大体积混凝土结构施工市公开课金奖市赛课一等奖课件.pptx

大体积混凝土结构施工大体积混凝土结构施工第1页第1页第七讲大体积混凝土结构施工大体积混凝土结构施工第2页第2页n大体积混凝土结构施工大体积混凝土结构施工n整体性要求高，不允许留设施工缝，要求一次连续浇筑完毕。同时，由于结构体积大，混凝土浇筑后水泥水化热量大，且汇集在大体积混凝土内部不易散发，其内部温度明显升高，更增进水泥水化速度加快，水化热更集中释放，而在混凝土表面散热快，第3页第3页n这样就形成了大体积混凝土内外较大温差，且产生较大温度应力，当达到一定数值时，混凝土便产生裂缝。因此，如何控制混凝土内外温差和温度变形，预防裂缝产生，提升混凝土结构抗渗、抗裂和抗侵蚀性能是大体积混凝土施工中关键问题。第4页第4页7.1 大体积砼结构特点 n因为高层基础多为砼体积较大箱形、筏形和桩承台较大基础，这种结构有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂和施工技术要求高等特点。外荷载引发裂缝可能性很小。但水泥水化反应过程中释放水化热所产生温度改变与砼收缩共同作用，会产生较大温度应力和收缩应力，是大致积砼结构出现裂缝主要原因。这些裂缝往往给工程带来不同程度危害，因此必须控制温度应力和温度变形裂缝开展。第5页第5页1、大体积混凝土定义 通过大量工程实践证实：砼温升和温差与表面系数相关，单面散热结构断面最小厚度在75cm以上，双面散热结构断面最小厚度在100cm以上，水化热行引起砼内外最大温差预计也许超出25，应按大体积砼施工。第6页第6页7.2结构物裂缝基本概念 3.2.1裂缝种类及产生原因:1、裂缝种类：1）微观裂缝（宽度0.05mm下列）：粘着裂缝：骨料与水泥石粘 面上 水泥石裂缝：骨料间水泥浆中裂缝 骨料裂缝：存在于骨料本身裂缝 见下图第7页第7页第8页第8页2）宏观裂缝（宽度0.05mm以上可见）：表面裂缝：表面拉应力不小于砼极限抗拉强度时出现裂缝贯穿裂缝：砼从高温降温引起砼收缩产生拉应力，当不小于砼极限抗拉强度时，混凝土整个截面出现贯穿裂缝。深层裂缝：表面裂缝发展而成深层裂缝（图）第9页第9页第10页第10页2、裂缝产生原因 1）水泥水化热影响：水泥在水化过程中产生大量热量，试验证实500J/g。水化热汇集在结构内部不易散发，会引起混凝土内部急剧升温。混凝土浇筑早期弹性模量和强度都很低，对水化热引起变形约束不大，温度应力自然也比较小，伴随混凝土龄期增长其弹性模量和强度相应提升，对混凝土收缩变形越来越强，即产生很大温度应力，当混凝土抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便产生温度裂缝。第11页第11页n2）内外约束条件影响：n结构产生变形改变时，不同结构之间产生约束称为外约束。结构内部各质点之间产生约束称为内约束。大致积混凝土受到下部地基限制，因而产生外部约束应力，混凝土浇筑早期产生压应力，混凝土与基层连接不太牢固，因而压应力较小。当降温时，产生较大拉应力，若超出混凝土抗拉强度，混凝土将产生垂直裂缝；第12页第12页3）外界高温改变影响：外界气温改变对大体积混凝土开裂有重大影响。浇筑温度受气温限制，会增长混凝土温度梯度，造成过大温差和温度应力，使大体积混凝土出现裂缝。（夏季浇水养生，冬季保温、用温水搅拌混凝土）n第13页第13页4）砼收缩变形影响：砼塑性收缩变形：水平减缩比垂直更难 砼体积变形：（混凝土中拌合水20是水泥水化热需要，80%水蒸发）5）其它碳化收缩 空气中CO2与混凝土中Ca(OH)2反应生成碳酸钙和水第14页第14页2、控制裂缝开展基本办法：表面裂缝危害较小，贯穿裂缝危害较大，重点控制贯穿裂缝开展，常采用有三种办法：1、“放”办法：减少约束体与被约束体之间互相制约，以设置永久性伸缩缝办法。