大体积混凝土施工问题和技术措施(共9页).doc

精选优质文档-倾情为你奉上大体积混凝土施工问题和技术措施上海交大天长交通工程有限公司 闵沂 2005.3.6随着科技和现代文明的进步，高层建筑物、高耸结构及大型设备基础大量的出现，大体积混凝土已被广泛采用。所谓大体积馄凝土，一般认为现场浇筑的混凝土，其尺寸大到必须采取措施以对付水泥水化发出的热量以及伴随发生的体积变化，尽量减少温度裂缝。美国混凝土协会规定的大体积混凝土的定义是:任何就地浇筑的混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热问题以及随之引起的大体积变形问题，以最大限度减少开裂的混凝土就可以称为大体积混凝土。日本建筑学会标准(JASS5)的定义是:水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过250C的混凝士，称为大体积混凝土。我国2001年4月1日生效的普通混凝土配合比设计规程(JGJ55-2000)中规定:“大体积混凝土混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于lm,或预计会因水泥水化热引起混凝士内外温差过大而导致裂缝的混凝土”。工业建筑中的大型设备基础(如钢铁厂的转炉、铸锻厂的大吨位锻锤基础、火力发电厂的汽机基础等)，高层民用建筑的框架基础、大跨度悬索桥的锚旋都是大体积混凝土。国内研究混凝土裂缝的专家最近又给大体积混凝土以新的含义：任意体系的混凝土，其尺寸是以要求采取措施，控制由于体积变形、温度及收缩作用引起的裂缝者称为大体积混凝土。大体积混凝土与普通钢筋混凝土相比，具有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂等特点，近年来，大体积混凝土在工程的应用越来越普遍，如基础承台、巨型柱、设备基础、水坝等。大体积混凝土施工过程中，由于水泥在水化过程中发热，引起混凝土构件在升温、降温过程中因各部位温差应力加上混凝土本身的收缩等因素极易使构件本身产生裂缝，从而影响到结构安全及使用。因此掌握大体积混凝土的施工技术要点就显得尤为重要。大体积混凝土的特点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应，大体积混凝土本身又具有一定的保温性能，因此其内部温升幅度要比表面温升大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比表面慢很多，在这些过程中，混凝土各部分的热胀冷缩(称为温度变形)及由于其相互约束及外界的约束作用而在混凝土内产生的应力(称为温度应力)，则相当复杂。一旦温度应力超过混凝土的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝，影响结构的安全性、适用性、耐久性等。由此可知，大体积混凝土在施工时存在的问题主要有:(1)混凝土浇筑后水泥的水化热很多，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不易散发，混凝土的内部温度将显著升高，从而导致混凝土的内外温差超过250 C。(2)由于内外温差较大，在混凝土升温、降温过程中引起的温度应力剧烈变化有可能 导致混凝土结构发生有害裂缝，给混凝土结构的强度、整体性、抗震性及耐久性造成严重隐患。因此，大体积混凝土在施工中经常出现的问题，不是力学上的结构强度，而是由于水泥的水化热使结构产生温度和收缩变形，导致产生有害裂缝。所以大体积混凝土施工中的突出任务是控制混凝土温度变形裂缝，提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀能力，从而提高建筑结构的耐久年限。