高层建筑大体积混凝土施工解析

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1、高层建筑施工 第四章 高层建筑大体积混凝土施工 一、大体积混凝土定义、特点、应用 二、大体积混凝土温度裂缝 三、大体积混凝土温度裂缝控制措施 四、大体积混凝土施工工程实例 一、大体积混凝土定义、特点、应用 n美国混凝土学会（ACI）规定：任何就地浇筑的大体积混 凝土，其尺寸之大，必须采取措施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。 n日本建筑学会标准（JASS5）规定：结构断面最小厚度在 80cm以上，同时水化热引起混凝土内的最高温度与外界气 温之差，预计超过25的混凝土，称为大体积混凝土。 n根据大体积混凝土施工规范（GB50496-2009），大 体积混凝土定义为：混凝土

2、结构物实体最小尺寸等于或大 于1m，或预计会因为水泥水化热引起混凝土内外温差过大 而导致裂缝的混凝土。 大体积混凝土特点： u结构厚实，钢筋密，混凝土量大； u工程条件复杂（一般都是地下现浇钢筋混凝土结构）； u施工技术要求高； u水泥水化热较大（温度差预计超过25度）； u易使结构产生温度变形。 大体积混凝土应用： u高层建筑的箱型基础或筏型基础，多有厚度较大的混凝土 底板，还常有深梁； u高层建筑的桩基常有厚大的承台； u上部结构也有大体积混凝土，如巨型柱、防辐射结构等; u桥梁工程中大直径桩基础，斜拉桥桥塔的一些部位，连续 梁桥墩台梁等。 二、大体积混凝土温度裂缝 大体积混凝土由于截面大

3、，水泥用量大，水泥水化释 放的水化热会产生较大的温度变形，由此形成的温度应力 是导致产生裂缝的主要原因。 混凝土水化热温升的规律是:混凝土的温度随龄期增长 变化，具有升温较快，约在4872h左右达到温度峰值。 某大型工程基础底板水化热温升的测温曲线 底板厚度：4.5m 入模温度：13 最高温度：63.9 最高温升：50.9 大体积混凝土由温度应力产生裂缝种类： p混凝土浇筑初期，水泥水化 产生大量水化热，使混凝土温 度很快上升，但由于混凝土表 面散热条件较好，热量可向大 气中散发，因而温度上升较少 ；而混凝土内部由于散热条件 较差，热量散发少。因为温度 上升较多，内外形成温度梯度 ，变形不同形

4、成内约束。结果 混凝土内部产生压应力，面层 产生拉应力，当该拉力超过混 凝土的抗拉强度时，混凝土表 面就产生裂缝。 大体积混凝土由温度应力产生裂缝种类： p混凝土浇筑后数日，水泥水化热基本上已释放，混凝土 从最高温度逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加 上由于混凝土中多余水分蒸发、碳化等引起的体积收缩变 形，受到地基和结构边界条件的约束（外约束），不能自 由变形，导致产生温度应力（拉应力），当该温度应力超 过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂形成温度 裂缝。 微观裂缝（0.05mm以下） 宏观裂缝（0.05mm以上） 混凝土裂缝 粘着裂缝：骨料与水泥石粘结面上的裂缝； 水泥石裂缝：骨

5、料间水泥浆中的水泥石裂缝； 骨料裂缝：存在于骨料本身的裂缝； 宏观裂缝：是微观裂缝扩展的结果。 1-粘着裂缝；2-水泥石裂缝； 3-骨料裂缝 大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度一般可分为： (1)表面裂缝 (2)深层裂缝 (3)贯穿裂缝 贯穿裂缝切断了结构断面，破坏 结构整体性、稳定性和耐久性等， 危害严重； 深层裂缝部分切断了结构断面， 也有一定的危害性； 表面裂缝虽然不属于结构性裂缝 ，但在混凝土收缩时，由于表面裂 缝处断面削弱且产生应力集中，能 促使裂缝进一步开展。 大体积混凝土内出现的裂缝，按其出现的时间分： (1)早期裂缝：混凝土浇筑后28d内出现的裂缝； (2)中期裂缝：混凝土浇筑

