土木工程专业大体积混凝土裂缝控制毕业论文设计Word下载.docx

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大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂，它涉与到和工程结构相关的方方面面。

对大体积混凝土根底的温度裂缝控制更是涉与到岩土、结构、建筑材料、施工、环境等多专业、多学科。

大体积混凝土在硬化过程释放的水化热会产生较大的温度变化，由此产生的温度应力是导致混凝土出现裂缝的主要因素，从而影响结构的整体性、防水性和耐久性，并成为结构的隐患。

因此，大体积混凝土在施工中必须考虑裂缝控制。

总结分析了大体积混凝土温度裂缝产生的原因以与控制措施，根据具体情况把这些措施灵活应用于具体大体积的根底工程施工，在施工中对材料选择、配合比、外加剂、施工布置、浇筑工艺、养护等几个环节采取了严格的控制措施，并同时对根底典型位置的内外温度差进展了监测。

针对根底工程所采取的温控措施和监测结果，为同类工程的施工提供了参考，也为进一步的理论研究提供了依据。

关键词：

大体积混凝土；

裂缝控制；

水化热；

温度应力

ResearchonControltoCracksofMassiveConcreteStructure

Abstract:

WitheconomicdevelopmentofChina,thescaleofconstructionworksisbeemoreandmorelargeandplicated.Thismakesthetemperaturecracksofmassiveconcretestructureinindustrialbuildingsbeeincreasinglyprominentwithauniversalproblem.TheproblemoftemperaturecracksofMassiveconcreteisveryplicated.Itinvolvesallaspectsoftheengineeringstructure.Thecontroltomassiveconcretefoundationtemperaturecracksismorerelatedtorock,structure,buildingmaterials,construction,environmental,andothermulti-disciplinary.Theheatofhydrationisreleasedinthehardeningprocessofmassiveconcretewillcauseagreatertemperaturechanges.Theresultingtemperaturestressisthemainfactorstocauseconcretecracks,thenitaffectintegrity,waterproofanddurabilityofthestructure,anditbeeahiddendangerofstructure.Crackscontrolmustbeconsideredduringtheconstructionofmassiveconcretestructure.Themechanismandcontrolmeasuresoftemperaturecracksofmassiveconcretefoundationinthispaperareanalyzed.Accordingtocircumstances,thesemeasuresareappliedinconstructionofthespecificmassiveconcretefoundation.Strictcontrolmeasuresaretakenduringtheconstructioninthechoiceofmaterials,mix,additives,constructionlayout,pouringtechnology,conservationandotherlinks,atthesametime,temperaturedifferencebetweentheinternalandexternalofthefoundationinthetypicallocationsaremonitored.Themonitoringresultsshowthatthetemperaturedifferencesareallreasonable,cracksareavoided.Inaddition,controlmeasuresoftemperaturecracksaretakenthatarereasonableandeffective.Thetemperaturecontrolmeasuresandmonitoringresultsnotonlyprovidesaconvenientforthesimilarconstructionprojects,butalsoprovidesreferencedataforfurthertheoreticalresearch.

Keywords:

massiveconcrete;

crackscontrol;

hydrationheat;

temperaturestress

2.1裂缝的种类4

第1章绪论

1.1课题的背景与实际意义

许多混凝土结构建筑物在建设工程中和使用工程中出现了不同程度、不同形式的裂缝，这是一个相当普遍的现象。

它是长期困扰着建筑工程技术人员的技术难题。

近代科学关于混凝土强度的细观研究以与大量工程实践所提供的经验都说明，结构物的裂缝是不可防止的，裂缝是一种人们可以承受的材料特征，如对建筑物抗裂要求过严,必将付出巨大的经济代价；

科学的要求应是将其有害程度控制在允许X围内。

这些关于裂缝的预测、预防和处理工作，统称之为“建筑物的裂缝控制〞，这方面的科学研究工作是有重要的现实意义和技术经济意义，大体积混凝土结构裂缝主要是由于变形作用引起的。