大体积混凝土裂缝产生的原因分析混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝主要有三种，一是骨料与水泥石粘合面上的裂缝，称为粘着裂缝；二是水泥石中自然的裂缝，称为水泥石裂缝；三是骨料本身裂缝，称为骨料裂缝。混凝土结构的宏观裂缝产生的原因主要有三种，一是由外荷载引起的，即按常规计算的主要应力引起的；二是结构次应力引起的裂缝，这是由于砼结构的实际工作状态与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结构变形，当变形受到约束应力时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。当混凝土结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起内部不同部位的变形相互约束，这样的约束称之为内约束；当一个结构物的变形受到其他结构的阻碍所受到的约束称为外约束。建筑工程中的大体积混凝土结构所承受的变形，主要是因内约束而产生的。建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此变形的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。贯通裂缝是由大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截面的裂缝。这两种裂缝不同程度上，都属于有害裂缝。裂缝的出现对混凝土结构会产生的危害产生渗漏混凝土裂缝将使建筑物产生渗漏，随着裂缝逐步扩宽和发展，当水渗入混凝土内部后将水泥部分水化产物溶解并流失。水泥水化产物中最容易被溶解的是Ca (OH)，它的被溶蚀会促使水泥水化物的水解。首先引起水解破坏的是水化硅酸三钙和水化硅酸二钙的多碱性化合物，然后是低碱性的水化产物的破坏，由此可能导致混凝土结构物的破坏。根据调查，在裂缝引起的各种不利结果中，渗漏占60%，这种危害主要出现在水工结构物、底下洞室、防水屋面和建筑物外墙等。加速混凝土碳化混凝土裂缝的存在，使空气中二氧化碳极易渗透到混凝土内部与水泥水化产物相互作用形成碳酸钙，这就是常说的混凝土碳化。在潮湿的环境下二氧化碳能与水泥中的氢氧化钙、硅酸三钙、硅酸二钙相互作用并转化成碳酸盐，使混凝土的碱度降低，钢筋钝化膜因失去保护而遭到破坏，当水和空气同时渗入时，钢筋就产生锈蚀。同时混凝土碳化会加剧混凝土收缩开裂，从而导致混凝土结构物破坏。通常空气中二氧化碳的浓度很低时，混凝土的碳化速度非常缓慢，但当混凝土不密实或布满裂缝时，则混凝土钢筋保护层碳化速度会大大加快。降低混凝土抵抗各种侵蚀性介质的耐腐蚀能力混凝土裂缝使其容易造成下列三种类型的腐蚀:溶蚀型混凝上腐蚀即当水通过裂缝渗入混凝土内部或是软水与水泥石作用时，将一部分水泥的水化产物(如氢氧化钙)溶解并流失引起的混凝土破坏。酸盐(酸性液体)腐蚀和镁盐腐蚀这类腐蚀的主要生成物是不具有胶凝性，且易被水溶解的松软物质，这类物质能被通过裂缝或孔隙渗透入混凝土内部的水所溶解，引起混凝土破坏。结晶膨胀性腐蚀它是混凝土受硫酸盐的作用，在裂缝和混凝土孔隙中形成低溶解的新生物，逐步累积后产生更大的应力使混凝土遭受破坏。34 影响混凝土结构物的强度和稳定性混凝土裂缝直接影响结构物的结构强度和整体稳定性，轻则会影响建筑物的外观、正常使用和耐久性，严重的贯穿裂缝则可能导致混凝土结构的完全破坏。由于混凝土的抗拉强度低，极限拉伸值小，且强度离散性较大，要想避免结构产生裂缝，不是一件容易的事。根据我国和国际上一些工程的统计，一般为防止裂缝而增加的投资约为造价的3%左右，而处理裂缝所花费用约5%-10%左右，而且修补裂缝的施工方法和工艺措施也很复杂刚司。