：,t龄期混凝土收缩当量温差()；,混凝土线性膨胀系数，,(1/)。,5) 结构计算温差(一般3d划分一区段),(3-16),式中：,i区段结构计算温度()；,i区段平均温度起始值()；,i区段平均温度终止值()；,i区段收缩当量温差终止值()；,i区段收缩当量温差起
10、始值(),6) 各区段拉应力,(3-17),式中：,i区段混凝土内拉应力(,)；,i区段平均弹性模量(,)；,i区段平均应力松弛系数，查表3-8,表3-8 松弛系数S(t),i区段平均地基约束系数；,L混凝土最大尺寸(mm)； ch双曲余弦函数。 到指定期混凝土内最大应力,(3-18),7) 安全系数,3. 大体积混凝土平均整浇长度(伸缩缝间距),式中：K大体积混凝土抗裂安全系数，应1.15；,到指定期混凝土抗拉度设计值(,)。,1) 混凝土极限拉伸值,(3-19),式中：,混凝土极限拉伸值；,混凝土抗拉强度设计值(,)；,配筋率(%)，,d钢筋直径(mm)；,以e为底的对数； t指定期龄期(
11、d)；,钢筋截面积(,)；,混凝土截面积(,)。,2) 平均整浇长度(伸缩缝间距),(3-20),式中：,h混凝土厚度mm)； E(t)指定时刻的混凝土弹性模量(N/mm2)；,地基阻力系数(,)，,；,反双曲余弦函数；,指定时刻的累计结构计算温差()。,平均整浇长度(伸缩缝间距)(mm)；, 3.2.3 混凝土热工计算,1. 混凝土热导率计算,混凝土热导率，是指在单位时间内热流通过单位面积和单位 厚度混凝土介质时，混凝土介质两侧为单位温差时热量的传导 率。它是反映混凝土传导热量难易程度的系数。混凝土的热导 率以下式表示,(3-21),式中：,混凝土热导率(,)；,Q通过混凝土厚度为,的热量(
12、J)；,混凝土厚度(m)；,温度差()；,t测试时间(h)。,A混凝土的面积(,)；,2. 混凝土比热计算,单位重量的混凝土，其温度升高1所需的热量称为混凝土的 比热，可按式(3-23)计算,(3-23),、,、,、,、,式中：,分别为混凝土、水泥、砂、石子、,水的比热(,),3. 混凝土热扩散系数计算,混凝土的热扩散系数(又称导温系数)是反映混凝土在单位时间 内热量扩散的一项综合指标。热扩散系数愈大，愈有利于热量 的扩散。混凝土的热扩散系数一般通过试验求得或 按式(3-24)计算,(3-24),式中：,a混凝土的热扩散系数(,)；,混凝土的重度(,)，普通混凝土的重度一般,之间，钢筋混凝土的
13、重度,之间。,在2 3002 450,在2 4502 500, 3.2.4 混凝土拌和温度和浇筑温度计算,1. 混凝土拌和温度计算,混凝土的拌和温度，是指组成混凝土的各种材料经搅拌形成均 匀的混凝土出料后的温度，又称为出机温度，可按式(3-25)表示,(3-25),式中：,混凝土的拌和温度()；,m混凝土组成材料的重量(kg)；,C混凝土组成材料的比热(,)；,混凝土组成材料温度()。,若考虑混凝土搅拌时设置搅拌棚相对混凝土出机温度的影响， 则混凝土的出机温度为,一混凝土出机温度()； 混凝土搅拌棚温度()。,(3-26),式中：,2. 混凝土浇筑温度计算,混凝土的浇筑温度一般可按式(3-27
14、)计算,(3-27), 3.3 大体积混凝土温度裂缝的控制措施, 3.3.1 混凝土材料,1. 选择水泥品种,混凝土温升的热源是水泥水化热，故选用中低热的水泥品种， 可减少水化热，使混凝土减少升温。例如，优先选用等级为32.5 、42.5的矿渣硅酸盐水泥，因其与同等级的矿渣水泥和普通硅酸 盐水泥相比，3d的水化热可减少28%。,2. 减少水泥用量,由于水泥水化热而导致的温度应力是地下室墙板产生裂缝的 主要原因，且混凝土的强度、抗渗等级越高，结构产生裂缝 的概率也越高。在地下室外墙施工中，除了在保证设计要求 的条件下尽量降低混凝土的强度等级以减少水化热外，还应 该充分利用混凝土的后期强度。实验数
15、据表明，每立方米的 混凝土水泥用量每增(减)l0kg，水泥水化热使混凝土的温度 相对升(降)达1。,3. 选择外加剂,1) 减水剂,2) 粉煤灰,3) 膨胀剂,4) 选择粗、细骨料,(1) 含泥量,(2) 骨料粒径。,(3) 砂率和细度模数。, 3.3.2 外部环境,1. 混凝土浇筑与振捣,对于地下室墙体结构的大体积混凝土浇筑，除了一般的施工工 艺以外，应采取一些技术措施，以减少混凝土的收缩，提高极限 拉伸，这对控制温度裂缝很有作用。 改进混凝土的搅拌工艺对改善混凝土的配合比、减少水化热、 提高极限拉伸有着重要的意义。,2. 混凝土浇筑温度,适当地限制混凝土的浇筑温度，一般情况下，建议混凝土的 最高浇筑温度应控制在40以下。,3. 混凝土出机温度,为了降低