6、后28-180d内出现的裂缝； (3)后期裂缝：在180d以后出现的裂缝。 按其对结构使用功能和耐久性影响分类： l有害裂缝：随其发展可能影响到结构的性能、使用功 能和耐久性的裂缝，一般为深层或贯穿性裂缝，且其宽 度超过了最大裂缝宽度的限值。 l无害裂缝：只是影响结构的外观，对结构的性能、使 用功能和耐久性不会产生大的影响的裂缝。 大体积混凝土内出现的裂缝，按其产生原因： (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%）； 国内外有关规范对裂缝宽度都有相应相应的规定 ，一般都是根据结构工作条件和钢筋种类而定。我国 的混凝土结构

7、设计规范（GB 50010-2010）对混凝土结 构的最大允许裂缝宽度亦有明确规定： (1)在正常的空气环境中，裂缝允许宽度为0.3-0.4mm； (2)在轻微腐蚀介质中，裂缝允许宽度为0.2-0.3mm； (3)在严重腐蚀介质中，裂缝允许宽度为0.1-0.2mm。 裂缝宽度限值 产生裂缝的主要原因 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； 2. 约束条件； 4. 混凝土收缩变形。 3. 外界气温

8、变化； 三、大体积混凝土温度裂缝控制措施 根据我国大体积混凝土结构施工经验，为防止产生温度裂 缝，应着重在控制混凝土温升；延缓混凝土降温速率；减少混 凝土收缩、提高混凝土极限拉伸值；改善约束和完善构造设计 方面采取措施。 （一）控制混凝土温升 大体积混凝土结构在降温阶段，由于降温和水分蒸发的 等原因产生收缩，再加上存在外约束不能自由变形而产生温 度应力。因此控制水泥水化热温升，即减小了降温温差。 1. 选用中低热的水泥品种 大体积混凝土结构施工多用32.5级和42.5级矿渣硅 酸盐水泥，如42.5级（即原425号）矿渣硅酸盐水泥其3d 的水化热为180kJ/kg，而同等级的普通硅酸盐水泥则为

9、250kJ/kg，水化热量减少28%。 2. 利用混凝土的后期强度 试验数据证明，每立方米的混凝土水泥用量每增减10kg， 水泥水化热将使混凝土的温度相应升降1。根据结构实际承受 荷载情况，对结构的刚度和强度进行复算并取得设计和质量检 查部门的认可后，可采用f45、f60或f90替代f28作为混凝土设计强 度，使得每立方米混凝土水泥用量减少40-70kg左右，混凝土水 化热温升相应减少4-7。 3. 掺加减水剂木质素磺酸钙 木质素磺酸钙属阴离子表面活性剂，对水泥颗粒有 明显的分散效应，并能使水的表面张力降低而引起加气 作用。因此在混凝土中掺入水泥重量0.25%的木质素磺酸 钙，不仅能使混凝土和

10、易性有明显的改善，同时又减少 了10%左右的拌合水，节约10%左右的水泥，从而降低了 水化热，大大减少了出现温度裂缝的可能性。 4. 掺加粉煤灰外掺料 由于粉煤灰具有一定的活性，不但可替代部分水泥， 而且粉煤灰颗粒呈球形，具有“滚珠效应”而起润滑作用， 能改善混凝土的流动性，并可增加混凝土可泵性，降低混 凝土的水化热。 5. 粗细骨料选择 大体积混凝土宜优先采用以自然连续级配的粗骨料配 制混凝土。因为用连续级配粗骨料配制的混凝土具有较好 的和易性、较少的用水量和水泥用量以及较高的抗压强度 。在石子规格上可根据施工条件，尽量选用粒径较大，级 配良好的石子。相关试验结果表明，采用5-40mm石子比

11、采 用5-25mm石子每立方米混凝土可减少用水量15kg左右，在 相同水灰比的情况下，水泥用量可减少20kg左右。 细骨料以采用中、粗砂为宜。试验资料表明，当采用 细度模数为2.79，平均粒径为0.38的中、粗砂比采用细度 模数为2.12，平均粒径为0.336的细砂，减少用水量20- 25kg/m3，水泥用量相应减少28-35kg/m3，降低了混凝土的 温升和减少了混凝土的收缩。 6. 控制混凝土的出机温度和浇筑温度 为了降低大体积混凝土总温升和减少结构的内外温差 ，控制出机温度和浇筑温度同样很重要。混凝土从搅拌机 出料后，经搅拌运输车运输、卸料、泵送、浇筑、振捣、 平仓等工序后的混凝土温度称