普通3040m，个别1020 m。2、“抗”办法：减小约束体与被约束体之间相对温差，改进钢配备，减少砼收缩，提升砼抗拉强度。第15页第15页3、“放”“抗”结合办法：可分为“后浇带”“跳仓打”和“水平分层间歇”。“后浇带”：是现浇整体砼结构中，在施工期，保留暂时 性温度收缩变形缝办法。第16页第16页“跳仓打”法：将整个结构按垂直施工缝分段，间隔一段浇筑一段，通过不少于5d间歇后再浇筑成整体。“水平分层间歇”法：把整体砼结构分成几种薄层进行 浇筑，增长散热机会，减少砼温度上升，普通厚度控在0.62.0m范围内，时间间隔普通57d.第17页第17页7.3 温度应力计算3.3.1 结构中温度场：大体积砼内部最高温度，由混凝土浇筑温度，水泥水化热引起温升和砼散热温度三部分构成。第18页第18页1、混凝土绝热最高温升计算 砼周围没有任何散热条件，没有任何热损耗，水泥水化后产生水化热量，所有转化成为温升最后温度，称为绝热温升。n n n 式中：T max绝热最高温升（）W每公斤水泥水化热（J/kg）Q每立方米砼中水泥用量（kg/m3 C砼比热,普通取0.96X103(J/kg)r砼容重（kg/m3）取2400（kg/m3）第19页第19页2、砼最高温升值计算 由于大体砼结构都处一定散热条件下，故实际最高温升普通都小于绝热温升。凡结构厚度在18m下列，在计算最高温升值时，能够忽略水灰比、单位用水量、浇筑工艺及浇筑速度等次要原因影响，而只考虑单位体积水泥用量及混凝土浇筑温度这两个主要影响原因，以简便经验公式计算：第20页第20页 Tmax=T0+Q/10 =T0+Q/10+F/50 上述公式适合用于425#矿渣硅酸盐水泥，如使用525#水泥用Q/101.11.2,使用 325#Q/100.90.95 砼内部最高温升值（）砼浇筑温度（），可采用平均值每立方米砼中水泥用量（kg/m3）每立方米砼中粉煤灰用量（kg/m3）第21页第21页3、水化热实测升降温曲线 n能够得出，相同厚度，在不同砼内部最高温度是不同，冬季仅为夏季45%55%所得升降温曲线可直接用于相同工程控制裂缝开展计算中。第22页第22页7.3.2温度应力计算 1、计算温度应力基本假定 1）高层建筑基础工程大体积砼五大特点：（与水利砼大坝相比）混凝土强度级别高，水泥用量较多，因此在凝结硬化中收缩变形也较大。基础普通为配筋结构，且配筋率较高对控制裂缝有利。第23页第23页 其几何尺寸不大水化热温升较快，降温也快，因此，降温与收缩共同作用是引起混凝土开裂主要原因。地基约束较弱，地基是属于非弹性。不必采用特制低热水泥和复杂冷却系统。而依托合理配筋、合理浇筑方案、加强养护等来提升结构性。2）假定：均匀温差，均匀收缩，因另外约束应力是引起裂缝主要原因。第24页第24页2、温度应力计算 浇筑在非钢性基底上大体积砼，依据王铁梦理论公式推导出n第25页第25页 考虑砼徐变引起应力松弛，将拉应力取正值，则砼由收缩引起最大温度应力为：砼一定龄期时弹性模量砼线膨胀系数结构计算温差结构长度对砼结构变形影响系数应力松弛系数第26页第26页n式中E砼一定龄期时弹性模量n砼线膨胀系数nT结构计算温差nL结构长度n对砼结构变形影响系数nnnnnCx为阻力系数，不同土有不同系数P146。采n用桩基时需桩阻力系数Cx第27页第27页F_每根桩分担地基面积（mm2）Q_桩产生单位位移所需水平力（N/mm），当桩与结构铰接时：第28页第28页桩与结构固接时：Kn_ 地基水平侧移刚度（110-2N/mm3）I _ 桩惯性矩（mm4）D _ 桩直径或边长（mm）第29页第29页 H 结构厚度 S（t）_应力松弛系数 系数见表3233 P147 上式适合用于 H/L0.20、一维约束 大体积砼结构。