1.1.1大体积混凝土的定义

对于大体积混凝土的定义，美国混凝土学会有过这样的规定：

“任何就地浇筑的大体积混凝土，其体积之大，必须要求采取措施解决水化热与随之引起的体积变形问题，以最大限度地减少开裂。

〞[1]日本建筑学会标准的定义是：

“结构断面的最小尺寸在800mm以上，同时水化热引起的混凝土内最高温度与外界气温之差预计超过25℃的混凝土，称之为大体积混凝土。

〞[2]我国工程界认为当混凝土结构断面尺寸大于1m时，就称之为大体积混凝土。

[3]文献指出：

在工业与民用建筑结构中，一般现浇的连续墙结构、地下构筑物与设备根底等是容易由温度收缩应力引起裂缝的结构，通称为“大体积混凝土结构〞。

从国内外对大体积混凝土的定义来看，大体积混凝土在几何尺寸上较大，同时考虑了水泥水化热引起的体积变化与裂缝问题。

1.1.2大体积混凝土在工程上的应用

在水利工程中，大体积混凝土主要用于混凝土大坝的浇筑，如三峡大坝混凝土的浇筑，其混凝土浇筑规模之大举世瞩目；

在桥梁工程中，主要用于桥墩的大体积混凝土浇筑；

在工业与民用建筑结构中，大型设备根底、高层建筑箱形根底底板、筏式根底底板、连续墙以与地下隧道都属于大体积混凝土结构。

随着经济实力的增强，我国高层或超高层建筑大量涌现，工程规模日趋扩大，结构形式也日趋复杂，大型工业与民用建筑中的一些根底，其体积达几千m³

以上者屡见不鲜，而一些超高层的民用建筑的筏式根底混凝土的体积有的达1万m3以上，厚度达2~4m，长度超过100m。

如某某金茂大厦大体积混凝土筏式根底，厚度达4m，混凝土总量为13500m3。

1.2国内外研究现状

1.2.1国内情况

我国对于混凝土开裂方面研究较多，而在建筑工程中，对于荷载作用下已硬化混凝土开裂方面有些成果外，随着大规模根本建设的进展，商品混凝土的应用所带来的新问题，国内对非荷载作用下混凝土开裂的研究主要集中在开裂的原因和控制措施上。

黄土元教授[4]从混凝土材料本身分析了早期混凝土开裂的原因，施工单位为了提高工期过渡地追求早强水泥，水泥生产厂商为了适应市场的需要也追求早强，甚至“超早强〞。

而对早强混凝土早期性能的研究相对不足。

不少水泥的3天强度已超过国家标准很多，过高的早期强度容易产生早期裂缝。

同时高早强容易引起混凝土后期性能的劣化。

1.2.2国外情况

从国外有关规X与一些重大工程的实际设计看出，对待建筑结构变形作用引起的裂缝问题，客观上存在着两类学派：

第一类，设计规X规定得很灵活，没有验算裂缝的明确规定，设计方法留给设计人员自由处理。

对伸缩缝和沉降缝的设置，没有严格规定，根本上按经验设置，有许多工程不留伸缩缝，不留沉降缝，根本上采取“裂了就堵，堵不住就排〞的实际处理手法。

一些有关的裂缝计算如此只作为参考资料而不作为规定。

第二类，设计规X有明确规定，对于荷载裂缝有计算公式并有严格的允许宽度限制。

对于变形引起的裂缝没有计算规定，只要按规X每隔一定距离留一条伸缩缝，荷载差异大，留沉降缝就认为问题不复存在了，即留缝就不裂的设计原如此。

有关温度对混凝土结构变形的影响，各国也有相应的规定。

对于大体积混凝土的浇筑温度，美国规定不超过32℃；

日本土木工程学会施工规X规定不超过30℃，日本建筑学会规X规定不超过35℃。

前苏联规X规定：

浇筑外表系数大于3的结构时，混凝土从搅拌站运出时的温度不超过30~35℃;

原西德规X规定：

新拌混凝土卸车时的温度不得超过30℃。

在我国，《水工混凝土结构工程施工与验收规X》〔SDJ207-82〕规定：

大体积混凝土浇筑温度不宜超过28℃；

而在《高层建筑混凝土结构技术规程》〔JGJ3-2002〕中仅规定：

“根底大体积混凝土连续浇筑时，应实测内部温差〞，但并无具体控制值。

1.3本文研究的内容和研究方法

1.3.1研究的内容

1）.结合工程实践研究大体积混凝土裂缝产生的原因

大体积混凝土施工过程中，由于混凝土中水泥的水化作用是放热反响，大体积混凝土自身又具有一定的保温性能，因此其内部温升幅度较其外表的温升幅度要大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比其表层慢得多，在这些过程中，混凝土各局部的热胀冷缩〔称为温度变形〕与由于其相互约束与外界约束的作用而在混凝土内部产生的应力〔称为温度应力〕，是相当复杂的。