12、为浇筑温度。 （二）延缓混凝土降温速率 大体积混凝土浇筑后，为了减少升温阶段内外温差， 防止产生表面裂缝；给予适当的潮湿养护条件，防止混凝 土表面脱水产生干缩裂缝；使水泥顺利进行水化，提高混 凝土极限拉伸值；以及使混凝土的水化热降温速率延缓， 减小结构计算温差，防止产生过大的温度应力和产生温度 裂缝，对混凝土进行保湿和保温养护是重要的。 混凝土养护混凝土养护 边施工边铺养护袋 泵管 施工缝 浇筑 抹平 覆盖塑料膜保湿 覆盖草袋保温 （三）减少混凝土收缩、提高混凝土的极限拉伸值 通过改善混凝土的配合比和施工工艺，可以在一定程 度上减少混凝土的收缩和提高其极限拉伸值，这对防止产 生温度裂缝亦起一定

13、的作用。 对浇筑后的混凝土进行二次振捣，能排除混凝土因泌 水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水分和空隙，提高混凝 土与钢筋的握裹力，防止因混凝土沉落而出现的裂缝，减 小内部微裂，增加混凝土密实程度，使混凝土的抗压强度 提高10%-20%左右，从而提高抗裂性。 二次振捣时机：将运转着的振动棒以其自身的重力逐 渐插入混凝土中进行振捣，混凝土仍可恢复塑性的程度是 使振动棒小心拔出时混凝土仍能自行闭合，而不会在混凝 土中留下孔穴，此时施加二次振捣最适宜。 （四）改善边界约束和构造设计 1. 设置滑动层 由于边界存在约束才会产生温度应力，如在与外约 束的接触面上全部设置滑动层，则可大大减弱外约束。 如在外约

14、束的两端的1/4-1/5的范围内设置滑动层，则 结构的计算长度可折减约一半，为此，遇有约束强的岩 石类地基、较厚的混凝土垫层等时，可在接触面上设置 滑动层，对减少温度应力将起到显著作用。 滑动层的做法：涂刷两道热沥青加铺一层沥青油毡 ；或铺设10-20mm厚的沥青砂；或铺设50mm厚的砂或石 屑层等。 2. 设置缓冲层 在高、低底板交接处和底板地梁等处，用3050mm厚的聚 苯乙烯泡沫塑料做垂直隔离层，如图所示，以缓冲基础收缩时 的侧向压力。 (a) 高、低底板交接处 (b) 底板地梁处 缓冲层示意图 1-聚苯乙烯泡沫塑料 3. 合理配筋 在构造设计方面进行合理配筋，对混凝土结构的抗裂 有很大

15、作用。工程实践证明，当混凝土墙板的厚度为400- 600mm时，采取增加配置构造钢筋的方法，可使构造筋起到 温度筋的作用，能有效提高混凝土的抗裂性能。 配置的构造筋应尽可能采用小直径、小间距。例如 配置直径6-14mm、间距控制在100-150mm。按全截面对 称配筋比较合理，这样可大大提高抵抗贯穿性开裂的能 力。进行全截面配筋，含筋率应控制在0.3-0.5之 间为好。 4. 合理分段施工 后浇带：是在现浇钢筋混凝土结构中，于施工期间 留设的临时性的温度和收缩变形缝，该缝根据工程安排 保留一定时间，然后用混凝土填筑密实成为整体的无伸 缩缝结构。 后浇带的间距在正常情况下其间距一般为20-30m

16、， 保留时间视其作用而定，一般不宜少于40d，在此期间 早期温差及30%以上的收缩已完成。 后浇带的构造有平接式、T字式、企口式等三种，如图所 示。后浇带的宽度应考虑施工方便，避免应力集中，宽度可取 7001000mm。当地上、地下都为现浇钢筋混凝土结构时。在 设计中应标明后浇带的位置，并应贯通地上和地下整个结构， 但钢筋不应截断。 (a) 平接式 (b) T字式 (c) 企口式 5. 合理选择混凝土浇筑方案 可采用分层连续浇筑或分段分层踏步式推进的浇筑方 法。一般情况下，应尽量采用分层连续浇筑。对于工程量 较大，浇筑面积也大，一次连续浇筑层厚度不大，且浇筑 能力不足时的混凝土工程，宜采用分段分层踏步式推进的 浇筑方法。 混凝土浇筑可根据面积大小和混凝土供应能力采取全 面分层、分段分层或斜面分层连续浇筑，分层厚度300- 500mm且不大于震动棒长1.25倍。分段分层多采取踏步式 分层推进，一般踏步宽为1.5-2.5m。斜面分层浇灌每层厚 30-35cm，坡度一般取1:6-1:7。 四、大体积混凝土施工工程