第30页第30页对于二维约束结构，其最大应力计算公式为：式中：为泊桑比普通取0.15 在上面两个公式中，E、T、S(t)都是随龄期t改变变量，普通取2-3d，而后累加得到最大应力值,首先拟定E、T数值。第31页第31页 E（t）=E0（1-e-0.09t）式中：E（t）一定龄期时砼弹性模量（MPa）E0 龄期为28d时砼弹性模量（MPa）t 砼龄期（d）第32页第32页结构计算温差T，按下式计算:T=Tm+Ty(t)式中：Tm _各龄期砼水泥水化热降温温差（）Ty(t)各龄期砼收缩当量温差（）第33页第33页 Tm=T2+1/2(T1-T2)式中：T1砼内部因水泥水化热而平均升高 温度值；T2砼结构表面因水泥水化热升高温度值 T1求法分为两种办法：1、计算办法 2、图表法第34页第34页1、计算法：见教材P148 2、图表法：当结构厚度h5m时，大体积砼结构实际温升T1，基本靠近其绝热温升Th，即:=T1/Th 1 见P149150实际值见表3-6如图3-4。第35页第35页砼结构表面水化热温升T2：主要与温度场相关，即受到外界气温，养护办法，结构厚度等影响。砼内部温度场可用下式表示：龄期t时计算厚度x处砼温度（）龄期t时大气温度（）砼结构计算厚度(m)砼结构实际厚度(m)龄期t时砼结构中心温度与外界气温之差。第36页第36页式中：Tx(t)龄期t时计算厚度x处砼温度（）Tq 龄期t时大气温度（）H 砼结构计算厚度(m)H=h+2 砼结构虚厚度(m)h 砼结构实际厚度(m)Tx(t)龄期t时砼结构中心温度与外界气温 之差。第37页第37页 砼导热系数（可取2.33W/m.K）折减速系数（可取0.666）砼表面模板及保温层传热系数(W/m2.H)第38页第38页 i各种保温材料厚度（m）i各种保温材料导热系数见P151表3-7 q空气层传播热系数（23W/m2K）第39页第39页当x=时，可求得砼结构表面温度T2 由此可求出 T m=T2+1/2(T1-T2)即各期龄期砼水化热降温温差。第40页第40页 教材中P151表3-8由王铁梦提供Tm值，假如实际工程条件不符合上述（表3-8）合用条件时，求得温升值Tm，再乘以表3-9中修正系数。砼各龄期收缩当量温差Ty(t)可按下式计算第41页第41页式中：y(t)砼各龄期收缩值 砼线膨胀系数 y(t)=0y（1-e-bt）M1M2M3 M10 0y原则状态下砼极限收缩值 b经验系数普通取0.1 t砼龄期（d）M1-M10见教材P152第42页第42页3、最大整浇长度计算:_伸缩缝间距计算 当温度应力max靠近砼极限抗拉强度fl时，砼拉伸变形也靠近期极限拉伸变形p 即maxfl时p 因此fl=E p 由下式 第43页第43页第44页第44页整理后得 因此 最大整浇长度第45页第45页将 代入上式得 第46页第46页 由公式能够看出，式中 差值越大分数越小，最大整浇长度越短，差值越小分数越大，最大整浇长度越长。由此，减少结构计算温差和提升砼极限拉伸变形对延长最大整浇长度是十分主要。第47页第47页一旦砼结构在最大应力处（即结构中间）开裂，使结构成为两块，此时最大温度应力则应小于砼抗拉强度，这时求出整浇长度称为最小整浇长度：第48页第48页控制整浇长度依据取两者平均值为L cp式中E、T可按下式计算 Et)=E0(1-e-0.09t)T=Tm+T y（t）第49页第49页砼极限拉伸值（砼瞬时极限拉伸值、砼徐变变形）p=pa+n p 砼极限拉伸值 pa 砼瞬时极限拉伸值 n 砼徐变变形 普通情况下，pa与 n相等，因此 p可取两倍 pa，为保险取 p=1.5pa。