大体积混的凝土施工技术及其应用.doc
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1、 研究生课程考核试卷科 目: 现代施工技术 教 师:姚刚(教授) 姓 名: 徐士杰 学 号:20121613163专 业: 土木工程 类 别:建筑与土木工程 上课时间:2012年10月- 11月 考 生 成 绩:卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语:_ 阅卷教师 (签名) _ 重庆大学研究生院制大体积混凝土施工技术及应用徐士杰(重庆大学土木工程学院)【摘要】:近年来,随着建筑行业的迅猛发展,大体积混凝土得到了越来越广泛的应用,如混凝土大坝、高层建筑的地下室混凝土底板都是用大体积混凝土浇筑而成的。目前由于大面积混凝土自身结构的特点,外载荷引起裂缝的可能性较小,水泥水化过程中释放的水化热造成了温度
2、的变化和水泥土的收缩,其产生的应力是引起裂缝的主要原因。根据本工程的实践经验我们可以得出结论:大体积混凝土结构设计必须合理,计算方法必须采用一般内力计算方法和有限元分析相结合;施工前必须选择合适的施工工艺,制定合理的施工方案;裂缝控制是大体积混凝土施工质量的控制关键。通过大量的工程实践调查发现:大体积混凝土在施工期间出现的裂缝数量及危害程度都要远远大于结构使用期间出现的裂缝,因此如何控制和防止大体积混凝土产生的裂缝是本文研究的重点。特别在施工中混凝土浇筑后水泥的水化热量大且聚集在构件内部,形成较大的内外温差,容易造成混凝土表面产生收缩裂缝等。因此,在施工各个环节均要做好工作。本文首先对大体积混
3、凝土裂缝产生的原因进行分析,并在此基础上提出大体积混凝土施工技术措施。【关键词】:大体积混凝土;裂缝;有限元分析;施工工艺;技术措施Large volume concrete construction technology and applicationXu Shijie(Faculty of Civil Engineering, Chongqing University)Abstract: in recent years, with the rapid development of the construction industry, mass concrete have been appl
4、ied more and more, such as concrete dam, high-rise building is the basement of the concrete slabs with mass concrete casting and become. At present due to the characteristics of the structure of large area concrete itself, the load less likely to cause crack, cement hydration processes of the releas
5、e of the hydration heat caused the change of the temperature and water contraction of the soil, which produces stress is caused by the main cause of cracks. We can include that mass concrete structure designing must be reasonable we must use the general method of calculating internal forces and fini
6、te element analysis as same when we calculating. A suitable construction technology must be choose and a reasonable construction plan must be draw up before construction,crack control for quality of mass concrete is the key of construction. Through the survey for the practice of engineering, we foun
7、d that the number of mass concrete cracks and its damaged during on construction is far greater than the structure usage Period, therefore how to control and prevent the mass concrete cracks is the focus of the study in this paper. In particular the cement hydration heat in construction of concrete
8、after pouring is large and gathered in components in-house,the difference of temperature of inside and outside is greatly it is easily lead to shrinkage cracks in the concrete surface .Therefore,in all aspects of construction are need to do a good job. Analysis of mass concrete crack firstly in this
