大体积混凝土施工

赵勤勇广西大学土木学院高级工程师大体积砼基础天津117大厦，65000立方米大底板混凝土，民用建筑最大体积底板混凝土近几年来，全国各地工程规模日趋扩大，结构形式日益复杂，工业与民用建筑中大体积混凝土越来越多。由于其体积大，表面小，水泥水化热释放比较集中，内部温升比较快，当混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝和收缩变形裂缝，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。大体积混凝土的定义大体积混凝土裂缝控制工程实例1工程实例2大体积混凝土的定义大体积混凝土含义一般是指其体积大到必须采取措施处理水化热产生的温差，合理解决温差变形引起的应力，并控制裂缝的产生或限制裂缝开展的现浇混凝土。《大体积混凝土施工规范》（GB50496-2009）中给予大体积混凝土定义：混凝土结构物实体最小尺寸不小于lm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。大体积砼结构的特点由于高层基础多为砼体积较大的箱形、筏形和桩承台较大的基础，这种结构有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。外荷载引起裂缝的可能性很小。但水泥的水化反应过程中释放的水化热所产生的温度变化与砼收缩的共同作用，会产生较大温度应力和收缩应力，是大体积砼结构出现裂缝的主要因素。这些裂缝往往给工程带来不同程度的危害，所以必须控制温度应力和温度变形裂缝的开展。通过大量的工程实践证明：砼的温升和温差与表面系数有关，单面散热的结构断面最小厚度在75cm以上，双面散热的结构断面最小厚度在100cm以上，水化热引起的砼内外最大温差预计可能超过25℃，应按大体积砼施工。大体积混凝土的定义大体积混凝土裂缝控制工程实例1工程实例2混凝土裂缝的类型与产生原因控制裂缝的措施设计方面材料方面施工方面大体积混凝土裂缝控制混凝土裂缝的类型裂缝的种类：按裂缝的宽度不同，混凝土裂缝可分为“微观裂缝”和“宏观裂缝”两种。微观裂缝（在尚未承受荷载的混凝土结构中存在着肉眼看不见的微观裂缝其宽度为0.05mm以下）：粘着裂缝：骨料与水泥石粘结面上的水泥石裂缝：骨料间水泥浆中的裂缝骨料裂缝：存在于骨料本身的裂缝前两种形式的裂缝较多，且这些裂缝分布不规则、不贯穿，砼仍可承受拉力。混凝土裂缝的类型宏观裂缝（宽度0.05mm以上肉眼可见的裂缝）：表面裂缝：表面拉应力大于砼极限抗拉强度时出现的裂缝贯穿裂缝：砼从高温降温引起砼收缩产生拉应力，当大于砼的极限抗拉强度时，混凝土的整个截面出现贯穿裂缝。深层裂缝：表面裂缝发展而成深层裂缝混凝土裂缝的类型宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。混凝土裂缝的类型表面裂缝大体积混凝土浇筑初期，水泥水化热大量产生，使混凝土的温度迅速上升。但由于混凝土表面散热条件较好，热量可向大气中散发，其温度上升较少；而混凝土内部由于散热条件较差，热量不易散发，其温度上升较多。混凝土内部温度高、表面温度低，则形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。混凝土裂缝的类型表面裂缝虽不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，由于表面裂缝处的断面已削弱，易产生应力集中现象，能促使裂缝进一步开展。国内外对裂缝宽度都有相应的规定，如我国的混凝土结构设计规范，对钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度就有明确的规定：室内正常环境下的一般构件为0.3mm；露天或室内高湿度环境下为0.2mm。