大体积混凝土测温实验指导书

1大体积混凝土测温实训一、大体积混凝土裂缝控制（一）温度裂缝产生的原因混凝土裂缝产生的原因，主要是：1、由外荷载的直接应力（即按常规计算的主要应力）引起的裂缝；2、由结构的次应力引起的裂缝；3、由变形变化引起的裂缝，即由温度、收缩、不均匀沉降、膨胀等变形变化产生应力而引起的。大体积混凝土由于截面大，水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由此形成的温度应力是导致产生裂缝的主要原因。这种裂缝分为两种。1、混凝土浇筑初期，水泥水化产生大量的水化热，使混凝土的温度很快上升。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，因而温度上升较多，内外形成温度梯度，形成内约束。结果是混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该应力超过混凝土的抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。2、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的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（外约束），不能自由变形，导致产生温度应力（拉应力），当该温度应力超过龄期下混凝土抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂形成收缩裂缝。如果该温度应力足够大，严重时可能产生贯穿裂缝。大体积混凝土内出现的裂缝，按其深度一般可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种。贯穿裂缝切断了结构断面，可能破坏结构整体性、耐久性和防水性，影响正常使用，危害严重。深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性。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易产生应力集中，能促使裂缝进一步开展。（二）混凝土裂缝控制的方法1．混凝土的材料水泥水化过程中放出的热量称为水泥的水化热。在大体积混凝土结构中，由于混凝土的导热性能很低，水泥发生的热量聚集在结构内部长时间不易散失，形成较大的温差和温度应力，容易引起温度裂缝，给工程带来不同程度的危害。大体积混凝土用的水泥不仅要水化热低，而且应有适当的强度。在选择水泥品种时，应综合考虑水泥的抗压强度、坍落度和混凝土的绝对温升。另外，在满足设计标号和坍落度的条件下，应尽可能减少水泥的用量，采用较小水灰比和较低的浇筑温度等措施降低混凝土的发热量。大体积混凝土中的温升包含水化热温差、气温差、收缩当量差之和。大体积混凝土结构在降温阶段，由于降温和水分蒸发等原因产生收缩，再加上存在外约束不能自由变形而产生温度应力的。因此，控制水泥水化热引起的温升，即减小了降温温差，这对降低温度应力、防止产生温度裂缝起到了重要的作用。（1）选择中低热水泥混凝土温升的热源是水泥水化热，选用中低热的水泥品种，可减少水化热，使得混凝土减少升温。例如：施工大体积混凝土结构应优先选用325号、425号矿渣硅酸盐水泥，同标号的矿渣水泥和普通硅酸盐水泥相比，3d水化热可减少28%。在结构施工过程中，由于结构设计的硬性规定极大的制约着材料的选择。混凝土强度不2可能因为考虑到施工工作性能的优劣而有所增减。因此，在保证混凝土的强度的前提下，如何尽可能地减小水化热这个问题就显得尤其重要。如：表3-1所示的几项工程外墙厚度较大（400mm），墙体延长米也较长（185m、215m），水泥用量也较大（400kg/m3），但由于选用矿渣硅酸盐水泥，降低水化热，取得了一定的效果，均无出现严重裂缝。