除此之外，为修补裂缝可能推退投入运行的时间，也往往造成很大的损失，因此在工程上一般都是采取一定的措施预先防止裂缝，避免事后修补加固。大体积棍凝土结构的施工技术和施工组织设计都较复杂，施工时要十分重视，否则易出现质量事故，造成不必要的损失。控制裂缝的技术措施根据前述裂缝产生的原因分析，防止裂缝的重点在于控制混凝土温升,确保延缓混凝土降温速度,加强养护,减少混凝土收缩,提高混凝土极限拉伸植。减少施工期的温度应力大体积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，大体积混凝土施工期的温度应力，包括外约束即地基约束引起的应力，通常称为外约束应力；混凝土内部对外部约束引起的应力，通常称为内约束应力。要减小温度应力就要：控制混凝土温升选用低水化热水泥品种,如矿渣硅酸盐水泥。外加剂掺合料:可掺入复合型外加剂及粉煤灰,以减少水泥用量,改善混凝土和易性及可靠性,延长缓凝时间。骨料选择:原则是以自然连续级配粗骨料配制混凝土,可优选5mm40mm碎石,减少混凝土收缩,含泥量<1%,骨料中针片状颗粒含量<10%。细骨料选用中粗砂,含泥量<2%,这样可以减少用水量。控制混凝土入模温度,主要降低水泥、骨料和水等原材料的温度,从而控制拌合物浇筑温度不大于25。自然分层,连续浇筑。为了降低混凝土基础板的最高温升，目前一些施工单位较多采用薄层浇筑，即将底板分成几个施工层，施工层之间的结合按施工缝处理。底板厚度超过1.3m时，分层厚度在0.61m为好。一些工程实践说明，选择合理的层间间歇，对保证施工缝的结合强度及防止裂缝的出现十分重要。层间间歇时不宜过短又不宜太长，如果间歇时间太久，下层混凝土的弹性模量已增长得很高，甚至超过地基的弹性模量，这样，下层混凝土对上层混凝土的外约束就大于地基对下层混凝土的约束，很可能在上下层的结合面上出现垂直裂缝。如果层间间歇时间过短，下层混凝土还处在升温阶段，上层混凝土就已覆盖，这不仅不利于下层混凝土的散热，还会由于上层混凝土的水化热温升倒过来影响下层混凝土，而使整个混凝土结构的最高温升增高，从而加大外约束应力。因此，上层混凝土覆盖的适宜时间应选择在层混凝土最高温升已降低到一定值，即上层混凝土温升倒加到下层后，下层混凝土温度回升值不大于原最高温升，且下层混凝土弹性模量较小时较为有利。延缓混凝土降温速度大体积混凝土浇筑后,为了减少升温阶段内外温差,防止产生裂缝,应给予适当保温和保湿养护。在潮湿条件下可防止混凝土表面因水分散发而产生的干缩裂缝,使水泥顺利进行水化,提高混凝土极限抗拉强度。对混凝土进行保温、保湿养护,可使混凝土水化热降温速度延缓,减少混凝土内外温差,防止产生过大的温度裂缝。减少混凝土体积收缩，提高混凝土极限拉伸强度选择良好级配的粗骨料，严格控制含泥量，加强混凝土的振捣，提高混凝土密实度和抗拉强度，减少收缩变形，保证施工质量。 采取二次投料，二次振捣法，加强早期养护，提高混凝土早期抗拉强度。 在大体积混凝上基础中设置必要的温度配筋，在截面突变和转折处，底、顶板与墙转折处，孔洞转角及周边，增加斜向构造配筋，以改善应力集中，防止裂缝出现。大体积混凝土的浇筑方法大体积混凝土结构整体性要求高，混凝土必须分层连续浇筑，由于受到混凝土供应条件的限制及振动器插入深度均匀控制，每次混凝土浇筑时常需再分成几小层浇筑捣实。根据结构体型大小、钢筋疏密程度及混凝土供应情况，分为全面分层、分段分层、斜面分层三种浇筑。从保证结构整体性及混凝土内部振捣密实的角度考虑，当混凝土小时拌和、运输能力能满足全面分层的浇筑强度要求时，以全面分层浇筑的质量最好，因为全面分层浇筑层次清楚，振动器可严格按照技术要点振动混凝土，不会出现漏振，混凝土的整体性、密实性易得到保证，但对于使用泵送混凝土、布料机布料时，设备搬移工作量较大：当混凝土小时拌和、运输能力不能满足全面分层的浇筑强度要求且结构尺寸呈长条形时；采用分段分层浇筑也能保证结构整体性和混凝土的内部密实，且便于采用泵送混凝土、布料机布料，设备搬移次数少，但在施工时要注意各小层台阶分明：垂直与水平接头要处理好。