大体积混凝土裂缝控制措施

大体积混凝土裂缝控制措施单位名称：项目名称：学生姓名：论文提交日期：论文答辩日期：2015年7月I摘要在工程建设中经常涉及大体积混凝土施工，大体积混凝土的结构截面大，水泥用量多，水泥水化热产生的温度较高、降温幅度大、速度快，较大的温度变化产生收缩应力是导致混凝土产生裂缝的主要原因。本文分析了大体积混凝土开裂的主要因素、控制措施，及处理办法。结果表明：做好冷却和保温，对混凝土的最高温度和最高温升速率进行限制，可提高混凝土的极限拉应变；缓慢降温可充分发挥混凝土的应力松弛效应，提高抗拉性能。关键词：大体积混凝土，裂缝产生原因，裂缝控制措施II目录第1章绪论..................................................................................................11.1课题背景.......................................................................................................11.2大体积混凝土概念.......................................................................................1第2章大体积混凝土裂缝产生原因.............................................................22.1混凝土裂缝种类...........................................................................................22.2大体积混凝土裂缝原因分析.......................................................................2第3章大体积混凝土裂缝控制措施.............................................................43.1原材料选择...................................................................................................43.2温度控制.......................................................................................................43.3保温养护.......................................................................................................5第4章工程实例..........................................................................................64.1工程概况.......................................................................................................64.2大体积混凝土计算书及结论.......................................................................6第5章结论..................................................................................................9参考文献.......................................................................................................9致谢.............................................................................................................101第1章绪论1.1课题背景在建筑工程中，钢筋混凝土是建筑结构的主要材料之一。随着社会不断的进步，建筑业在高、大和复杂结构方面高速发展，随之，大体积混凝土也大量的出现于工业与民用建筑中。桥梁的基础、承台、墩身，工业建筑中的大型设备基础；大型构筑物的基础；高层、超高层和特殊功能建筑的箱型基础及转换层；有较高承载力的桩基厚大承台等都是体积较大的钢筋混凝土结构。混凝土由于其水泥水化热不容易散失，蓄热于内部，使温度升高较大，容易产生由温度引起的裂缝。因此对温度进行控制，是大体积混凝土施工最突出的问题。必须处理或解决由于水泥产生的水化热所引起的混凝土体积变化，以便最大限度地减少混凝土裂缝。1.2大体积混凝土概念1、大体积混凝土概念我国《大体积混凝土施工规范》GB50496-2009[1]里规定：混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1m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，称之为大体积混凝土。国外对大体积混凝土的定义不尽相同。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部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。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，必须要求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”。2、大体积混凝土特点大体积混凝土具有结构厚大、浇筑量大，工程条件复杂，且多为现浇超静定结构混凝土，施工技术和质量要求高等特点。因为平面尺寸过大，约束作用所产生的温度力也愈大，如采取控制温度措施不当，温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，则易产生裂缝。