大体积混凝土施工技术详细Word格式文档下载.docx

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1.4裂缝的种类及成因2

第2章大体积混凝土温度裂缝控制2

2.1控制混凝土温升2

2.1.1选用中低热的水泥品种2

2.1.2掺加外加剂2

2.1.3粗细骨料选择2

2.1.4控制温度应力2

2.1.5大体积混凝土配合比2

2.2控制混凝土的拌制、浇筑、振捣2

2.3加强混凝土的养护2

2.4.1大体积混凝土的养护要求2

2.4.2大体积混凝土的养护措施2

2.4加强混凝土的温度监测工作2

2.5后浇带与施工缝2

2.6冬期施工2

第1章前言

在现代工程建设中大体积混凝土有了广泛的应用,如用大体积混凝土浇筑的大坝、高层建筑的地下室底板以及很多大型设备基础.由于大体积混凝土体积大,水化热也大,水化热与环境的交换路径长,造成结构内部产生了极不均匀的温度分布,严重时可引起混凝土开裂,因此大体积混凝土结构施工质量直接影响建筑工程的施工质量.施工单位需要采用先进的施工技术来更好地控制大体积混凝土施工质量,从而保证建筑工程的质量,进而促进建筑的发展.

1.1大体积混凝土定义

对于大体积混凝土的文字定义,目前尚无统一概念.美国混凝土学会（ACI）曾规定:

“任何就地浇筑的大体积混凝土,其尺寸之大,必须要求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”.日本建筑学会标准（JASS5）规定:

“结构断面最小尺寸在80厘米以上,水化热引起混凝土内的最高温度与外界温度之差预计超过25℃的混凝土为大体积混凝土”.在我国,混凝土结构物实体最小几何尺寸不小于1米的大体量混凝土,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[1].

1.2大体积混凝土的特点

大体积混凝土与一般混凝土是不同的,综合来看,大体积混凝土具有以下方面的特点:

①混凝土体积大,块体厚.②在浇筑方面,大体积混凝土结构需要的浇筑量比普通体积混凝土结构连续浇筑量大,且对混凝土整体性的要求更高.③大体积混凝土结构水化热会提高混凝土内部的温度.④对于厚度在150厘米以上的混凝土,需充分考虑水平分层施工的设置以降低水热化对混凝土带来的影响[2].

在施工期间大体积混凝土结构中往往会由于温度变化而产生很大的拉应力或因施工阶段的变化而导致应力的急剧变化.要把这些应力限制在允许范围内是很不容易的,因此大体积混凝土中易出现温度裂缝.

1.3大体积混凝土的国内外研究现状

大体积混凝土的使用开始于混凝土水坝的建造,在1900年前,由于建造的混凝土水坝体积小,混凝土强度低,水化热低,放热时间长,因此混凝土的温度应力很小.后来随着坝体增大,虽然水泥放热较小,但内部蓄热量大,温度应力增大,坝体裂缝的控制显然成了大问题.到了1930年工程师认识到水泥水化热引起的温度应力是裂缝开展的主要原因,从此开始了对大体积混凝土的全面研究,并提出了各种控制措施[3].

（1）采用低水化热水泥

最初美国人在1932-1935年建造米orris坝时,首次研制了低水化热水泥,即限制水泥中C3A、C3S的含量,以便降低水泥的水化热.后因此种水泥的强度增长速度太慢,又逐渐使用C3S含量较高的中热水泥.后来又加入了火山灰、粉煤灰、蛋白石粉、浮石粉等,被逐渐将目标集中在粉煤灰和矿渣上并为其制定了相应的标准.随后开发了效果更好地低水化热膨胀水泥.

（2）降低水泥用量

美国在1930年之前建大坝水泥用量较多,最低为225千克/米³

虽然强度符合要求,但总出现裂缝,后来降低水泥用量,使胶凝材料的用量为160千克/米³

左右（含掺合料）.后来又采用在混凝土中埋入大粒径石头的措施来降低水泥用量和吸收混凝土中的热量.

（3）开发新的混凝土施工工艺

已经开发和采用的方法有:

合理进行分缝分块、混凝土通仓纵缝浇筑法、使用强力振捣设备、用聚合物浸渍混凝土等.