斜面分层施工只适合于结构分层厚度较薄的情况，层厚一般不宜超过 0.50.6m。厚度较厚时，斜面分层施工就难以保证混凝土的浇筑质量。因为混凝土斜面所需的密实坡度随混凝土坍落度的变化而变化，现场操作工人难以掌握合适的大斜面坡度，也难以将混凝土振实，大斜面结合处极易漏振，以致混凝土的密实性较差，因此在水工结构中禁用斜面分。工程案例阿深线濮阳段高高速门架基础混凝土工程裂缝产生的原因水泥水化热引起的温度应力和温度变形混凝土浇筑后1-3d放出的热量是总热量的一半，混凝土内部的最高温度多发生在3-5d内。内外约束条件的影响外界气温变化的影响。凝土内部温度:水泥水化热的绝热温度十浇筑温度十散热温度.混凝土内的收缩变形：凝土的体积变形;干燥收缩;混凝土匀质性的影响。施工准备工作 大体积混凝土施工需要从材料选择上、技术措施等方面做好准备工作，以保证施工质量。材料选择 (1)水泥:采用水化热比较低的矿渣硅酸盐水泥，标号为525#，通过掺加合适的外加剂可以改善混凝土的性能，提高混凝土的抗渗能力。 (2)粗骨料:采用碎石，粒径5-25mm。选用粒径较大、级配良好的石子配制混凝土，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。 (3)细骨料:采用中砂，山砂(45%)+人工砂(55%)，平均粒径大于0.5mm，含泥量不大于5%。相应减少水泥用量，使水泥水化热减少，降低混凝土温升，并可减少混凝土收缩。 (4)粉煤灰:粉煤灰的掺量控制在10%以内，采用外掺法，即不减少配合比中的水泥用量。按配合比要求计算出每立方米混凝土所掺加粉煤灰量。 (5)外加剂:本次大体积混凝土施工中采用了"GT"(减水剂)，每立方米混凝土2kg，减水剂可降低水化热峰值，对混凝土收缩有补偿功能，可提高混凝土的抗裂性。混凝土配合比 (1)混凝土采用商品混凝土，因此要求混凝土搅拌站提前做好混凝土试配。 (2)混凝土配合比应提高试配确定。(3)粉煤灰采用外掺法时仅在砂料中扣除同体积的砂量。另外应考虑到水泥的供应情况，以满足施工的要求。大体积混凝土施工施工段的划分及浇筑顺序 底板混凝土浇注从一侧开始全断面的推进，泵送时随时移动泵车大臂，直至底板全部浇注完成。70式插入式振捣棒按梅花型布置，并保证不出现漏振，欠振和过振现象的发生。边墙及顶板浇注采用左右对称、水平、分层连续灌注的方法，至顶板交界处，再整体灌注顶板混凝土。钢筋 钢筋加工在现场钢筋场进行，暗梁主筋采用闪光对焊连接，底板钢筋采用冷搭接。基础底板钢筋施上完毕进行柱、墙插筋施工，柱、墙插筋应保证位置准确。混凝土浇筑 (1)混凝土采用商品混凝土，用混凝土运输车运到现场，采用2台混凝土输送泵送筑。 (2)混凝土浇筑时应采用“分区定点、一个坡度、循序推进、一次到顶”的浇筑工艺。钢筋泵车布料杆的长度，划定浇筑区域，每台泵车负责本区域混凝土浇筑。浇筑时先在一个部位进行，直至达到设计标高，混凝土形成扇形向前流动，然后在其坡面上连续浇筑，循序推进。 (3)混凝土浇筑时在每台泵车的出灰口处配置3-4台振捣器，在1.5m厚的底板内可斜向流淌1米远左右，2台振捣器负责下部斜坡流淌处振捣密实，另外1-2台振捣器主要负责顶部混凝土振捣。结语随着高层建筑与大型设备基础日益增多，大体积混凝土的应用也日益广泛。大体积混凝土断面大、水泥用量多，水泥水化后释放的水化热会使混凝土产生较大的温度应力和收缩应力，导致混凝土产生表面裂缝和贯穿性裂缝，影响结构的整体性、耐久性和防水抗渗性。因此在大体积混凝土浇筑前应进行裂缝控制计算，估算混凝土浇筑后可能产生的最大水化热温升值、温度差和温度收缩应力，以便在施工中采取有效的技术措施。专心-专注-专业