部分地下室外墙（选用矿渣硅酸盐水泥）裂缝情况一览表表1-1序号工程名称墙厚度(mm)墙长度(m)砼等级水泥品种及标号水泥用量(kg/m3)裂缝情况1申大南苑D座22084C30S8矿渣硅酸盐425385无2申银大厦2#楼30084C30S6矿渣硅酸盐425385无3上海网球场地下室350125C30S6矿渣硅酸盐425401少量4文化娱乐中心(A)400184C30S6矿渣硅酸盐425384少量5文化娱乐中心(B)400215C30S6矿渣硅酸盐425390少量（2）降低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这种大体积混凝土产生裂缝的主要原因。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10kg，水泥水化热使混凝土的温度相对升降达1℃。因此，控制混凝土的温升，降低温度应力，减小产生混凝土裂缝的可能性。高层建筑的施工的工期一般都很长，地下室基础底板、外墙结构承受的设计荷载要在较长的时间后才被施加在其上，所以只要能保证混凝土的强度在28天后继续增长，并在预计的时间内达到或超过设计强度即可。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检部门的认可后，可采用f45、f60或f90替代f28作为混凝土设计强度，这样可使每立方米混凝土的水泥用量减少40～70kg/m3左右，混凝土的水化热温升相应减少4～7℃。（3）选择合理的外加剂现代化施工中，泵送商品混凝土是一种必不可少的材料。泵送商品混凝土对原材料供应有很高的技术要求。混凝土搅拌生产环境是比较差的，混凝土处于高温、高湿、高粉尘、高振动的条件下，必须确保设备的稳定运行和精确度才能保证有高质量的混凝土。由于泵送商品混凝土的大流动性与抗裂性的要求有一定矛盾，所以在选择泵送商品混凝土时应在满足最小坍落度的条件下尽可能地降低水灰比。泵送商品混凝土由于流动性与和易性的要求，使混凝土的坍落度增加，水灰比增大，水泥标号提高，水泥用量、用水量、砂率均增加，骨料粒径减小，外加剂增加等因素的变化，会导致混凝土的收缩及水化热作用都比以往大量增加。混凝土中水泥用量及标号的提高可以明显的增加强度，但需要指出的是，混凝土的抗拉强度、抗剪强度和粘结强度虽然均随抗压强度的增加而增加，但它们与抗压强度的比值却随强度的提高而变的愈来愈小，因此在裂缝控制中决定混凝土抗力的抗拉强度（即极限拉伸）的提高不足以弥补增大的水化热所带来的负面影响。为了解决泵送混凝土的这些问题，合理的选择外加剂就显得十分重要了。①木质素磺酸钙木质素磺酸钙属于阴离子表面活性剂，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用量约0.25%的木钙减水剂，它不仅能使混凝土和易性有明显的改善，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。从表3-2的例子可看出，混凝土中掺入木钙减水剂后，7d的水化热略3有增大，但可减小水泥用量10%左右，因此水化热还是降低的，并且可以延迟水化热释放的速度。这样不但可以减小温度应力，而且还可以使初凝和终凝的时间相应延缓5～8h，可大大减小了在大体积混凝土施工过程中出现温度裂缝的可能性。东风牌普通硅酸盐水泥掺入木钙减水剂水化热对比表1-2水泥品种木钙掺量（%）水化热（kJ/kg）放热峰出现时间（h）放热峰出现温度（℃）延迟时间（h）1d3d7d500号水泥0187.99215.20231.9514.533.300.25174.59236.14258.3317.532.63②粉煤灰粉煤灰是泵送混凝土的重要组成部分。粉煤灰能有效地提高混凝土的抗渗性能，显著改善混凝土拌料的工作性能，并具有减水作用。由于粉煤灰的火山灰活性效应及微珠效应，使具有优良性质的粉煤灰（不低于二级）在一定掺入量下（水泥重量15%～20%）的强度还后所增加，包括早期强度。同时，粉煤灰的掺入可以使混凝土密实度增加，收缩变形有所减少，泌水量下降，坍落度损失减小。通过预配实验会取得降低水灰比、减少水泥浆用量，提高混凝土可泵性等良好效果，特别是可以明显的延缓水化热峰值的出现，降低温度峰值，并能改善混凝土的后期强度。