第50页第50页在考虑龄期和配筋影响后，混凝土瞬时拉伸值 式中：fl砼抗拉强度设计值（M pa）配筋率（%）d 钢筋直径（cm）t 砼龄期（d）第51页第51页4、其它各种情况下，温度应力和整浇长度计算 砼结构不满足H/L0.2条件，或其它断面结构，用以上公式来计算温度应力和整浇长度，显然是不附合实际，。第52页第52页1、H/L020结构 依据边沿干扰作用,即砼结构最大约束应力在约束边，离开约束边向上一点距离，即快速衰减，因此可将边沿干扰范围，即应力衰减至零处高度定为0.4L，符合下列指数。第53页第53页m 与高长比相关系数，参见P156表311 y 在高y处 实际墙体用计算墙体代替 即H 代替H H=0.2L第54页第54页2、其它断面结构温度应力 只要将值改变后则上述各计算公式却能够用来计算其温度应力和最大整浇长度。（1）箱形断面结构 砼箱形基础：分为单孔和双孔 单孔 第55页第55页双孔 如混凝土箱型基础底板先期浇筑，而墙和顶板后期浇筑：单孔和双孔 单孔第56页第56页（2）箱形断面结构基础和侧墙已浇筑，后期浇筑顶板 双孔为顶板有效宽度第57页第57页7.4控制温度裂缝技术办法 我国自60年代开始研究，取得了诸多成功经验，现在惯用办法主要有：采用中低热水泥品种；减少水泥用量；合理分缝分块；掺加外加料；第58页第58页选择适宜骨料；控制砼出机温度和浇筑温度；预埋水管、通冷却水，减少砼最高温度；表面保护，保温隔热；采用预防砼裂缝结构施；第59页第59页n除在施工迈进行认真计算外，还要做到在施工中做到采用有效技术办法，n依据我国施工经验着重从控制砼温升，n延缓砼降温速率，n减少砼收缩，n第60页第60页提升砼极限拉伸值，改进砼约束程度，完善构造设计和加强施工中温度监测等方面采用措施。这些措施不是孤立，而是互相联系，互相制约。施工中必须结合实际，全面考虑，合理采用，才干收到良好效果。第61页第61页7.4.1水泥品种选择和用量控制n1、选取中热或低热水泥品种：n如425#矿碴硅酸盐水泥；火山灰硅酸盐水泥n2、充足利用砼后期强度：n尽也许降低水泥用量400kg/m3使砼早期强度低，但硬化后期强度不断增加，采取f45f60代替f28强度使混凝土龄期加长。第62页第62页7.4.2掺加外加料 泵送性能良好砼拌合物应具备三种特性：在输送管壁形成水泥浆润滑层，使砼拌和物在管道中顺利滑动流动性；拌合物要具备适应输送管形状和尺寸改变改变性；拌和物应具备压力改变和位置变动抗分离性，不然会产生离析，造成堵塞。第63页第63页 因此在施工中应优化砼级配，掺加适宜外加料，以改进砼特性，是一项主要技术办法。惯用外加料：外掺料 外掺剂 第64页第64页1、掺加外掺剂：木质素磺酸钙（简称木钙）属阴离子表面活性剂，对水泥颗粒有明显分散效应，使水表面张力减少，掺入水泥重量0.2%0.3%木钙，不但改进砼和易性，还能够减少10%拌合水，28d强度提升10%，若保持强度不变，减小水泥用量10，从而减少水化热。第65页第65页2、掺加外加料：由于粉煤灰颗粒呈球状，含有“滚珠效应”掺入一定数量粉煤灰，可明显增长砼和易性，达到减水效果，减少砼水化热。大体积混凝土掺和粉煤灰可分为“等量取代法”和“超量取代法”。见教材对此表P160第66页第66页7.4.3骨料选择1.粗骨料选择：为了发挥水泥最有效作用，粗骨料有一个最佳最大粒径。用540mm石子，减少用水量，节约水泥20kg/m3，温升减少2.易离折,不能盲目选取。第67页第67页细骨料选择：选取中粗砂，细度模数为2.62.9范围，一样可降低水泥用量2835kg/m3，降低用水量2025kg，在满足砼泵送基础上,尽也许降低用砂率。骨料质量要求：含泥量，石子小于1%，砂小于2%。