大体积混凝土施工温度裂缝控制技术措施.doc

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大体积混凝土施工温度裂缝控制技术措施

摘要大体积混凝土施工时,由于水泥水化过程中释放大量的水化热,使混凝土结构的温度梯度过大,从而导致混凝土结构出现温度裂缝。

因此,计算并控制混凝土硬化过程中的温度,进而采取相应的技术措施,是保证大体积混凝土结构质量的重要措施。

关键词混凝土温度裂缝控制措施

1概述

大体积混凝土是指最小断面尺寸大于1m以上的混凝土结构。

与普通钢筋混凝土相比,具有结构厚,体形大、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高的特点。

大体积混凝土在硬化期间,一方面由于水泥水化过程中将释放出大量的水化热,使结构件具有“热涨”的特性;另一方面混凝土硬化时又具有“收缩”的特性,两者相互作用的结果将直接破坏混凝土结构,导致结构出现裂缝。

因而在混凝土硬化过程中,必须采用相应的技术措施,以控制混凝土硬化时的温度,保持混凝土内部与外部的合理温差,使温度应力可控,避免混凝土出现结构性裂缝。

2大体积混凝土裂缝产生的原因

大体积混凝土墩台身或基础等结构裂缝的发生是由多种因素引起的。

各类裂缝产生的主要影响因素如下:

（1）收缩裂缝。

混凝土的收缩引起收缩裂缝。

收缩的主要影响因素是混凝土中的用水量和水泥用量,用水量和水泥用量越高,混凝土的收缩就越大。

选用的水泥品种不同,其干缩、收缩的量也不同。

（2）温差裂缝。

混凝土内外部温差过大会产生裂缝。

主要影响因素是水泥水化热引起的混凝土内部和混凝土表面的温差过大。

特别是大体积混凝土更易发生此类裂缝。

大体积混凝土结构一般要求一次性整体浇筑。

浇筑后,水泥因水化引起水化热,由于混凝土体积大,聚集在内部的水泥水化热不易散发,混凝土内部温度将显著升高,而其表面则散热较快,形成了较大的温度差,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力。

此时,混凝龄期短,抗拉强度很低。

当温差产生的表面抗拉应力超过混凝土极限抗拉强度,则会在混凝土表面产生裂缝。

（3）材料裂缝。

材料裂缝表现为龟裂,主要是因水泥安定性不合格或骨料中含泥量过多而引起的。

3大体积混凝土裂缝控制的理论计算

工程实例:

武汉市中环线南段××标段××号桥墩直径为1.2m,混凝土及其原材料各种原始数据及参数为:

一是C30混凝土采用P.S32.5矿渣硅酸盐水泥,其配合比为:

水:

水泥:

砂:

石子:

粉煤灰（单位kg）=158:

298:

707:

1204:

68（每立方米混凝土质量比）,砂、石含水率分别为3%、0%,混凝土容重为2440kg/m3。

二是各种材料的温度及环境气温:

水18℃,砂、石子23℃,水泥25℃,粉煤灰25℃,环境气温20℃。

3.1混凝土温度计算

（1）混凝土拌和温度计算:

公式T0=∑TimiCi/∑miCi可转换为:

T0=[0.9（mcTc+msTs+mgTg+mfTf）+4.2Tw（mw-Psms-Pgmg）+C1（PsmsTs+PgmgTg）-C2（Psms+Pgmg）]÷[4.2mw+0.9（mc+ms+mg+mf）]

式中:

T0为混凝土拌和温度;mw、mc、ms、mg、mf—水、水泥、砂、石子、粉煤灰单位用量（kg）;Tw、Tc、Ts、Tg、Tf—水、水泥、砂、石子、煤灰的温度（℃）;Ps、Pg—砂、石含水率（%）;C1、C2—水的比热容（KJ/Kg•K）及溶解热（KJ/Kg）。

当骨料温度>0℃时,C1=4.2,C2=0;反之C1=2.1,C2=335。

本实例中的混凝土拌和温度为:

