建筑工程大体积混凝土施工技术研究毕业论文.docx
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建筑工程大体积混凝土施工技术研究毕业论文
Documentserialnumber【KK89K-LLS98YT-SS8CB-SSUT-SST108】
建筑工程大体积混凝土施工技术研究毕业论文
沈阳城市建设学院
应用科技学院
毕业论文
专业：
建筑工程技术
姓名：
佟超
学号：
2017年4月
姓名
佟超
专业
建筑工程技术
论文题目
大体积混凝土，无缝施工技术，温度控制措施
指导教师评语：
指导教师签字：
年月日
评阅人（评语）意见：
评阅人签字：
年月日
摘要
工程结构中的大体积混凝土如箱形基础，施工期间混凝土水化热引起的温度作用和自身收缩等变形将产生较大的温度应力，若设计和施工不当就会产生危害性裂缝。
过去，我国大都采用设置伸缩缝或后浇带的方法来解决这种问题，但由于结构的整体性、使用功能和建设工期等方面的原因，现对这类结构均提出了无缝施工的要求，即在施工中不设伸缩缝或后浇带，同样能够满足设计和施工质量的要求。
文章即提出了对这种无缝施工工艺的一些探讨，以期能得到对温度控制措施的一个全面的了解用以指导我们的现场施工。
关键词：
大体积混凝土，无缝施工技术，温度控制措施
摘要······························································Ⅰ
目录······························································Ⅱ
第一章引言·······················································1
1.1概述··························································1
1.2大体积混凝土的特点···········································2
第二章大体积混凝土结构裂缝产生的机理·····························3
2.1裂缝种类及成因················································3
2.2大体积混凝土温度裂缝的产生原理·····························4
2.2.l水泥水化热··················································5
2.2.2外界气温变化················································5
2.2.3约束条件····················································6
2.2.4混凝土的收缩变形············································6
第三章大体积混凝土温度裂缝控制···································8
3.1控制混凝土温升··················································8
3.1.1选用中低热的水泥品种·········································8
3.1.2掺加外加剂···················································8
3.1.3粗细骨料选择················································11
3.1.4控制温度应力·················································12
3.1.5控制混凝土的出机温度和浇筑温度······························15
3.2加强混凝土的保温和养护·········································16
3.2.1大体积混凝土的养护要求······································16
3.2.2大体积混凝土的养护措施·······································17
3.3加强混凝土的温度监测工作······································17
第四章结论·······················································19
参考文献··························································20
致谢······························································21
第一章引言
1.1概述
在建筑工程中，混凝土、钢筋混凝土是建筑结构的主要材料。
由于经济建设规模的迅速扩大，建筑业向高、大、深和复杂结构的方向发展。
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，大体积混凝土已大量地应用于工业与民用建筑之中。
什么是大体积混凝土，目前国内尚无统一的定义。
只有《普通混凝土配合比设计规程》JGJ/55-2000中认为“混凝土结构物中实体最小尺寸大于或等于lm的部位所用的混凝土简称大体积混凝土”，这种提法不够科学准确，因为很多独立基础的最小尺寸大于lm，却不是大体积，也有很多结构最小尺寸小于lm，但体积较大，水化热引起的变形也较大，应列入大体积混凝土之列。
美国混凝土学会认为，大体积混凝土是“现场浇筑的混凝土，尽寸大到需要采取措施降低水化热和水化热引起的体积变化。
以最大限度地减少混凝土的开裂。
”美国混凝土学会还认为应考虑水化热引起体积变化与开裂问题。
国际预应力混凝土协会《海工混凝土设计与施工建议》规定“凡是混凝土一次浇筑最小尺寸大于0.6m，特别是水泥用量大于400kg1m3时，应考虑采用水化放热慢的水泥或采取其他降温散热措施”。