一旦温度应力超过混凝土所承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。

这是混凝土浇筑后由于温升影响产生的第一种裂缝。

由于温升影响产生的第二种裂缝是收缩裂缝。

这种裂缝产生在混凝土的降温阶段，即当混凝土降温时，由于逐渐散热而产生收缩，再加上混凝土硬化过程中，由于混凝土内部拌合水的水化和蒸发，以与胶质体的胶凝等作用，促使混凝土硬化时收缩。

这两种收缩，在收缩时由于受到基底或结构本身的约束，会产生很大的收缩应力〔拉应力〕，如果产生的收缩应力超过当时的混凝土抗拉强度，就会在混凝土中产生收缩裂缝，这种收缩裂缝有时会贯穿全断面，成为结构性裂缝，带来严重的危害。

2）.研究大体积混凝土裂缝控制的技术措施

设计方面：

采用留永久变形缝作法或设置后浇带；

合理的平面和立面设计，防止截面的突变，从而减少约束应力：

合理布置分布钢筋，尽量采用小直径、密间距，变截面处加强分布筋；

防止用高强混凝土，尽可能选用中低强度混凝土，采用60天或90天强度；

采用滑动层来减小根底的约束。

材料方面：

科学地选用材料配比，用较低的水灰比、水和水泥用量；

选用中热或低热的水泥品种；

掺加外加剂；

掺加粉煤灰减少水泥用量；

严格控制砂石骨料的含泥量。

施工方面：

用保温隔热法对大体积混凝土进展养护；

控制水化热温升，混凝土中心与外表的最大温差不高于25℃；

控制降温速度；

用草袋和塑料薄膜进展保温和保湿；

用冷却水管来降低水化热，或使用微膨胀混凝土；

采用分层浇筑或跳仓浇筑方法。

1.3.2研究的方法

本文结合某某石化高压聚乙烯装置防爆坝承台施工实践，采取相应的裂缝控制措施，监控大体积混凝土温度，分析温度曲线，研究分析了大体积混凝土温度裂缝的产生机理，分析裂缝的主要影响因素。

从设计、原材料、配合比、外加剂、施工工艺等几方面研究大体积混凝土的温度应力、开裂原因和裂缝控制措施，验证裂缝控制措施的效果。

第2章大体积混凝土裂缝产生的原因分析与预测

2.1裂缝的种类

文献[6]指出，按混凝土的裂缝宽度不同，可将混凝土裂缝分为“微观裂缝〞和“宏观裂缝〞两种。

2.1.1微观裂缝

20世纪60年代以来，通过混凝土的现代试验研究设备〔如各种实体显微镜、X光照相设备等〕，可以证实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。

微观裂缝主要有粘结裂缝，水泥石裂缝和骨料裂缝三种。

2.1.2宏观裂缝

混凝土中宽度不小于0.05mm的裂缝是肉眼可见裂缝，亦称宏观裂缝。

宏观裂缝是微观裂缝不断扩展的结果。

宏观裂缝又可分为外表裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种，见图2-1

2.2大体积混凝土裂缝产生的原因分析

大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾开展的结果。

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的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度的裂缝。