T0=[0.9（298×25+707×23+1204×23+68×25）+4.2×18（158-707×3%）+4.2×3%×707×23]÷[4.2×158+0.9（298+707+1204+68）]=21.02℃。

（2）混凝土出机温度计算:

按公式T1=T0-0.16（T0-Ti）式中:

T1—混凝土出机温度（℃）;T0—混凝土拌和温度（℃）;Ti—混凝土搅拌棚内温度（℃）。

本例中,T1=21.02-0.16×（21.02-25）=21.7℃。

（3）混凝土浇筑温度计算:

按公式TJ=T1-（α•τn+0.032n）•（T1-TQ）

式中:

TJ—混凝土浇筑温度（℃）;T1—混凝土出机温度（℃）;TQ—混凝土运送、浇筑时环境气温（℃）;τn—混凝土自开始运输至浇筑完成时间（h）;n—混凝土运转次数。

α—温度损失系数（/h）本例中,若τn取1/3,n取1,α取0.25,则:

TJ=21.7-（0.25×1/3+0.032×1）×（21.7-25）=22.1℃（低于30℃）

3.2混凝土的绝热温升计算

Th=W0•Q0/（C•ρ）

式中:

W0—每立方米混凝土中的水泥用量（kg/m3）;Q0—每公斤水泥的累积最终热量（KJ/kg）;C—混凝土的比热容取0.97（KJ/kg•k）;ρ—混凝土的质量密度（kg/m3）

Th=（298×334）/（0.97×2440）=42.1℃3.3混凝土内部实际温度计算

Tm=TJ+ξ•Th

式中:

Tj—混凝土浇筑温度;Th—混凝土最终绝热温升;ξ—温降系数查建筑施工手册,若混凝土浇筑厚度3.4m。

则:

ξ3取0.704,ξ7取0.685,ξ14取0.527,ξ21取0.328。

本例中:

Tm（3）=22.1+0.704×42.1=51.7℃;Tm（7）=22.1+0.685×42.1=50.9℃;Tm（14）=22.1+0.527×42.1=44.3℃;Tm（21）=22.1+0.328×42.1=35.9℃。

3.4混凝土表面温度计算

Tb（τ）=Tq+4h’（H-h’）ΔT（τ）/H2式中:

Tb（τ）—龄期τ时混凝土表面温度（℃）;Tq—龄期τ时的大气温度（℃）;H—混凝土结构的计算厚度（m）。

按公式H=h+2h’计算,h—混凝土结构的实际厚度（m）;h’—混凝土结构的虚厚度（m）:

h’=K•λ/βK—计算折减系统取0.666,λ—混凝土导热系数取2.33W/m•K。

β—模板及保温层传热系数（W/m2•K）:

β值按公式β=1/（∑δi/λi+1/βg）计算,δi—模板及各种保温材料厚度（m）;λi—模板及各种保温材料的导热系数（W/m•K）;βg—空气层传热系数可取23W/m2•K。

ΔT（τ）—龄期τ时,混凝土中心温度与外界气温之差（℃）:

ΔT（τ）=Tm（τ）-Tq,

若保护层厚度取0.04m,混凝土灌注高度为7m,则:

β=1/（0.003/58+0.04/0.06+1/23）=1.41h’=K•λ/β=0.666×2.33/1.41=1.1H=h+2h’=7.0+2×1.1=9.2（m）若Tq取20℃,则:

ΔT（3）=51.7-20=31.7℃

ΔT（7）=50.9-20=30.9℃

ΔT（14）=44.3-20=24.3℃

ΔT（21）=35.9-20=15.9℃

则:

Tb（3）=20+4×1.1（9.2-1.1）×31.7/9.22=33.3℃

Tb（7）=20+4×1.1（9.2-1.1）×30.9/9.22=33.0℃

Tb（14）=20+4×1.1（9.2-1.1）×24.3/9.22=30.2℃

Tb（21）=20+4×1.1（9.2-1.1）×15.9/9.22=26.7℃

3.5混凝土内部与混凝土表面温差计算

ΔT（τ）s=Tm（τ）-Tb（τ）

本工程实例中:

ΔT（3）s=51.7-33.3=18.4（℃）

ΔT（7）s=50.9-33.0=17.9（℃）

ΔT（14）s=44.3-30.2=14.1（℃）

ΔT（21）s=35.9-26.7=9.3（℃）

若不掺加粉煤灰,其它条件不变,为保证混凝土强度相同,则该配合比设计为:

水:

水泥:

砂:

石子（单位kg）=158:

351:

707:

1204,按上述步骤计算,各龄期混凝土内表温差为:

ΔT（3）,s=22.1℃,ΔT（7）,s=21.5℃,ΔT（14）,s=16.0℃,ΔT（21）,s=11.2℃。

4大体积混凝土施工技术措施

由于温差的作用,裂缝的产生是不可避免的。

根据计算可以看出,可以采用掺加粉煤灰等有效方法,以降低混凝土硬化过程中混凝土内表的温差。

因而,在施工中采取适宜的措施,能够避免有害裂缝的出现。

（1）降低水泥水化热。

包括:

混凝土的热量主要来自水泥水化热,因而选用低水化热的矿渣硅酸盐水泥配制混凝土较好;精心设计混凝土配合比,采用掺加粉煤灰和减水剂的“双掺”技术,减少每立方米混凝土中的水泥用量,以达到降低水化热的目的;选用适宜的骨料,施工中根据现场条件尽量选用粒径较大,级配良好的粗骨料;选用中粗砂,改善混凝土的和易性,并充分利用混凝土的后期强度,减少用水量;严格控制混凝土的塌落度。

在现场设专人进行塌落度的测量,将混凝土的塌落度始终控制在设计范围内,一般以7～9cm为最佳;夏季施工时,在混凝土内部预埋冷却水管,通循环冷却水,强制降低混凝土水化热温度。

冬季施工时,采用保温措施进行养护;如技术条件允许,可在混凝土结构中掺加10%~15%的大石块,减少混凝土的用量,以达到节省水泥和降低水化热的目的。

（2）降低混凝土入模温度。

包括:

浇筑大体积混凝土时应选择较适宜的气温,尽量避开炎热天气浇筑。

夏季可采用温度较低的地下水搅拌混凝土,或在混凝土拌和水中加入冰块,同时对骨料进行遮阳、洒水降温,在运输及浇筑过程中也采用遮阳保护、洒水降温等措施,以降低混凝土拌和物的入模温度;掺加相应的缓凝型减水剂;在混凝土入模时,还可以采取强制通风措施,加速模内热量的散发。

（3）加强施工中的温度控制。

包括:

在混凝土浇筑之后,做好混凝土的保温保湿养护,以使混凝土缓缓降温,充分发挥其徐变特性,减低温度应力。

夏季应坚决避免曝晒,注意保湿;冬季应采取措施保温覆盖,以免发生急剧的温度梯度变化;采取长时间的养护,确定合理的拆模时间,以延缓降温速度,延长降温时间,充分发挥混凝土的“应力松弛效应”;加强测温和温度监测。

可采用热敏温度计监测或专人多点监测,以随时掌握与控制混凝土内的温度变化。

混凝土内外温差应控制在25℃以内,基面温差和基底面温差均控制在20℃以内,并及时调整保温及养护措施,使混凝土的温度梯度和湿度不致过大,以有效控制有害裂缝的出现;合理安排施工程序,混凝土在浇筑过程中应均匀上升,避免混凝土堆积高差过大。

在结构完成后及时回填土,避免其侧面长期暴露。

（4）改善约束条件,削减温度应力。

在大体积混凝土基础与垫层之间可设置滑动层,如技术条件许可,施工时宜采用刷热沥青作为滑动层,以消除嵌固作用,释放约束应力。

（5）提高混凝土的抗拉强度。

包括:

控制集料含泥量。

砂、石含泥量过大,不仅增加混凝土的收缩,而且降低混凝土的抗拉强度,对混凝土的抗裂十分不利。

因此在混凝土拌制时必须严格控制砂、石的含泥量,将石子含泥量控制在1%以下,中砂含泥量控制在2%以下,减少因砂、石含泥量过大对混凝土抗裂的不利影响;改善混凝土施工工艺。

可采用二次投料法、二次振捣法、浇筑后及时排除表面积水和最上层泥浆等方法;加强早期养护,提高混凝土早期及相应龄期的抗拉强度和弹性模量;在大体积混凝土基础表面及内部设置必要的温度配筋,以改善应力分布,防止裂缝的出现。

5结语

在大体积混凝土施工时,准确计算混凝土拌和温度、混凝土出机温度、混凝土绝热温升、混凝土内部实际温度、混凝土表面温度及混凝土内部与表面温差,有利于选取适宜的施工工艺、采取相应的降温与养护措施,从而避免出现混凝土温度裂缝,以保证混凝土结构的工程质量。

大体积泵送混凝土在高温、远距离运输条件下的施工实例

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2011-10-0711:

59:

48

摘要：

该文介绍浙江萧山国际大酒店（30层）大型基础底板泵送商品混凝土在夏季高温施工条件下，通过严格控制混凝土温度、降低内外温差、预防收缩缝、运程35km的情况下减少坍落度损失、延缓凝结时间，确保顺利泵送和浇筑质量所采取的一系列技术措施及其取得的效果。

关键词：

大体积混凝土泵送商品混凝土

1工程概况和特点 

萧山国际大酒店是1995年竣工的中外合资四星级高级宾馆，地处萧山闹市区西北角，建筑面积42500m.2，主楼28层，为内筒外框钢筋混凝土结构，总高度107m，裙房3～4层，地下层2层，主楼地下室由104根1000钻孔灌注桩支承，基坑挖深8.7m，混凝土底板厚2.6m，混凝土设计强度等级C30，混凝土总量3500m.3（其中主楼底板2700m.3），全部采用泵送商品混凝土，坍落度12±2cm，要求一次连续浇筑，不留施工缝。

工程特点是：

①混凝土运输距离远，从杭州搅拌站到萧山施工现场达35km，且市区交通拥挤，道路堵塞严重，在通行相对正常的情况下，混凝土运达现场约需1.25～1.5h；②基础混凝土浇筑按工期和施工进度要求，安排在8月上旬，正值盛暑炎热，且当年出现百年一遇长达两个月的持续高温，日最高温度达39℃；③结构体积大，主楼基础长宽各33m，厚2.6m，且嵌有暗梁，钢筋密集，施工技术要求高。

根据这些特点，除必须满足混凝土强度和耐久性等要求外，其关键是确保混凝土的可泵性，控制混凝土的最高温升及其内外温差，防止结构出现有害裂缝。

2施工技术措施 

大体积混凝土由外荷载引起的裂缝的可能性很小，而混凝土硬化期间水化过程释放的水化热和浇筑温度所产生的温度变化和混凝土收缩的共同作用，由此产生的温度应力和收缩应力，是导致结构出现裂缝的主要因素。

因此，主要采用减少水泥用量以控制水化热，降低混凝土出机温度以控制浇筑温度，并采取保温养护等综合措施来限制混凝土内部的最高温升及其内外温差，控制裂缝并确保高温情况下顺利泵送和浇筑。