第68页第68页7.4.4控制砼出机温度和浇筑温度1、砼出机温度计算 见教材P162163 2、控制砼浇筑温度 砼从搅拌出料后，经运送工具，卸料、浇筑、振捣、平仓等工序后砼温度称为砼浇筑温度我国规范提出砼浇筑温度不超出25，不然必须采用特殊技术办法。依据工程经验普通控35.下列为宜。第69页第69页7.4.5加强养护，延缓砼降温速率 保湿、保温养护目的有三个：1）减小砼内外温差，预防出现表面裂缝；2）预防砼过冷，避免产生贯穿裂缝；3）延缓砼冷却速度，以减小新老砼上下层约束；保湿、保温材厚度，可依据热互换原理计算。第70页第70页保温材料厚度混凝土结构厚度保温材料导热系数混凝土导热系数传热系数修正值混凝土最高温度混凝土表面温度混凝土达到最高温度时到大气平均温度第71页第71页当以水做为保温养时，可按下式计算砼表面蓄水深度。Hs_混凝土表面蓄水深度 R混凝土表面热阻系数 w_水导热系数，取0.58W/mK第72页第72页7.4.6提升砼极限拉伸值 对砼进行二次振捣，能排除砼因泌水在粗骨料，水平钢筋下部产生成水分和空隙，增长了砼密实度，使砼抗压强度提升10%20%，从而提升砼抗裂性。振动界线，恰当二次振捣时间，是指砼振捣后，尚能恢复到塑性状态时间。第73页第73页掌握二次振捣时间办法：1)靠自重逐步插入混凝土，慢拔出，不留孔。2)贯入阻力Z在350N/cm2迈进行二次振捣石有效。二次投料净浆裹石搅拌新工艺第74页第74页7.4.7改进边界约束和结构设计1、合理分段浇筑：即增设“后浇带”正常情况下，后浇带间距为2030m，保留时间不少于40d，宽度可取70100cm，砼等级比本来提升510N/mm2，湿养护不少于15 d。结构有三种形式：平接式 T字式 企口式第75页第75页第76页第76页2、合理配筋：砼墙板厚度为400600mm时增加配置钢筋,尽也许采取小直径小间距。3、设置滑动层：在外约束两端1/41/5范围内设置。滑动层，因砼结构最大约束力在约束边，离开约束边上一点距离即快速衰减。滑动层做法有：涂刷两道热沥青加铺一层沥青油毡或铺设1020mm厚沥青砂，或铺设50mm厚砂或石屑层等。第77页第77页4、设置应力缓和沟 5、设置缓冲层：在高下板交接处，底板地梁处等，用30-50mm厚聚苯已烯泡沫塑料板作垂直隔离，以缓冲基础收缩时侧向压力。6、避免应力集中：孔洞，转角处增配斜筋、钢筋、网片。第78页第78页7.4.8加强施工监测工作。混凝土温度测定统计仪，是以XQC-300大型长图自动平衡统计仪和WZG-010铜热电阻温度传感器作为基本测温单元，并加装“定期全自动扩展”装置组合而成。第79页第79页7.5大体积砼结构施工3.5.1钢筋工程：钢筋数量多，直径大，分布密，上、下层钢筋高差大等特点。n绑扎办法：用4-5m长卡尺限位绑扎,钢筋支架(马蹬)当前采用角钢焊制支架，上面可用钢管铺设浇筑砼用操作平台。第80页第80页第81页第81页第82页第82页第83页第83页第84页第84页第85页第85页第86页第86页第87页第87页第88页第88页第89页第89页7.5.2模板工程：侧压力是拟定模板尺寸依据 3.5.2.1泵送砼对模板侧压力计算 1、按我国现行相关规范计算F=2.5HF=2.5H（kN/mkN/m2 2）第90页第90页F_ 最大侧压力（KN/m2)1外加剂影响系数，普通取1.2 _混凝土塌落度影响系数 混凝土中立密度（KN/m2）t0_新浇混凝土初凝时间（h)可实测 V_混凝土浇筑速度（m/h)T_混凝土浇筑时温度（0C)H_混凝土侧压力计算位置至新浇混凝土 顶面总高度 第91页第91页2、借鉴国外施工经验:砼作用在模板上最大侧压力 依据日本建筑学会通过若干工程试验实践后，推荐了侧压力计算验公式，我国通过几种工程实践，得经验公式：P171表3-18混凝土作用在模板上最大侧压力（104Pa)第92页第92页第93页第93页7.5.2.2侧模及支撑 依据以上计算砼最大侧压力，可拟定模板体系各部件断面和尺寸，在侧模及支撑设计与施工中，应注意下列几种方面:1.