2.2.1水化热的影响

水泥在水化反响过程中会产生大量的热量。

这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源。

试验证明每克普通硅酸盐水泥放出的热量可达500J。

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发，所以会引起混凝土结构内部急骤升温。

在水利工程中一般为15~25℃[7]。

而建筑工程中一般为20~30℃，甚至更高。

试验明确，水泥水化热在1~3天内放出的热量最多，大约占总热量的50%左右，混凝土浇筑后的3~5天内，混凝土内部温度最高。

建筑结构混凝土强度等级日趋提高，但有许多结构不适当的选择了过高的强度等级。

习惯上认为：

“强度等级越高安全度越大，就高不就低，提高混凝土强度没坏处〞。

2.2.2内外约束的影响

各种混凝土结构在变形变化中，必然受到一定的约束，从而阻碍其自由变形，阻碍变形的因素称为约束条件。

约束又分为内约束和外约束。

1）.外约束

一个物体的变形受到其他物体的阻碍，一个结构的变形受到另一个结构的阻碍，这种结构与结构之间，物体与物体之间的相互牵制作用称作“外约束〞。

由于各种建筑结构所处的具体条件不同，便在结构之间产生不同程度的约束，按约束程度的大小，外约束又分为无约束〔自由体〕、弹性约束和全约束〔嵌固体〕三种。

2）.内约束

一个物体或一个构件本身各质点之间的相互约束作用，称为“内约束〞。

沿着一个构件截面各点可能有不同的温度和收缩变形，引起连续介质各点间的内约束应力。

结构物的裂缝中，非贯穿的外表裂缝占60%~70%。

其开裂原因主要是变形变化引起的自约束应力。

当各种大体积混凝土厚度大于或等于500ｍｍ时，就可能由于水化热的不均匀降温和不均匀收缩引起的显著的自约束应力，导致外表开裂。

2.2.3外界气温变化的影响

大体积混凝土结构在施工阶段，外界气温的变化对防止大体积混凝土开裂有着重大影响。

因为外界气温愈高，混凝土的浇筑温度也愈高；

而如果外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，因而会造成过渡的温度应力，易使大体积混凝土出现裂缝。

混凝土的内部温度是由水化热的绝热温升、浇筑温度和结构物的散热温度等各种温度的叠加之和组成，而温度应力如此是由温差所引起的温度变形造成的；

温差愈大，温度应力也愈大。

同时，在高温条件下，大体积混凝土由于厚度大，不易散热。

2.2.4混凝土的收缩变形影响

1）.混凝土的收缩

大局部混凝土结构裂缝的原因是由于变形作用引起的，而变形作用包括温度、湿度与不均匀沉降等。

在几种变形中，湿度变化引起的裂缝又占主要局部。

混凝土重要组成局部是水泥和水，通过水泥和水的水化作用，形成胶凝材料，将松散的砂石骨料胶合成为人工石体——混凝土。

混凝土中含有大量空隙、粗孔、与毛细孔，这些空隙中存在水分，水分的活动影响到混凝土的一系列性质，特别是产生“湿度变形〞的性质对裂缝控制有重要作用。

混凝土中的水分有化学结合水、物理—化学结合水和物理力学结合水三种。

2）.收缩的种类

①自生收缩

混凝土硬化过程中由于化学作用引起的收缩，是化学结合水与水泥的化合结果，也称为硬化收缩，这种收缩与外界湿度变化无关。

②塑性收缩

混凝土浇筑后4~15小时左右，水泥水化反响激烈，分子链逐渐形成，出现泌水和水分急剧蒸发现象，引起失水收缩，是在初凝过程中发生的收缩，也称之为凝缩，此时骨料与胶合料之间也产生不均匀的沉缩变形，都发生在混凝土终凝之前，即塑性阶段，故称为塑性收缩。