9、 paper, and proposed the construction technology of mass concrete measures on this basis.Key words:mass concrete; crack; finite element analysis;construction plan;construction technology1大体积混凝土在应用中存在的问题1.1大体积混凝土在施工实践中易发生的问题大体积混凝土基础的特点是混凝土浇筑面和浇筑量大,当混凝土浇筑完毕,由于水泥水化热影响,使混凝土内部最高温度3-5天达到峰值,此时若混凝土内部最高温度与外界
10、气温之差超过25,在升温阶段和降温阶段,容易发生表面裂缝和收缩裂缝。大体积混凝土的裂缝大体积混凝土内出现的裂缝按深度的不同,分为贯穿裂缝、深层裂缝及表面裂缝三种。贯穿裂缝是由混凝土表面裂缝发展为深层裂缝,最终形成贯穿裂缝。它切断了结构的断面,可能破坏结构的整体性和稳定性,其危害性是较严重的,在工程实践中要绝对避免其发生;而深层裂缝部分地切断了结构断面,也有一定危害性,但在工程实践中的危害要比贯穿裂缝小的多;表面裂缝一般危害性较小。大体积混凝土在施工阶段所产生的裂缝一般为温度裂缝,一方面是混凝土的内部因素:大体积混凝土由于水泥水化热导致混凝土内部温度较高,当混凝土表面温度与气温相差过大时,会产生
11、温度收缩裂缝。混凝土线膨胀系数约为每摄氏度0.00001,温度每升高或降低10,混凝土会产生0.01% 的线膨胀或收缩。以C30混凝土为例,其净弹性模量约为30000MPA,当混凝土的线收缩为0.01%时,混凝土的受拉应力将达3MPA,大约相当于C30 混凝土28 天的抗拉强度。另一方面是混凝土的外部因素:如大气或环境温度的变化情况等。结构的外部约束和混凝土各质点间的约束,阻止混凝土收缩变形,混凝土抗压强度较大,但抗拉能力却很小,所以温度应力一旦超过混凝土能承受的抗拉强度时,即会出现裂缝。1.2大体积混凝土在工程实际中应注意的其它一些问题首先,在大体积混凝土的浇筑和振捣过程中,除应满足每一处混
12、凝土在初凝以前就被上一层新混凝土覆盖并捣实完毕外,还应考虑结构大小、钢筋疏密、预埋管道和地脚螺栓的留设、混凝土供应情况以及水化热等因素的影响,常采用全面分层、分段分层、斜面分层等方法进行浇筑。其次,在大体积混凝土的养护阶段应注意保持适宜的温度和湿度,以便控制混凝土内表温差,促进混凝土强度的正常发展及防止混凝土裂缝的产生和发展。大体积混凝土的养护,不仅要满足强度增长的需要,还应通过伤工的温度控制,防止因温度变形引起混凝土的开裂。最后,大体积混凝土拆模时,混凝土的温差不超过20。其温差应包括表面温度、中心温度和外界气温之间的温差。1.3 大体积混凝土在国内外的应用随着大体积混凝土施工技术难点的越来
13、越多被解决,越来越多的大型建筑物、构筑物都应用了大体积混凝土,无论是在水利水电方面,还是在路基路桥方面;无论是在民用建筑方面,还是在地下工程建设方面都有广泛的应用。举世瞩目的三峡水利工程;汇聚世人目光的北京2008年奥运会主体育场鸟巢的主体工程;上海的八万人体育场;上海的金茂大厦大体积混凝土地板;青岛国际会展中心等等伟大的工程都很好的应用了大体积混凝土技术,另外,台北的101大厦,破土动工的新世贸大厦等都是大体积混凝土应用技术的杰出代表作。这些挺拔、优美的建筑物是人类共同的财富,也是人类共同的骄傲。2大体积混凝土产生裂缝的主要原因2.1混凝土自身收缩的影响混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为
14、混凝土收缩。混凝土在不受外力的情况下的这种自发变形,受到外部约束时,将在混凝土中产生拉应力,使得混凝土开裂。引起混凝土的裂缝主要有塑性收缩、干燥收缩和温度收缩等三种。在硬化初期主要是水泥石在水化凝固结硬过程中产生的体积变化,后期主要是混凝土内部自由水分蒸发而引起的干缩变形。2.2水泥水化热的影响水泥水化过程中放出大量的热量,且主要集中在浇筑后的57d左右,一般每克水泥可以放出450J左右的热量,如果以水泥用量300Kg/m3500Kg/m3来计算,每m3混凝土将放出15000KJ23000KJ的热量,从而使混凝土内部温度高达65左右,甚至更高。由于混凝土内部和表面的散热条件不同,因此混凝土中心
15、温度很高,这样就会形成温度梯度,使混凝土内部产生压应力,表面产生拉应力,当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时混凝土表面就会产生裂缝。2.3混凝土所用材料的影响水泥和水混凝土结构开裂主要是由于本身收缩受到约束而产生的拉应力超过其抗拉强度。混凝土产生的收缩值及强度值因水泥种类、水泥用量拌制不同而不同。水泥的细度问题是需要我们特别关注的,水泥的细度越细,混凝土越容易开裂。砂、石骨料混凝土骨料的含泥量越高越容易开裂。这是由于骨料表面所带的泥份妨碍了骨料与水泥浆之间的咬合粘结,弱化了界面结构,因而降低了混凝土的抗拉强度。外加剂和掺合料试验表明掺化学外加剂的混凝土干缩值较大。使用一般化学外加剂比使用促凝性A
