第3章++大体积混凝PPT文档格式.ppt

第3章++大体积混凝PPT文档格式.ppt

《第3章++大体积混凝PPT文档格式.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第3章++大体积混凝PPT文档格式.ppt（35页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

即沿着骨料周围出现的骨料与水泥石粘结面上的粘着裂缝；

分布于骨料之间水泥浆中水泥石裂缝和存在于骨料本身的骨料裂缝。

上述三种微观裂缝，前两种较多，后者较少。

且微观裂缝在混凝土中的分布是不规则、不贯穿的，因此有微观裂缝的混凝土可以承受拉应力。

宏观裂缝：

宽度不小于0.05mm的裂缝是肉眼可见裂缝，称“宏观裂缝”。

宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。

宏观裂缝，按其深度一般可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种。

贯穿性裂缝切断了结构断面，破坏结构整体性、稳定性和耐久性等，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。

国内外有关规范对裂缝宽度都有相应的规定，一般都是根据结构工作条件和钢筋种类而定。

我国的混凝土结构设计规范（GBJ1089），对钢筋混凝土结构的最大允许裂缝宽度亦有明确规定：

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为0.2mm。

一般来说，由于温度收缩应力引起的初始裂缝，不影响结构的瞬时承载能力，而对耐久性和防水性产生影响。

对不影响结构承载能力的裂缝，为防止钢筋锈蚀、混凝土碳化、酥松剥落等，应对裂缝加以封闭或补强处理。

对于基础、地下或半地下结构，裂缝主要影响其防水性能。

当裂缝宽度只有0102mm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。

裂缝宽度如超过0.203mm，其渗水量与裂缝宽度的三次方成正比，渗水量随着裂缝宽度的增大而增加甚快，为此，对于这种裂缝必须进行化学灌浆处理。

约束的概念和分类：

大体积混凝土的裂缝多由变形变化引起的，即结构要求变形，当变形受到约束得不到满足时，引起应力，当该应力超过混凝土抗拉强度时就引起裂缝。

为此，裂缝的产生既与变形大小有关，又与约束的强弱有关。

结构产生变形变化时，不同结构之间和结构内部各质点之间都会产生约束，前者称为“外约束”，后者称为“内约束”。

外约束分为自由体、全约束和弹性约束。

1.自由体自由体即变形不受其他结构任何约束的结构。

结构的变形等于结构自由变形，无约束度应力。

即变形最大，应力为零。

2.全约束全约束即结构的变形全部受到其他结构的约束，使变形结构无任何变形的可能。

即应力最大，变形为零。

3.弹性约束弹性约束即介于上述两种约束状态之间的一种约束，结构的变形受到部分约束，产生部分变形。

变形结构和约束结构皆弹性体，二者之间的相互约束称“弹性约束”，即既有变形，又有应力。

这是最常遇到的一种约束状态。

内约束是当结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起各质点变形的相互约束。

建筑工程中的大体积混凝土，相对说来体积不算很大，它承受的温差和收缩主要是均匀温差和均匀收缩，故外约束应力占主要地位，因此我们要重点研究由结构变形和外约束引起的应力。

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。

结果混凝土内部产生压应力，面层产生拉应力，当该拉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水分蒸发、碳化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），当该温度应力超过混凝土抗拉强度时，则从约束面开始向上开裂形成温度裂缝。

如果该温度应力足够大，严重时可能产生贯穿裂缝，破坏了结构的整体性、耐久性和防水性，影响正常使用。

为此，应尽一切可能坚决杜绝贯穿裂缝。

大体积混凝土裂缝产生的原因：

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。

一方面是混凝土由于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约束（内约束）阻止这种应变。

一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。

总结过去大体积混凝土裂缝产生的情况，可知道产生裂缝的原因如下：

1.水泥水化热水泥水化热水泥在水化过程中要产生一定的热量，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，水化热聚集在结构内部不易散失，所以会引起急骤升温。

水泥水化热起的绝热温升，与混凝土单位体积内的水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期按指数关系增长，一般在10d左右达到最终绝热温升，但由于结构自然散热，实际上混凝土内部的最高温度，大多发生在混凝土浇筑后的35d。

混凝土的导热性能较差，浇筑初期，混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力也就较小。

随着混凝土龄期的增长，弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便开始产生温度裂缝。

2约束条件约束条件结构在变形变化时，会受到一定的抑制而阻碍其自由变形，该抑制即称“约束”。

如前所述，约束分为外约束与内约束。

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，应是温差和混凝土线膨胀系数的乘积，即T，当超过混凝土的极限拉伸值p时，结构便出现裂缝。

由于结构不可能受到全约束，且混凝土还有徐变变形，所以温差在25甚至30情况下混凝土亦可能不开裂。

无约束就不会产生应力，因此，改善约束对于防止混凝土开裂有重要意义。

3.外界气温变化外界气温变化大体积混凝土施工期间，外界气温的变化对大体积混凝土开裂有重大影响。

混凝土的内部温度是浇筑温度、水化热的绝热温升和结构散热降温等各种温度的叠加之和。

外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；

如外界温度下降，会增加混凝土的降温幅度，特别在外界温度骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土极为不利。

温度应力是由温差引起的变形造成的.温差愈大，温度应力也愈大.大体积混凝土不易散热，其内部温度有时高达80以上，而且延续时间较长，为此研究合理温度控制措施，对防止大体积混凝土内外温差悬殊引起过大的温度应力，显得十分重要。