（4）降低混凝土浇筑温度

通过低温走廊预冷混凝土降低混凝土浇注温度、用掺冰的水拌合混凝土等.

（5）降低混凝土浇筑块的温度

最常用的方法为在混凝土中预埋冷却水管,用循环冷却水带走水化反应热,降低大体积混凝土中的温度.

（6）混凝土外保温控制大体积混凝土内外温差

实践证明这是一种简便有效经济的措施,尤其适用于普通民用建筑物的基础筏板和设备的基础等.

1.4裂缝的种类及成因

混凝土是由水泥浆、砂子和石子组成的水泥浆体和骨料的两相复合型脆性材料.存在着两种裂缝:

肉眼看不见的微观裂缝和肉眼看得见的宏观裂缝.

微观裂缝是混凝土本身就有的,它的宽度仅2～5p米,主要有三种形式的微观缝:

砂浆与石子粘结面上的裂缝,称为粘着裂缝;

穿越砂浆的微裂缝,称为水泥石裂缝;

穿越骨料的微裂缝,称为骨料裂缝.微观裂缝在混凝土结构中的分布是不规则、不贯通的,并且肉眼看不见,因此有微观裂缝的混凝土可以承受拉力.

宽度不小于0.05米米的裂缝称为宏观裂缝,宏观裂缝是由微观裂缝扩展而来的.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.

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,一般可分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三类.

混凝土表面裂缝一般是在干缩变形和混凝土自身温度场变化的内部约束或由于气温骤降而引起的.表面混凝土冷却受内部热混凝土的约束而产生的温度应力,当它们大于混凝土同龄期的抗拉强度时裂缝就会发生.如果不受其它因素的影响,一般不会形成贯穿裂缝或深层裂缝.内部裂缝是在浇筑块顶面上出现表面裂缝后,再在其上浇筑新混凝土,则原来的表面裂缝就变成了内部裂缝.深层裂缝是出现在脱离基础约束范围以外的表面裂缝,在经历一个较长降温的过程以后,如果内部温度较高,在混凝土块内部将形成一个温度梯度比较陡的复杂温度场,从而使裂缝向纵深发展,形成深层裂缝,其内部仍是连续的.基础贯穿裂缝是切断混凝土结构的大裂缝.混凝土浇筑温度过高加上混凝土水化热温升,形成混凝土的最高温度,当降到施工期的最低温度时,即产生基础温差,这种由于均匀降温产生的温度应力,当其大于同龄期混凝土的抗拉强度时就产生裂缝.基础贯穿裂缝是混凝土变形受外界约束而发生的,它的整个断面均受拉应力,只要产生裂缝,就会形成贯穿裂缝.

微裂缝是所有混凝土结构都具有的,它的存在是正常的现象.它虽然对混凝土结构的变形、强度有影响,但在设计规范中就已经考虑到微裂缝对混凝土强度和抗裂性能的影响,对具体的结构不需另加研究.但微裂缝的存在,结构受力作用时,就会发展成宏观裂缝.其基本过程是原始粘结裂缝的逐渐扩大和新的粘结裂缝的出现,产生少量穿越砂浆的裂缝,穿越砂浆的裂缝发展较快,并出现局部穿越骨料的裂缝,各种裂缝迅速发展并逐渐贯通,形成贯穿裂缝.[4]

第2章大体积混凝土温度裂缝控制

2.1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、防止产生温度裂缝能起釜底抽薪的作用.为控制大体积混凝土结构因水泥水化热而产生的温升,需采取相应的施工措施.

2.1.1选用中低热的水泥品种

混凝土升温的热源是水泥水化热,在施工中应选用水化热较低的水泥以及尽量降低单位水泥用量.为此,施工大体积混凝土结构多用325号、425号矿渣硅酸盐水泥.

2.1.2掺加外加剂

为了满足送到现场的商品混凝土具有一定坍落度,如单纯增加单位水泥用量,不仅多用水泥,加剧混凝土收缩,而且会使水化热增大,容易引起开裂.因此应选择适当的外加剂.