贯穿裂缝大体积混凝土浇筑初期，混凝土处于升温阶段及塑性状态，弹性模量很小，变形变化所引起的应力很小，温度应力一般可忽略不计。混凝土裂缝的类型混凝土浇筑一定时间后，水泥水化热基本已释放，混凝土从最高温逐渐降温，降温的结果引起混凝土收缩，再加上混凝土多余水分蒸发等引起的体积收缩变形，受到地基和结构边界条件的约束，不能自由变形，导致产生拉应力，当该拉应力超过混凝土极限抗拉强度时，混凝土整个截面就会产生贯穿裂缝。贯穿裂缝切断了结构断面，破坏了结构整体性、稳定性、耐久性、防水性等，影响正常使用。应当采取一切措施控制贯穿裂缝的开展。深层裂缝基础约束范围内的混凝土，处在大面积拉应力状态，在这种区域若产生了表面裂缝，则极有可能发展为深层裂缝，甚至发展成贯穿性裂缝。深层裂缝部分切断了结构断面，具有很大的危害性，施工中是不允许出现的。如果设法避免基础约束区的表面裂缝，且混凝土内外温差控制适当，基本上可避免出现深层裂缝和贯穿裂缝。混凝土裂缝的类型由外荷载的直接应力（即按常规计算的主要应力）引起的由结构的次应力（计算未考虑到的结构内部应力）引起的由变形变化（温度、收缩、不均匀沉降等）引起的•大体积混凝土的裂缝多由上述第三种原因引起。•当变形受到约束产生的应力超过混凝土的抗拉强度时，就引起裂缝。混凝土裂缝产生原因结构变形的内外约束：1、内约束：结构变形时，其内部各质点之间产生的约束；2、外约束：结构变形时，不同结构之间产生的约束。分为：自由体、全约束、弹性约束（部分约束）建筑工程中的大体积混凝土，外约束应力占主要地位混凝土裂缝产生原因大体积混凝土裂缝产生的原因主要由温度变形、收缩变形导致内约束引起的表面裂缝外约束引起的深层裂缝砼浇筑初期，其内部与表面温差过大砼浇筑后期，砼降温、干缩变形引起的混凝土内部收缩受到外部约束大体积混凝土产生裂缝的原因设计方面施工方面采用过高强度等级的混凝土（设计强度过高，水泥用量过大）忽视配置控制温度和收缩变形的构造钢筋（温度应力和收缩应力变形不能受到约束）材料选用不当施工技术准备不周密浇筑过程施工措施不当浇筑后的养护和监控不完善1、设计方面大体积混凝土采用的强度等级日趋增高，出现C40～C55甚至更高强度等级的高强混凝土，设计强度过高，水泥用量过大，必然造成混凝土水化热过高，混凝土块体内外温差过大，温度应力容易超过混凝土的抗拉强度，产生开裂。对于大型基础底板，设计人员往往只重视满足强度和抗冲切要求的结构配筋和构造配筋，而忽视配置控制温度和收缩的构造钢筋，混凝土产生的温度应力和收缩应力变形不能受到足够的约束，从而产生裂缝现象。大体积混凝土裂缝产生的原因2、施工方面大体积混凝土裂缝主要产生于两个阶段：一是混凝土浇捣后的温升阶段,因混凝土内部与表面温差过大,致使表面产生较大拉应力,使混凝土表面开裂；二是在混凝土降温阶段，因混凝土内部降温速率过快，使混凝土内部产生较大拉应力，从而在混凝土内部产生贯穿性裂缝。施工段的划分及浇筑顺序不合理，组织安排不周密，模板使用不当，以及混凝土浇筑过程中配合比、水灰比过大、养护不当等等，都可能引起大体积混凝土结构的变形裂缝。大体积混凝土裂缝产生的原因混凝土结构裂缝的控制•对于基础、地下或半地下结构，裂缝主要影响其防渗性能。当裂缝宽度只有0.1～0.2mm时，虽然早期有轻微渗水，经过一段时间后一般裂缝可以自愈。•当裂缝宽度超过0.2～0.3mm时，其渗水量与裂缝宽度呈三次方增加，必须进行化学注浆处理。《混凝土结构设计规范》（GB50010－2010）的要求：一类环境（室内正常环境）：0.3（0.4）mm；二、三类环境：0.2mm。目的：防止钢筋锈蚀、混凝土碳化和酥松脱落，从而影响结构的耐久性、防水性。控制大体积混凝土裂缝的措施设计方面材料选用施工工艺（技术方案）施工质量（模板、浇筑）保温保湿养护大体积混凝土裂缝的控制1、对于大体积混凝土底板，应在满足抗弯及抗冲切计算要求的前提下，避免设计上“强度越高越好”的错误概念，可以利用混凝土60d或90d的后期强度，尽量采用C25-C40的混凝土，这样可以减少混凝土中的水泥用量，以降低混凝土浇筑实体的温度升高。