垫层不平时用小方木找平，开口排出砼泌水及浮浆。2.上中下三道拉杆，最后校正 3.在模板外侧三道统长横向围檩，并与竖向肋连接 4.在模板外侧另加三道支撑第94页第94页第95页第95页7.5.3混凝土工程n高层建筑基础工程砼数量巨大，基本采取商品砼，集中搅拌，泵送浇筑，机械化程度较高。n7.5.3.1施工平面布置n泵送砼能否正常进行，很大程度上取决于施工平面布置。n1泵车布置n（1）依据砼浇筑计划，次序和速度选择泵车;n（2）泵车尽也许靠近基坑，扩大服务半径，水平输送距离控制在120m,尽也许降低900弯角;n（3）加强场内道路交通管理；第96页第96页第97页第97页第98页第98页2、预防泵送堵塞办法（1）加强级配管理和坍落度控制；（2）运送车卸料前高速搅拌1mm，使砼质量均匀；（3）加强泵车管理，注重“一水”“三油”检查；夏天连续工作，工作油温会升到600C,应及时调换冷却水，控制油温在500C 下列。第99页第99页7.5.3.2大体积砼浇筑1、砼浇筑办法：全断面分层浇筑，分段分层浇筑，斜面分层浇筑等方案。惯用是斜面分层浇筑，浇筑厚度200300mm。2、砼振捣：前后布置振捣器；见图P173第100页第100页大体积混凝土施工大体积混凝土施工n大体积混凝土施工，一般在较低温度条件下进行，以最高气温不不小于30C为宜。n为保证结构整体性，混凝土应连续浇筑，采用分层分段办法施工。根据结构大小及特点不同，有全面分层、分段分层和斜面分层等施工办法。参见下图第101页第101页第102页第102页第103页第103页7.5.3.3砼泌水处理和表面处理1、泌水处理：模板上排出，两边向中间浇筑，用泵排出。2、砼表面处理：干裂，影响表面强度，用长刮尺刮平，再用木蟹打磨压实，以闭合收水裂缝，经12-14小时盖两层节袋浇水养护。第104页第104页第105页第105页7.6大体积砼温度裂缝控制计算实例n见教材。第106页第106页预防大体积混凝土产生温度裂缝办法预防大体积混凝土产生温度裂缝办法n（1）选取中低热水泥品种，可降低水化热，使混凝土降低升温。n（2）合理选择混凝土配合比，在满足设计强度和施工要求条件下，尽也许选取540mm石子，增大骨料粒径，尽也许降低水泥用量，以降低水泥水化放热量。n（3）掺用木质素磺酸钙减水剂，不但能改进混凝土和易性，还可节约水泥、降低水化热，显著延迟水化热释放速度。第107页第107页n（4）掺加适量活性掺和料(如粉煤灰)，可替换部分水泥，能改进混凝土粘聚性，降低水化热。n（5）做好测温工作，控制混凝土内部温度与表面温度、表面温度与环境温度之差，使其均不超出25C。n（6）采取分层分段浇筑混凝土方法，尽也许扩大混凝土浇筑面；控制浇筑速度或减小浇筑厚度，以确保混凝土在浇筑中有一定散热时间和空间。第108页第108页n（7）浇筑混凝土时，掺加一定量毛石能够降低水泥用量，同时毛石还能够吸取一定水化热，但应严格控制砂、石含泥量。n（8）依据施工季节采取不同施工方法，以减小混凝土内外温差。夏季采取降温法施工，即在搅拌混凝土时掺入冰水，普通温度可控制在510C，浇筑后采取冷水降温养护；冬季则可采取保温法施工，预防冷空气侵入。第109页第109页 结束！结束！谢谢大家！谢谢大家！第110页第110页 作业作业:P -P -复习思考题：复习思考题：今天你看书了没有今天你看书了没有?第111页第111页