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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应变，一旦温度应力超
3、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,混凝土的温度取决于它本身环境有温差存在，而结构物四
4、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0.97,；,混凝土密度，取2 400(,e为常数
5、，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 几种保温材料导热系数,混凝土表面温度()；,施工期大
6、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,。,(3) 混凝土表面模板及保温层的传热系数。,(3-6
7、),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),2. 大体积混凝土温度应力计算,1) 地基约束系数(
8、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,(,3-13),式中：,t龄期地基约束系数(,)；,h混凝土实际厚度
9、(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始值(),6) 各区段拉应力,(3-17),式中：,i区段混
10、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(d)；,钢筋截面积(,)；,混凝土截面积(,)。,2) 平均整浇长
11、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(J)；,混凝土厚度(m)；,温度差()；,t测试时间(h)。,A混凝土的面
12、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，钢筋混凝土的重度,之间。,在2 3002 450,在2 4502 500, 3.2.4 混凝土
13、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)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
14、,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。,