2.1限制水泥用量降低混凝土内部水化热 

（1）选择水泥。

选用杭州水泥厂水化热较低的＃425矿渣硅酸盐水泥。

其早期的水化热与同龄期的普通硅酸盐水泥相比，3d的水化热约可低30%。

（2）掺加磨细粉煤灰。

在每立方米混凝土中掺加粉煤灰75kg,改善了混凝土的粘聚性和可泵性，还可节约水泥50kg。

根据有关试验资料表明，每立方米混凝土的水泥用量每增减10kg，其水化热引起混凝土的温度相应升降1～1.2℃，因此可使混凝土内部温度降低5～6℃。

（3）选用优质外加剂。

为达到既能减水缓凝，又使坍落度损失小的要求，经比较，最后选用了上海产效果明显优于木钙的E.A—2型缓凝减水剂，可减少拌和用水10%左右，相应也减少了水泥用量，降低了混凝土水化热。

（4）充分利用混凝土后期强度。

实践证明，掺优质粉煤灰混凝土后期强度较高，在一定掺量范围内60d强度比29d约可增长20%左右。

同时按《粉煤灰混凝土应用技术规范

大体积混凝土抗裂施工技术

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2011-05-0315:

32:

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　为确保大体积混凝土施工质量，除要满足强度等级、抗渗要求，关键要严格控制混凝土在硬化过程中水化热引起的内外温差，防止因温度应力而造成混凝土产生裂缝。

以绍兴交通银行大厦地下工程为例，该工程地下1层，地上18层，基坑面积约3500平方米，基坑深5米，局部7米。

为保证地下室大体积混凝土施工质量，主要采取了如下技术措施。

　　优选材料，控制混凝土浇筑温度。

尽量缩短混凝土的运输时间，合理安排浇筑顺序，及时卸料；在浇筑前，用水冲洗模板降温；泵管用麻布包裹，以防日光暴晒升温。

　　保证混凝土浇筑质量。

浇筑采用“一个坡度、层层浇筑、一次到顶”的方针。

根据混凝土泵送时形成的坡度，在上层与下层布置两道振捣点。

第一道布置在混凝土卸料点，主要解决上部振实；第二道布置在混凝土坡角处，确保下部混凝土的密实。

先振捣料口处混凝土，以形成自然流淌坡度，然后全面振捣。

为提高混凝土的极限拉伸强度，防止因混凝土沉落而出现裂缝，减少内部微裂，提高混凝土密实度，还采取二次振捣法。

在振捣棒拨出时混凝土仍能自行闭合而不会在混凝土中留孔洞，这时是施加二次振捣的合适时机。

由于泵送混凝土表面水泥较厚，在浇筑两小时至6小时后，先用长刮尺按标高刮平，然后用木抹反复搓压数遍，使其表面密实，在初凝前用铁板压光。

既能较好地控制混凝土表面龟裂，又能减少混凝土表面水分散发。

　　加强混凝土的养护及测温工作。

为防止混凝土内外温差过大，造成温度应力大于同期混凝土抗拉强度而产生裂缝，应根据当时的施工情况和环境气温，采用了“蓄水法”进行混凝土养护。

具体做法是：

先在混凝土表面覆盖双层麻袋，浇水湿润。

待混凝土初凝后，在基础周围砌挡水，蓄水深10厘米，养护28天。

为及时掌握混凝土内部温度与表面温度的变化值，在基础内埋设测温点20个，深度分别设在板中及距表面10厘米处，分别测量中心最高温度和表面温度，测温管均露出混凝土表面12厘米。

　　测温工作在混凝土浇筑完毕后开始进行，测温频率按持续28天考虑。

具体安排是：

前三天，每两小时测温1次；4天至8天，每4小时测温1次；9天至15天，每6小时测温1次；16天至20天，每12小时测温1次；21天至28天，每24小时测温1次。

从测温曲线图中可以看出，基础混凝土浇筑后，中心最高温度发生在第四天，最高温度55.1摄氏度。

混凝土中心与表面温度升降基本同步上升，在前10天温差始终保持在8摄氏度至12摄氏度左右，远远低于不安全温差25摄氏度，后18天温差保持在3摄氏度左右，说明温差控制理想。

　　该工程基础底板混凝土养护期满后，通过检查，混凝土内实外光，质量良好，经检查未发现温度裂缝，可见完善的养护及选料等措施等起到了良好效果。