国外对大体积砼的定义，即考虑了混凝土结构的几何尺寸，同时也考虑了水泥水化热引起体积变化与裂缝问题。
参照国外的标准，结合实际的工作经验，笔者认为，大体积混凝土的定义为:
现场浇筑混凝土结构的几何尺寸较大，且必须采取技术措施以避免水泥水化热及体积变化引起的裂缝，这类结构称为大体积混凝土。
1.2大体积混凝土的特点
“大体积混凝土”最早出现在水利水电工程中。
在水利水电工程建设应用中许多科研工作者对“大体积混凝土”已作了大量细致的研究，发展至今从理论到施工方法，施工方案及优化控制等方面己比较成熟，并相应制订了一系列规定，例如：
早在1933年—1936年美国建成的大苦果重力坝，混凝土浇筑量达250万立方米，并且未出现裂缝。
我国的三峡大坝，在各方面都取得了很大的成功。
但是，建筑大体积混凝土由于工程规模的大小、结构形式、混凝土特点、配筋构造及受荷情况都与水利水电类建筑物差异很大。
建筑工程大体积混凝土相比于工大体积混凝土一般块体较薄，体积较小；混凝土设计强度高，单方混凝土水泥用量较大；连续性整体浇筑要求较高；结构构筑物多属于地下、半地下或室内，受外界条件变化影响较小。
此外，在混凝土温度及温度应力的计算方法和采取的措施上，两者也有很多差异。
建筑工程中，大体积混凝土与一般混凝土也是不同的。
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。
因此，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。
第二章大体积混凝土结构裂缝产生的机理
2.1裂缝种类及成因
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2～5pm，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0．05mm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。
2.2大体积混凝土温度裂缝的产生原理
温度，作为一种变形作用，在混凝土结构中引起的裂缝有表面裂缝和贯穿裂缝两种。
这两种裂缝在不同程度上都属于有害裂缝。
由于高层建筑、高耸结构物和大型设备基础的出现，大体积混凝土也被广泛采用，大体积混凝土结构的温度裂缝日益成为建筑工程技术人员面临的技术难题。
大体积混凝土的质量问题是混凝土结构产生裂缝。
造成结构裂缝的原因是复杂的，综合性的。
但是，大体积混凝土从浇筑时起，到达设计强度止，即施工期间产生的结构裂缝主要是水泥水化热引起的温度变化造成的。
大体积混凝土产生温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。
矛盾的一方面是混凝土由于内外温差而产生的应力和应变，另一方面是外部约束和混凝土各质点间的约束，要阻止这种应变。
一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。
这是导致混凝土
产生裂缝的主要原因，现将产生裂缝的主要原因分述如下：
2.2.l水泥水化热
水泥水化过程中要放出一定的热量。
而大体积混凝土结构物一般断面较厚，水泥放出的热量聚集在结构物内部不易散发。
通过实测，水泥水化热引起的温升，在水利工程中一般为15～25"C，而在建筑工程中一般为20～30"C，甚至更高。
水泥水化热引起的绝热温升，是与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期（时间）按指数关系增长，一般在10～12天接近于最终绝热温升。
但由于结构物有一个自然散热条件，实际上混凝土内部的最高温度，多数发生在混凝土浇筑后的最初3～5天。
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。
2.2.2外界气温变化
大体积混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的，因为外界气温愈高。
混凝土的浇筑温度也愈高；而外界温度下降，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，这对大体积混凝土是极为不利的。
混凝土内部的温度是水化熟的绝热温度，浇注温度和结构物的散热降温等各种温度叠加，而温度应力则是由温差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，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般在60～65"C，并且有较大的连续时间（与结构尺寸和浇筑块体厚度有关）。
在这种情况下，研究合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力，就显得更为重要。
2.2.3约束条件
各种结构物在变形变化过程中，必然会受到一定的“约束”或“抑制”而阻碍变形，这就是指的约束条件。
约束条件一般可概括为两类：
即外约束和内约束（亦称自约束）。
外约束指结构物的边界条件，一般指支座或其它外界因素对结构物变形的约束。
内约束指较大断面的结构，由于内部非均匀的温度及收缩分布，各质点变形不均匀而产生的相互约束。
具有大断面的结构，其变形还可能受到其它物体的宏观约束。
大体积混凝土由于温度变化会产生变形，而这种变形又受到约束，便产生了应力，这就是温度变化引起的应力状态。
而当应力超过某一数值，便引起裂缝。
2.2.4混凝土的收缩变形
混凝土中80％的水分要蒸发，约20％的水分是水泥硬化所必须的。
混凝土水化作用产生的体积变形，称为“自身体积变形”，该变形主要取决于胶凝材料的性质，对于普通水泥混凝土来说，大多数为收缩变形，少数为膨胀变形，一般在-50~+50xl0-6旷范围内。
如果以混凝土温度线膨胀系数为10x0-6／℃计，当混凝土的自身体积变形从-0xl0-6击变至50xl0-6时，即相当于温度变化10℃引起的变形，这一数值是相当可观的。
目前，补偿收缩混凝土的研究和发展逐渐认识到，如果有意识地控制和利用混凝土的自身体积膨胀，有可能大大改善某些混凝土的抗裂性。
但对于普通水泥混凝土，由于大部分属于收缩的自身体积变形，数量级较小，一般在计算中忽略不计.