（《规范》P11)2、大体积混凝土除满足承载力要求外，还应增配承受因水泥水化热引起的温度应力及控制裂缝开裂的构造钢筋。温度收缩钢筋可利用原有钢筋贯通布置，也可另行设置构造钢筋网，与原有钢筋按受拉钢筋的要求搭接或在周边构件中锚固。（《规范》P11)设计方面大体积混凝土裂缝的控制2.1当板的厚度大于2m时，除应沿板的上、下表面布置纵、横方向的钢筋外，尚应沿板的厚度方向间距不超过lm设置与板面平行的构造钢筋网片，其直径宜为φl2—φl6，间距宜为100—150mm。为防止大承台水平裂缝，四周宜加设暗梁。4Ø16~4Ø222.2为了避免结构突变或断面突变产生应力集中，转角和孔洞处应增设构造加强筋。构造钢筋增设暗梁避免应力集中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。对于大体积混凝土，构造筋对控制贯穿性裂缝作用不太明显，但沿混凝土表面配置钢筋，可提高面层抗表面降温的影响和干缩。大体积混凝土裂缝的控制4、合理设置施工缝，合理设定温控指标等。设计方面聚苯乙烯泡沫塑料设置缓冲层3、在底板的地梁、坑内水沟等键槽部位，可用厚度为30~50mm的聚苯乙烯泡沫或沥青木丝板作垂直隔离，以缓和地基对基础收缩时的侧向压力。(见右图)3.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。滑动层的做法有：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。大体积混凝土裂缝的控制4.设置应力缓和沟设置应力缓和沟，即在结构的表面，每隔一定距离设一条沟，设置应力缓和沟后，可将结构表面的拉应力减少20％-50％，可有效地防止表面裂缝。这种方法是日本清水建筑工程公司研究出的一种防止大体积混凝土开裂的方法。我国已用于直径60m、底板厚3.5-5.0m、容量1.6万m3的地下罐工程，并取得良好效果。应力缓和沟的形式，如图3-11所示。大体积混凝土裂缝的控制大体积混凝土裂缝的控制5.缓冲层在高、低底板交接处和底板地梁等处，用30～50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料做垂直隔离层，如图3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大体积混凝土裂缝的控制1、合理选择水泥品种2、合理选用骨料选用C3S及C3A含量低的中、低热水泥。（《规范》P12）材料选用方面3、合理选用外加剂尽量选用粒径较大、级配良好的石子，以减少用水量和水泥用量、混凝土的收缩和泌水性。掺加块石。在无筋或少筋的大块混凝土中，可掺入不超过混凝土体积的25%的大块石，以减少水泥用量，降低水化热。细骨料以中、粗砂为宜。严格控制砂、石的含泥量。石子控制在小于1%，黄砂控制在小于2%。合理选用外加剂3.1在混凝土中加入适量的外加剂，可以改善混凝土的特性，减少水泥用量，减少混凝土的温升。同时可降低水化热释放的速度，延缓温度峰值出现的时间。3.2混凝土中掺入一定量的粉煤灰不仅能改善混凝土特性，而且能代替部分水泥，减少水化热。但应注意掺加粉煤灰后混凝土早期强度有所降低。3.3采用UEA补偿收缩混凝土：在混凝土内掺水泥用量10%~12%的U型混凝土膨胀剂，以实现超长结构的无缝施工。1、控制混凝土出机温度和浇筑温度2、预埋水管，降低最高温升施工方面3、改进混凝土搅拌和振捣工艺可采取加冰拌和，砂石料遮阳覆盖，泵送管道用草袋包裹洒水降温等技术措施。4、合理选择混凝土浇筑方案冷却水管大多采用直径为25mm的薄壁钢管，按照中心距1.5~3.0m交错排列,水管上下间距一般也为1.5~3.0m，并通过立管相连接。采用二次投料和二次振捣的新工艺，提高混凝土的强度。可采用分层连续浇筑或分段分层踏步式推