土木工程专业大体积混凝土裂缝控制毕业论文 .doc
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1、河北农业大学现代科技学院本科毕业论文题 目:大体积混凝土结构裂缝控制与研究 学 部: 工程技术学部 学生姓名: 王宗盛 专 业: 土木工程 班级学号: 20 指导教师姓名: 刘京红 王印 指导教师职称: 教授 副教授 2015 年 5月 20日大体积混凝土结构裂缝控制研究土木工程1001班 李军辉指导教师:刘京红 王印摘要:随着我国经济的发展,工程建设规模也越来越大型化、复杂化。这使得工业与民用建筑中的大体积混凝土温度裂缝问题日益突出并成为具有相当普遍性的问题。 大体积混凝土温度裂缝问题十分复杂,它涉及到和工程结构相关的方方面面。对大体积混凝土基础的温度裂缝控制更是涉及到岩土、结构、建筑材料、
2、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及控制措施,根据具体情况把这些措施灵活应用于具体大体积的基础工程施工,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,并同时对基础典型位置的内外温度差进行了监测。针对基础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
3、积混凝土;裂缝控制;水化热;温度应力 Research on Control to Cracks of Massive Concrete Structure Abstract :With economic development of China, the scale of construction works is become more and more large and complicated. This makes the temperature cracks of massive concrete structure in industrial buildings become i
4、ncreasingly prominent with a universal problem. The problem of temperature cracks of Massive concrete is very complicated. It involves all aspects of the engineering structure. The control to massive concrete foundation temperature cracks is more related to rock, structure, building materials, const
5、ruction, environmental, and other multi-disciplinary. The heat of hydration is released in the hardening process of massive concrete will cause a greater temperature changes. The resulting temperature stress is the main factors to cause concrete cracks, then it affect integrity, waterproof and durab
6、ility of the structure, and it become a hidden danger of structure. Cracks control must be considered during the construction of massive concrete structure. The mechanism and control measures of temperature cracks of massive concrete foundation in this paper are analyzed. According to circumstances,
7、 these measures are applied in construction of the specific massive concrete foundation. Strict control measures are taken during the construction in the choice of materials, mix, additives, construction layout, pouring technology, conservation and other links, at the same time, temperature differen
8、ce between the internal and external of the foundation in the typical locations are monitored. The monitoring results show that the temperature differences are all reasonable, cracks are avoided. In addition, control measures of temperature cracks are taken that are reasonable and effective .The tem
9、perature control measures and monitoring results not only provides a convenient for the similar construction projects, but also provides reference data for further theoretical research. Keywords: massive concrete; cracks control; hydration heat; temperature stress 目录第 1 章 绪 论11.1 课题的背景与实际意义11.1.1 大体
10、积混凝土的定义11.1.2 大体积混凝土在工程上的应用11.2 国内外研究现状21.2.1 国内情况21.2.2 国外情况21.3 本文研究的内容和研究方法21.3.1 研究的内容21.3.2 研究的方法3第 2 章 大体积混凝土裂缝产生的原因分析及预测42.1 裂缝的种类42.1.1 微观裂缝42.1.2 宏观裂缝42.2 大体积混凝土裂缝产生的原因分析42.2.1 水化热的影响52.2.2 内外约束的影响52.2.3 外界气温变化的影响52.2.4 混凝土的收缩变形影响5第 3 章 大体积混凝土裂缝控制措施63.1 大体积混凝土裂缝控制措施63.1.1 设计措施73.1.2 材料控制措施7
11、3.1.3 施工措施83.1.4 监测措施93.2 混凝土结构裂缝处理10参考文献11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及大量工程实践所提供的经验都说明,结构物的裂缝是不可避免的,裂缝是一种人们可以接受的材料特征,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范围内。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
12、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及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、地下构筑物及设备基础等是容易由温度
13、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,大型设备基础、高层建筑箱形基础底板、筏式基础底板、连续墙以及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基础,其体积
14、达几千 m 以上者屡见不鲜,而一些超高层的民用建筑的筏式基础混凝土的体积有的达 1 万 m 3以上,厚度达 24m,长度超过 100m。如上海金茂大厦大体积混凝土筏式基础,厚度达 4m,混凝土总量为 13500 m 3。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,随着大规模基本建设的进行,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
15、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 从国外有关规范及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,设计规范规定得很灵活,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,基本上按经验设置,有许多工程不留伸缩缝,不留沉降缝,基本上采取“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则只作为参考资料而不作为规定。 第二
16、类,设计规范有明确规定,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,只要按规范每隔一定距离留一条伸缩缝,荷载差别大,留沉降缝就认为问题不复存在了,即留缝就不裂的设计原则。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范规定不超过 30,日本建筑学会规范规定不超过 35。前苏联规范规定:浇筑表面系数大于 3 的结构时,混凝土从搅拌站运出时的温度不超过 3035;原西德规范规定: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及验收规范(SDJ207-82)规定:大体
17、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:“基础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应,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表面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,混凝土各部分的热胀冷缩(称为温度变形)及由于其相互约束及外界约束的作用而在混凝土内部产生的应力(称为温
18、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,以及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
19、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,避免截面的突变,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;避免用高强混凝土,尽可能选用中低强度混凝土,采用 60 天或 90 天强度;采用滑动层来减小基础的约束。 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行养护;控制水化热温升,混凝土中心与表面的最大温差不高于 25;控制降温速度;用草袋和塑料薄膜进行保温和保湿;用冷却水管来降低水化
20、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 本文结合大庆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及预测 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
21、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 0.05 m m 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 0.05 m m 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。 宏观裂缝又可分为表面裂缝、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的约束阻止了这种应变,一
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