如前指出，在混凝土中尚有80％的游离水分需要蒸发。
多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩（干缩），这种收缩变形不受约束条件的影响。
若有约束，即可引起混凝土的开裂，并随龄期的增长而发展。
混凝土的收缩机理比较复杂，其最大的原因，可能是内部孔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，还可以恢复膨胀并几乎达到原有的体积．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。
此外，影响混凝土收缩的因素很多，主要是水泥品种和混合材、混凝土的配合成分，化学外加剂以及施工工艺，特别是养护条件等。
第三章大体积混凝土温度裂缝控制
3.1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。
3.1.1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#、425#矿渣硅酸盐水泥。
3.1.2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）。
在混凝土中掺加粉煤灰，改善了混凝土的和易性，降低了水灰比，减少了多余水份蒸发后形成的孔隙，粉煤灰取代部分水泥后，早期水化热明显降低，对于大体积混凝土工程掺粉煤灰的混凝土能使温度峰值显着降低，出现峰值温度的时间也能推迟。
但是，掺入粉煤灰后增加了混凝土的干缩，并且早期强度有所降低，这在实际工程中应予以注意。
综上所述，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;掺入高效减水剂和缓凝剂可减少混凝土单位用水量，满足稠度要求，提高混凝土和易性，满足泵送要求，并能延长凝结时间，降低水化热。
3.1.3粗细骨料选择
为了达到预定的要求，同时又要发挥水泥最有效的作用，粗骨料应达到最佳的最大粒径。
对于大体积钢筋混凝土，粗骨料的规格往往与结构物的配筋间距、模板形状以及混凝土浇筑工艺等因素有关。
宜优先采用以自然连续级配的粗骨料配制混凝土。
因为用连续级配粗骨料配制的混凝土具有较好的和易性、较少的用水量和水泥用量以及较高的抗压强度。
在石子规格上可根据施工条件，尽量选用粒径较大、级配良好的石子。
因为增大骨料粒径，可减少用水量，而使混凝土的收缩和泌水随之减少。
同时亦可减少水泥用量，从而使水泥水化热减小，最终降低了混凝土的温升。
当然骨料粒径增大后，容易引起混凝土的离析，因此必须优化级配设计，施工时加强搅拌、浇筑和振捣工作。
根据有关试验结果表明，采用5'---25mm石子每立方米混凝土可减少用水量15kg左右，在相同水灰比的情况下，水泥用量可减少20kg左右。
粗骨料颗粒的形状对混凝土的和易性和用水量也有较大的影响。
因此，粗骨料中的针、片状颗粒按重量计应不大于15％。
细骨料以采用中、粗砂为宜。
根据有关试验资料表明，当采用细度模数为2．79、平均粒径为0．38的中、粗砂，它比采用细度模数为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。
这样就降低了混凝土的温升和减小了混凝土的收缩。
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，混凝土颗粒间的相对位置就会发生变化，此时如混凝土的砂浆量不足，便会产生堵管现象。
所以在级配设计时适当提高一些砂率是完全必要的，但是砂率过大，将对混凝土的强度产生不利影响。
因此在满足可泵性的前提下，应尽可能使砂率降低。
另外，砂、石的含泥量必须严格控制。
根据国内经验，砂、石的含泥量超过规定，不仅会增加混凝土的收缩，同时也会引起混凝土抗拉强度的降低，对混凝土的抗裂是十分不利的。
因此在大体积混凝土施工中．建议将石子的含泥量控制在小于1％，砂的含泥量控制在小于2％。
3.1.4控制温度应力
由于大体积混凝土体积较大，如果完全不能散热，混凝土处于绝热状态，上层覆盖新混凝土后，受到新混凝土中水化热的影响，老混凝土中的温度还会略有回升，过了第二个温度高峰以后，温度继续下降，最后降低到最终稳定温度，该点温度在持续下降过程中，受到外界气温变化的影响还会随着时间而有一定的波动。
1.混凝土温度应力的发展过程
由于混凝土弹性模量随着龄期而变化，在大体积混凝土结构中，温度应力发展过程分三个阶段。
（1）早期应力:
自浇筑混凝土开始，至水泥放热作用基本结束时止，一般约一个月左右。
这个阶段有两个特点:
一是水化作用而放出大量的水化热，引起温度场的急剧变化;二是混凝土弹性模量随着时间而急剧变化。
（2）中期应力:
自水泥放热作用基本结束时至混凝土冷却到最终稳定温度时，这个时期中温度应力是由于混凝土的冷却及外界温度变化所引起的，这些应力与早期产生的温度应力相叠加。
在此期间混凝土的弹性模量还有一些变化，但变
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