4混凝土的收缩变形混凝土的收缩变形混凝土的拌合水中，只有约20的水分是水泥水化所必须的，其余的80都要被蒸发。

混凝土的收缩变形包括硬化收缩硬化收缩和干燥收缩干燥收缩混凝土在水泥水化过程中要产生体积变形，多数是收缩变形，少数为膨胀变形，这主要取决于所采用的胶凝材料的性质。

混凝土中多余水分的蒸发是引起混凝土体积收缩的主要原因之一。

这种干燥收缩变形不受约束条件的影响，若存在约束，即产生收缩应力。

混凝土的干燥收缩机理较复杂，其主要原因是混凝土内部孔隙水蒸发变化时引起的毛细管引力所致。

这种干燥收缩在很大程度上是可逆的。

混凝土产生干燥收缩后，如再处于水饱和状态，混凝土还可以膨胀恢复达到原有的体积。

除上述干燥收缩外，混凝土还产生碳化收缩，即空气中的CO2与混凝土水泥石中的Ca（0H）2反应生成碳酸钙，放出结合水而使混凝土收缩。

第二节混凝土温度应力一、计算温度应力的基本假定一、计算温度应力的基本假定建筑工程中，尤其是高层建筑基础工程中的所谓的大体积混凝土，其几何尺寸远比坝体小，而且还具有下述特点：

（l）混凝土强度级别较高，水泥用量较大，因而收缩变形大；

（2）均为配筋结构，配筋率较高，抗不均匀沉降的受力钢筋的配筋率多在0.5以上，配筋对控制裂缝有利；

（3）由于几何尺寸不是十分巨大，水化热温升较快，降温散热亦较快，因此，降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素；

（4）地基一般比坝基弱，地基对混凝土底部的约束也比坝基弱，因而地基是非刚性的;

（5）控制裂缝的方法不象坝体混凝土那样，要采用特制的低热水泥和复杂的冷却系统，而主要是依靠合理配筋、改进设计、采用合理的浇筑方案和浇筑后加强养护等措施，以提高结构的抗裂性和避免引起过大的内外温差而出现裂缝。

根据上述特点，可以认为这类结构所承受的温差和收缩，主要是均匀温差和均匀收缩，因而外约束应力是主要的。

针对上述特点，冶金部建筑科学研究院王铁梦同志建立了一种计算方法，结果比较符合实际。

二、温度应力计算二、温度应力计算在地基为非刚性的前提下，根据土力学可知：

从结构物与地基接触面上的剪应力与水平变位成线性关系的假定出发，可以提供下述方程式；

（x）=-CxU（x）（6-1）式中（x）结构物与地基接触面上的剪应力（MPa）;

U（x）上述剪应力处地基的水平位移（mm）;

Cx阻力系数（即产生单位位移的剪应力）（N/mm3）;

负号是表示剪应力的方向与位移的方向相反。

阻力系数Cx，随地基的变形模量增加而增大；

随地基的塑性变形增加而减小；

随水平位移速度的增加而增大；

随地基对结构反力的增加而增大。

对于阻力系数Cx、，要精确的加以定量有一定的困难。

目前主要是参考土动力学、抗滑稳定试验等方面的理论研究和统计资料，Cx取值为：

软粘土0.01一0.03N/mm3砂质粘土0.03一0.06N/mm3坚硬粘土0.06一0.10N/mm3风化岩石和低强度等级素混凝土0.60一1.00N/mm3C10以上的配筋混凝土1.00一1.50N/mm3,当采用桩基时，桩对结构的变形亦有约束作用，所以除去上述地基的阻力系数外，尚需增加单位面积地基上桩的阻力系数Cx增加阻力系数。

温度应力的计算简图如图所示。

高层建筑箱形基础、桩基承台和筏式基础的底板厚度远小于长度和宽度，如厚度小于或等于0.2倍的长度（H/L0.2）时，在温度收缩变形作用下，其全截面基本为均匀受力，因此，其计算简图即为一弹性地基上均匀受力的长条板。

在底板的任意点x处截取一段dx长度的微体，其厚度为t。

微体全高H承受均匀内力x（N为其合力），地基对底板的剪应力为（Q为其合力）。

解上述微分方程得：

式中E混凝土一定龄期时的弹性模量a混凝土的线膨胀系数；

L结构长度；

T结构计算温差；

H结构厚度上述计算未考虑混凝土的徐变，如考虑混凝土徐变引起的应力松弛，将拉应力取为正值，则由收缩引起的最大的温度拉应力为：

式中S（t）应力松弛系数；

其他符号同前。

混凝土结构在荷载作用下，不仅产生弹性变形，随着时间的延续还产生非弹性变形，即徐变，徐变引起应力松弛。

徐变引起的温度应力松弛，对防止混凝土开裂有益，因此在计算混凝土温度应力时应考虑应力松弛的影响。

松弛与加荷时混凝土的龄期有关，龄期越短，徐变引起的松弛也越大；

另外，还与应力作用的时间长短有关，应力作用时间越长则松弛亦越大。

式（6一18）中的E、T、S（t）都是随龄期t变化的变量，计算温度应力时，应分别计算出不同龄期时的Ei（t）、Ti（t）、S（t）i，进而计算出相应温差区段（一般取23d）