16、E减水剂的干缩值低。混凝土的初期干缩值在使用外加剂的情况下较大,不掺外加剂比使用促凝性AE减水剂混凝土的干缩值低。混凝土掺加膨胀剂时养护的要求更高。在早期养护不好时,膨胀混凝土更容易发生裂缝。2.4其他因素的影响(1)结构设计因素在实际工程中,可以通过理论计算来控制裂缝;通常采用构造设计来对变形作用引起的裂缝加以控制。结构计算时,要先假定结构物的受力体系有关参数,而常规的计算模型与很多结构物的实际工作状态与有一定的差别,使得内力计算的结果与实际结果相差很大,这些未考虑到的可能内力一般会引起结构裂缝。对于约束条件的影响。结构在变形变化时,会受到一定的抑制而阻碍其自由变形,该抑制即称为“约束”。结
17、构内部各质点之间的约束称为“内约束”,不同结构之间一的约束称为“外约束”。大体积混凝土由于变形受到约束才产生应力。在全约束条件下,混凝土结构的变形,应是混凝土线膨胀系数和温差的乘积,即:T 式中 温度收缩时的相对变形;T温差;线膨胀系数。当大于混凝土的极限拉伸值p,结构出现裂缝。由于混凝土产生徐变变形;结构不可能受到全约束,而且,所以温差在25甚至30情况下,混凝土亦可能不开裂。因此,改善约束对于防止混凝士开裂的效果很明显。(2)施工方面的因素违章施工、不当施工造成混凝土裂缝夏季施工时由于混凝土的经时坍损较大,混凝土的和易性和流动性较差,如果现场工人人为加水,就会降低混凝土强度,造成不同配比混
18、凝土的干缩裂缝和凝缩裂缝。主要由以下原因造成。重视施工时预留孔洞、预埋通风采暖水电管道,未采取钢筋加强措施,造成裂缝;主要结构部位模板支撑不利,或拆模过早造成混凝土内部受振,或者混凝土内部在未达到设计强度时超负荷造成裂缝;混凝土养护工作管理不严,造成混凝土早期强度增长时失水,收缩量大,产生裂缝;现场浇筑停歇时间超过混凝土终凝时间,没有处理好接头部位等。施工时混凝土振捣方式不当不正确的振捣方式会造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂,或混凝土产生均匀沉降收缩而在结构厚薄交界处出现裂缝。混凝土养护不当引起混凝土开裂现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因。混凝土浇筑后,若表面不及时覆盖
19、进行潮湿养护,表面水分迅速蒸发,很容易产生收缩裂缝,特别是在风速、相对湿度低、大气温高的情况下,干缩更容易发生。环境气候的因素外界气温的变化情况在大体积混凝土结构施工期间对防止大体积混凝土开裂有重大影响。混凝土的内部温度是各种温度的叠加,而温度应力则是温差所引起的温度变形造成的,与温差呈正比。因此,应采取合理的温度控制措施,以防止大体积混凝土温度应力过大。3大体积积混凝土产生裂缝的预防措施31混凝土各种原材料(1)骨料的选择:在选择粗骨料时,可根据施工条件,尽量选用粒径较大、级配良好的石子。既可以减少用水量,也可以相应减少水泥用量,还可以减小混凝土的收缩和泌水现象。在选择细骨料时,采用平均粒径
20、较大的中粗砂,从而降低混凝土的干缩,减少水化热量,对混凝土的裂缝控制有重要作用。 (2)水泥的选择:大体积混凝土产生裂缝的主要原因就是水泥水化过程中释放了大量的热量。因此在大体积混凝土施工中应尽量使用低热或者中热的矿渣硅酸盐水泥、火山灰水泥,并尽量降低混凝土中的水泥用量,以降低混凝土的温升,提高混凝土硬化后的体积稳定性。为保证减少水泥用量后混凝土的强度和坍落度不受损失,可适度增加活性细掺料替代水泥。(3)掺加外加料和外加剂:掺加适量粉煤灰,可减少水泥用量,从而达到降低水化热的目的。但掺量不能大于掺加适量的减水剂,它可有效地增加混凝土的流动性,且能提高水泥水化率,增强混凝土的强度,从而可降低水化
21、热,同时可明显延缓水化热释放速度。3.2防止水泥水热化措施(1)精心设计配合比:在保证混凝土具有良好工作性的情况下,应尽可能地降低混凝土的单位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水胶比)二掺(掺高效减水剂和高性能引气剂)一高(高粉煤灰掺量)”的设计准则,生产出高强、高韧性、中弹、低热和高极拉值的抗裂混凝土。(2)增配构造筋提高抗裂性能,配筋应采用小直径、小间距;避免结构突变产生应力集中,在易产生应力集中的薄弱环节采取加强措施。3.3大体积混凝土施工质量控制措施(1)原材料环节的质量控制非常重要,材料的选择作为整个建筑工程混凝土施工质量控制过程中的初始环节,与紧随其后的混凝土施工质量控制过程
22、中的各个环节紧密相连。首先水泥的标号,在选择水泥的时候一定要十分注意,其次就是粗骨料和细骨料中的颗粒含量的多少和级配,最后就是一些外加剂和骨料的含水率等等需要格外注意。(2)认真做好施工过程中技术层面的工作,在施工过程中,施工单位要具体问题具体分析,要根据施工用的原材料的技术性能以及混凝土的特性指标来对混凝土的配合比进行适当的调整,这种调整尤其是在施工所需材料的运输方法和运输距离的变化,具体施工时施工设备的变化,施工时所面临的施工环境、施工工艺的变化显得尤为必要。(3)严防施工过程中的混凝土结构物质量通病的产生,混凝土结构质量通病大致可以分为以下几个方面:麻面、露筋、表面不平整、缝隙或者夹层。
23、(4)混凝土的养护工作非常重要,首先要进行洒水养护,一般的洒水养护要在施工完成后的十二至十八个小时内进行,以使其表面保持湿润的状态,其次,高温时节要在砼表面盖上旧麻袋之后再进行洒水处理,最后,要做好养护记录。4大体积混凝土施工方案和养护技术研究4.1大体积混凝土施工方案大体积混凝土产生裂缝是由多种原因造成的,其主要原因是温度应力引起的应变造成的。要想避免大体积混凝土的质量问题也应进行综合治理。4.1.1大体积混凝土的设计构造要求(l)大体积混凝土基础的工程设计除应满足设计规范及生产工艺的要求外,宜符合下列要求:混凝土设计强度等级宜在C25C40的范围内;配置承受温度应力及控制温度裂缝开展的构造
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