1、减水剂:

混凝土材料是由水泥、砂石骨料、化学外加剂和外掺矿物活性材料组成的复合材料,其性能是由各组成材料的性能和掺量（配合比）决定的,低热补偿收缩大体积混凝土也是一种混凝土.其性能也由其组成材料的性能和掺量决定.依据现有材料的特性,分析配制低热补偿收缩大体积混凝土的可行性.目前国际上通用的高效减水剂主要有两类:

第一类是以磺酸盐甲醛缩合物为代表的磺化煤焦油系减水剂,第二类是以三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物为代表的树脂系减水剂.高效减水剂属阴离子表面活性剂,在其很长的碳氢链上含有大量的极性基,当它吸附于水泥颗粒表面时,在水泥颗粒周围形成了扩散双电位层,使水泥颗粒相互排斥而保持较好的分散状态,并使水的表面涨力降低,从而大大提高了水泥浆体的流动性.和未掺高效减水剂的混凝土相比,采用同样的塌落度,掺高效减水剂的混凝土可大大减小水灰比.高效减水剂使用后,不仅能降低水灰比,而且能使混凝土拌合物中的水泥更为分散,从而使硬化后的空隙率及孔隙分布情况得到进一步改善.

通过试验,在同样水灰比情况下,掺高效成水剂的混凝土28天强度比不掺高效成水剂的混凝土要多,且塌落度增加很大.在保证相同塌落度条件下,掺高效减水剂的混凝土3天和7天强度能提高50%～70%,28天强度提高40%以上.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％的木钙减水剂（即木质素磺酸钙）,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.近年来,开发一种新型“减低收缩剂”,常用的有UEA,AEA,是掺入后可使混凝土空隙中水分表面张力下降从而减少收缩的新材料,它可减少收缩40％～60％,但是能否起到有效地控制收缩裂缝的作用,还应注重其适用条件和后期收缩.

因此,要提高混凝土的强度,掺高效减水剂是很有效的措施.但是,掺高效减水剂的混凝土拌合物凝结时间可稍许提前并且塌落度损失较快.因此,大体积混凝土施工时易使用缓凝型高效减水剂.掺入缓凝高效减水剂既可减少混凝土的单位用水量,满足稠度的要求,又能提高混凝土的和易性,延缓混凝土的凝结时间,降低水化热.

2、膨胀剂:

膨胀混凝土的膨胀性能主要来源于膨胀水泥或掺加膨胀剂的水化作用.目前应用较多的是UEA混凝土膨胀剂,它是一种特制的硫铝酸盐膨胀剂,主要由无水硫铝酸钙.它加到普通水泥中与水拌合后,使混凝土的强度和膨胀发展相协调.膨胀混凝土的强度分自由膨胀强度和约束膨胀强度.自由强度常随膨胀值增加而下降,而约束强度则有所提高.因一定的膨胀结晶能够使混凝土更加致密,毛细孔减小,界面结构得到改善,从而使强度提高.在混凝土中掺入膨胀剂,混凝土在硬化过程中产生体积膨胀,这部分膨胀可以部分或全部补偿硬化过程中冷缩和干缩,减少或避免混凝土的开裂.

3、粉煤灰:

粉煤灰是从烧煤粉的锅炉烟气中收集的粉状灰粒,国外把它叫做“飞灰”或者“磨细燃料灰”.把粉煤灰掺入混凝土中,就制成粉煤灰混凝土因为这种混凝土能够节约矿物资源和能源,减少环境污染,改善混凝土性能,因此它是一种经济的改性混凝土,开发利用粉煤灰混凝土技术已引起国内外工程界人士的高度重视.粉煤灰的矿物组成相当复杂.目前在混凝土中应用较多的低钙粉煤灰主要有六种矿物组分,即玻璃微珠、海绵状玻璃体、石英、氧化铁、碳粒,硫酸盐等.这六种矿物的含量较多,对粉煤灰的影响也较大.由于,粉煤灰具有火山灰活性效应,在混凝土中掺入粉煤灰可以提高混凝土的密实性.龄期越长,反应越完全,混凝土越密实,混凝土的强度也越高.同时,粉煤灰具有胶凝作用和减水作用（优质粉煤灰）.在混凝土中掺加粉