除了必须具有足够的强度、刚度、稳定性以外，还应满足结构物的整体性和耐久性要求。2第2章大体积混凝土裂缝产生原因2.1混凝土裂缝种类混凝土的宏观裂缝按其成因有荷载裂缝、变形裂缝、施工裂缝、碱骨料反应裂缝。根据它们在结构中的分布区域，分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝，最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面，可能破坏结构的整体性和稳定性，其危害性是较严重的；而深层裂缝部分地切断了结构断面，也有一定危害性；表面裂缝一般危害性较小。混凝土结构的裂缝产生的原因主要有三种，一是由外荷载引起的；二是结构次应力引起的裂缝，这是由于结构的实际工作状态和计算假设模型的差异引起的；三是变形应力引起的裂缝，这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起的结构变形，当变形受到约束时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝田。2.2大体积混凝土裂缝原因分析1、约束作用混凝土约束裂缝大部分发生在现浇混凝土与约束边界结合面的厚度1.0m以上及长度6m以上的部位，如混凝土墙身与先浇混凝土基础的结合部位。先浇筑的混凝土经过水泥水化热反应逐步完成初凝和终凝，趋于稳定，同时对后浇筑的混凝土在结合过程中产生的约束力也相应增大。而后浇筑的混凝土在水泥水化反应过程汇总，初期会产生大量的任亮，产生温度应力和热应变。当水泥水化热基本释放后，混凝土逐渐降温、收缩变形，此时先浇混凝土对其产生约束作用，阻碍其自由变形，当产生的约束应力大于后浇筑混凝土的抗拉强度时，在新混凝土上将产生贯穿性裂缝，这种裂缝称为约束裂缝[2]。2、温度作用（1）水泥水化热水泥在水化过程中会释放出一定的热量，而对于大体积混凝土，其结构断面较厚，表面系数相对较小，导致水泥发生的热量聚集在结构内部不易散失。混凝土内部温度逐渐升高。由于混凝土结构表面可以自然散热，实际上内部的最高温度，多数发生在浇筑后的最初3～5天[3]。（2）外界气温变化3大体积混凝土在施工阶段，温度裂缝多发生在大体积混凝土表面或温差变化较大地区的混凝土结构中，易形成内外的较大温差，造成混凝土内部与外部热胀冷缩的程度不同，使混凝土表面产生一定的拉应力。由于混凝土的导热性能差，浇筑初期混凝土的强度和弹性模量都很低，对水化热引起的急剧温升约束不大，相应的温度应力也较小。随着混凝土龄期的增长，弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以至产生很大的拉应力。当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂缝[4]。3、收缩变形混凝土收缩是指在混凝土凝结初期或硬化过程中出现的体积缩小现象。一般分为塑性收缩、干燥收缩。混凝土中约20℅的水分是水泥硬化所必须的，而约80℅的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩。（1）干燥收缩干缩裂缝是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果。混凝土受外部条件的影响，表面水分损失过快，变形较大，内部湿度变化较小变形较小，较大的表面干缩变形受到混凝土内部约束，产生较大拉应力而产生裂缝。相对湿度越低，水泥浆体干缩越大，干缩裂缝越易产生。混凝土干缩主要和混凝土的水灰比、水泥的成分、水泥的用量、集料的性质和用量、外加剂的用量等有关。（2）塑性收缩塑性收缩是混凝土在浇筑结束后尚在塑性状态发生的收缩，收缩裂缝形成过程与混凝土的泌水有关。混凝土在凝结过程中水分向外蒸发时会引起局部应力，因此当蒸发速率大于泌水速率时会发生局部塑性收缩开裂。塑性收缩裂缝一般在干热或大风天气出现，裂缝多呈中间宽、两端细，且长短不一，互不连贯状态。常发生在混凝土表面积较大的面上，较短的裂缝一般长20～30cm，较长的裂缝可达2～3m，宽约1～5mm。从外观分为无规则网络状和稍有规则的斜纹状或反映出混凝土布筋情况和混凝土构件截面变化等规则的形状，深度一般3～10cm，通常延伸不到混凝土板的边缘[5]。4第3章大体积混凝土裂缝控制措施3.1原材料选择1、水泥水泥水化热是大体积混凝凝土的主要温度因素，因此在选择水泥时，应优先考虑选择水化热低、收缩小、具有微膨胀的水泥，因为这种水泥在水化膨胀期（1～5d）可产生一定的预压应力，而在水化后期预压应力部分抵消温度徐变应力，减少混凝土内的拉应力，提高混凝土的抗裂能力。2、粗骨料、细骨料粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线膨胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋混凝土保护层厚度的2/3，且不得超过钢筋最小间距的3/4，一般在粒径5～25毫米之间，含泥量不大于1%。细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、孔隙率小的洁净天然河砂，不宜选用人工砂、山砂及海砂。砂的平均粒径宜大于0.5毫米，含泥量不大于5%。选用粒径较大、级配良好的石子配制的混凝土，和易性较好，抗压强度较高，同时可以减少用水量及水泥用量，从而使水泥水化热减少，降低混凝土温升，减小混凝土收缩。3、外加剂大体积混凝土施工时可采用缓凝型高效减水剂。减少混凝土的单位用水量，提高混凝土的和易性，延缓混凝土的凝结时间，降低水化热。在大体积混凝土中掺入U型膨胀剂能使混凝土产生适度微膨胀来补偿收缩，在有约束的条件下，在混凝土中建立自应力，混凝土凝固后，仍存在微弱的膨胀和内应力，可补偿混凝土的收缩;掺入粉煤灰，改善了混凝土的和易性，增加了胶凝物质，降低了混凝土的水灰比，减少了多余水份蒸发后形成的孔隙。粉煤灰替代水泥，使水化热明显降低，对于大体积混凝土工程，可降低混凝土内部温度。3.2温度控制大体积砼养护时的温度控制一般有两种方法：一种是降温法，即控制混凝土浇筑温度和成型后温度；另一种是保温法，即砼浇筑成型后，通过保温材料、碘5钨灯、蓄存水等办法，提高砼表面及四周散热面的温度，从结构物的外部进行温度控制。1、降低混凝土浇筑温度