③碳化收缩

大气中的二氧化碳与水泥的水化物发生化学反响引起的收缩变形称为碳化收缩。

④干缩〔失水收缩〕

水泥石在枯燥和水湿的环境中要产生干缩和湿涨现象，最大的收缩是发生在第一次枯燥之后，收缩和膨胀变形是局部可逆的。

3）、收缩的影响因素

水泥用量越大，用水量越大，表现为水泥浆量越大，塌落度大，收缩越大，因此防止雨中浇筑混凝土，遇小雨，应采取防雨措施〔特别是下料部位〕并调整水灰比。

4）、混凝土的体积变形

混凝土在水泥水化过程中要产生一定的体积变形，成为“自由体积变形〞。

混凝土的收缩机理比拟复杂，其主要原因，可能是内部空隙水蒸发变化时引起的毛细管引力。

收缩在很大程度上是有可逆现象的。

如果混凝土收缩后，再处于水饱和状态，还可以回复膨胀并几年达到原有的体积。

干湿交替将引起混凝土体积的交替变化，这对混凝土是很不利的。

第3章大体积混凝土裂缝控制措施

3.1大体积混凝土裂缝控制措施

实践经验明确，现有大体积混凝土结构的裂缝，绝大多数是由温度裂缝原因而产生的。

防止产生温度裂缝是大体积混凝土研究的重要课题，我国自20世纪60年代开始进展研究，目前已积累了很多成功的经验。

工程上常用的防止混凝土裂缝的措施主要有：

①采用中、低热的水泥品种；

②对混凝土结构进展合理的分缝分块；

③在满足强度和其它性能要求的前提下，尽量降低水泥用量；

④掺加适宜的外加剂；

⑤控制混凝土的出机温度和浇筑温度；

⑥选择适宜的集料；

⑦预埋水管、通水冷却、降低混凝土的出机温度和浇筑温度；

⑧采用外表保护、保温隔热措施，降低内外温差；

⑨采取防止大体积混凝土裂缝的结构措施。

3.1.1设计措施

1）.设置后浇带

在现浇整体式钢筋混凝土结构中，只在施工期间保存的临时性施工缝，称为“后浇带〞。

该“后浇带〞根据具体条件，保存一定时间后，在进展填充封闭，后浇成连续整体的无伸缩缝结构。

因为这种缝只在施工期间存在，所以是一种特殊的施工缝。

但是，又因为它的目的是取消结构中的永久性变形缝，与结构的温度收缩应力和差异沉降有关，所以它又是一种设计中的伸缩缝和沉降缝，一种临时性的变形缝。

它既是施工措施，又是设计手段。

2）.合理配置钢筋

在常温和允许应力状态下，钢筋的性能是比拟稳定的，其与混凝土的热膨胀系数相差不大。

3）.设置滑动层

为了减小混凝土由于边界存在约束而产生温度应力，在与外约束的接触面上全部设置滑动层，如此结构计算长度可折减约一半。

4）.防止应力集中

在结构的孔洞周围，变断面转角部位，转交处等，由于温度变化和混凝土收缩，会产生应力集中而导致混凝土裂缝。

为此，可在空洞四周增配斜向钢筋、钢筋网片；

在变断面处防止断面突变，可作局部处理使断面逐渐过渡，同时增配一定量的抗裂钢筋，这对防止裂缝产生是有很大作用的。

5）.设置缓冲层

设置缓冲层，即在上下底板交接处、底板地梁处等，用30~50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料作垂直隔离，以缓冲根底收缩时的侧向压力。

6）.设置应力缓和沟

3.1.2材料控制措施

1）.水泥品种选择和用量控制

大体积混凝土结构引起裂缝的主要原因是：

混凝土的导热性能较差，水泥水化热的大量积聚，使混凝土出现早期温升和后期温降现象。

因此，控制水泥水化热引起的温升，即减少混凝土内外温差，对降低温度应力，防止产生温度裂缝将起到十分重要的作用。

2）.掺加外加料

大体积混凝土一般体积都较大，其主要特征：

结构厚、混凝土量大，水泥水化热使结构产生温升和收缩变形，因此混凝土裂缝控制是一个十分关键的技术。

为了保证混凝土的整体性，密实性和耐久性不受影响，在大体积混凝土中掺入外加剂和外掺料，充分利用它们各自的优点，相互补充并采取科学的施工工艺与合理的混凝土养护措施来控制裂缝，防止渗漏，从而保证大体积混凝土的施工质量。

混凝土中常用的外加料主要是外加剂和掺合料。

3）.集料的选择

大体积混凝土所需的强度并不是很高的，所以组成混凝土的砂石料比高强混凝土要高，约占混凝土总质量的85%左右，正确选用砂石料对保证混凝土质量、节约水泥用量、降低水化热量、降低工程本钱是非常重要的。

集料的选用应根据就地取材的原如此，首先考虑本钱较低、质量优良、满足要求的天然砂石料。

3.1.3施工措施

1）.控制混凝土出机温度和浇筑温度

为了降低大体积混凝土的总温升，减少结构物的内外温差，控制混凝土出机温度和浇筑温度同样非常重要。

①控制混凝土的出机温度

根据搅拌前混凝土原材料总的热量与搅拌后混凝土总的热量相等的原理，可用下公式计算

T0=[（CS+CWQS）WSTS+（Cg+CwQg）WgTg+CcWcTc+Cw（WwQsWc-QgWs）Tw]/（CsWs+CgWg+C+CcWc）（3-1）

式中CS，Cg，Cc，Cw—分别为砂、石、水泥、和水的比热，J/Kg·

℃；

Ws，Wg，Wc，Ww—分别为每m3砂、石、水泥、和水的用量，Kg；

TS，Tg，Tc，Tw—分别为砂、石、水泥、和水的拌合温度，℃；

QS，Qg—分别为砂、石的含水量，%。

计算时一般取CS=Cg=Cc=800〔J/Kg·

℃〕；

Cw=4000〔J/Kg·

℃〕。

由以上计算公式可以看出，在混凝土原材料中，砂石的比热比拟小，但占混凝土总质量的85%左右；

水的比热较大，但它占混凝土总质量的6%左右。

因此，对混凝土出机温度影响最大的是石子的温度，砂的温度次之，水泥的温度影响最小。

为了降低混凝土的出机温度，其最有效的方法就是降低砂、石的温度。

如在气温较高时，为防止太阳的直接照射，可在砂石堆料场搭设简易的遮阳装置，砂石温度可降低3~5℃。

在拌合前用冷水冲洗粗集料，