例如，在上面提到的22项工程中柳林大厦的地下室外墙混凝土等级比较高，为C45S8；混凝土单方水泥用量在被调查的工程中是最大的，为471kg/m3，但工程实践表明柳林大厦的外墙裂缝很少也很小。究其原因，其中很重要的一条就是柳林大厦在施工中粉煤灰的用量也是全部被调查工程中是最大的（80kg/m3）。③混凝土膨胀剂普通硅酸盐水泥配置的砂浆或混凝土在干燥时会产生收缩，砂浆的收缩率为0.1%～0.2%，混凝土的收缩率为0.04%～0.06%，而一般混凝土的极限拉伸仅为0.01%～0.02%，其结果导致使混凝土开裂，破坏结构的整体性，降低抗渗性能。在混凝土中适当的掺入膨胀剂（AEA：矾土水泥天然明矾石硬石膏、UEA：烧结明矾石天然明矾石硬石膏等），置换相同重量的水泥，吸收部分水化热后发生化学反应，在混凝土中产生0.2～0.7MPa的膨胀自应力使混凝土处于受压状态，抵消由于干缩而产生的拉应力，从而避免裂缝的发生和发展，同时大大提高混凝土的抗渗性能和后期抗压强度，达到混凝土结构本身抗裂防水的目的。在施工中，合理使用补偿收缩混凝土在结构自防水的同时可以实行无缝设计、无缝施工，对节约成本、缩短工期有一定的现实意义。另一方面，膨胀剂AEA、UEA在混凝土中形成膨胀物钙矾石时需吸收大量的水，在商品泵送混凝土中，掺入膨胀剂会增加混凝土坍落度的损失，影响混凝土的泵送施工，因此在使用时须考虑膨胀剂与泵送剂的双掺。（4）粗细骨料的选择砂石的含泥量对于混凝土的抗拉强度与收缩都有很大的影响，在某些控制不是很严格的情况下，浇捣混凝土的过程中会发现有泥块，这会降低混凝土的抗拉强度，引起结构严重开裂，因此宜严格控制。在施工中，粗骨料的最大粒径应尽可能的大一些，在发挥水泥有效作用的同时达到减少收缩的目的。因为增大粗骨料的粒径，可减少用水量，而使混凝土的收缩和泌水量减小，同时也相应的减少水泥的用量，从而减少了水泥的水化热，最终降低混凝土的温升。对于地下室外墙大体积混凝土，粗骨料的规格往往与结构的配筋间距、模板形状以及混凝土浇筑工艺等因素有关。一般情况下，连续级配的粗骨料配置的混凝土具有较好的和易性、较少的用水量、水泥用量和较高的抗压强度，应优先选用。在配合比中，砂率过高意味着细骨料多，粗骨料少，这样对抗裂不利。由于泵送混凝土的输送管道除直管外，还有锥形管、弯管和软管等。当混凝土通过锥形管和弯管时，混凝土4颗粒间的相对位置就会发生变化，此时若混凝土的砂浆量不足，就会产生堵管现象。因此，在混凝土的级配中应当在满足可泵性的条件下再尽可能的降低砂率。选择细骨料时以中、粗砂为宜。根据有关实验资料表明，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，每立方米混凝土可减少用水量20～25kg，水泥用量可相应减少28～35kg。这样就减低了混凝土的温升和混凝土的收缩。新上海国际大厦是市建三公司所承建的一幢现浇筒体高层建筑，其结构主体38层，地下室占地4层，层高3.0m。该工程地下室外墙延长米为280m，墙板厚600mm，施工要求不留施工缝一次浇筑。为了控制裂缝，施工单位首先在材料上就进行了周密的配比选择，同时配合其他技术措施，最终取得了较为理想的效果。其主要的施工措施包括：在水泥品种上采用了矿渣水泥，混凝土坍落度为12±2°Cm，初凝大于10小时；同时采用双掺技术，即掺入粉煤灰和减水剂以降低水化热；在粗细骨料的选择时，保证砂的细度模数在2.4以上，含泥量小于2%，石子连续级配，含泥量小于1%。2．浇筑与振捣大体积混凝土浇筑，除了一般的施工工艺以外，应采取一些技术措施，减少混凝土的收缩、提高极限拉伸，这对大体积混凝土防止产生温度裂缝很有作用。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。传统的混凝土搅拌工艺在混凝土搅拌过程中水分直接润湿石子表面，在混凝土成型和静置的过程中，自由水进一步向石子与水泥砂浆界面集中，形成石子表面的水膜层。在混凝土硬化以后，由于水膜层的存在而使界面过渡层疏松多孔，削弱了石子与硬化水泥砂浆之间的粘结，形成了混凝土最薄弱的环节，从而对混凝土抗压强度和其它物理力学性能产生不良的影响。为了进一步提高混凝土质量，可采用二次投料的砂浆裹石或净浆裹石搅拌新工艺。这样可以有