大体积砼技术市公开课特等奖市赛课微课一等奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,大致积混凝土技术,一、大致积混凝土含义,二、大致积混凝土特点,三、大致积混凝土裂缝分类与形成原因,四、大致积混凝土温度应力计算,五、大致积混凝土最大浇筑长度确定,六、大致积混凝土预防开裂技术办法,七、工程实例分析,第1页,一、,大致积混凝土定义,美国混凝土学会定义：任何就地浇筑大致积混凝土其尺寸之大，必须采取办法处理水化热及随之引发体积变形问题，以最大程度降低开裂。,日本建筑学会定义：结构断面尺寸最小在,80cm,以上，水化热引发混凝土内最高温度与外界气温之差，预计超出,25,混凝土。,我国定义：混凝土结构物实体最小尺寸大于,1m,，或预计会因混凝土中胶凝材料水化引发温度改变和收缩而造成有害裂缝产生混凝土。,第2页,二、大致积混凝土特点,1,、水化热大，内部温度高，易产生裂缝；,2,、大致积混凝土不易一次成型；,3,、大致积混凝土要有温度应力计算书，并要有温度监控办法；,4,、要编制专题施工方案，而且要经过教授论证。,第3页,三、大致积混凝土,裂缝分类与,形成原因,裂缝分类：,（,1,）表面裂缝,（,2,）收缩裂缝,大致积混凝土内出现裂缝，按其深度普通分为表面裂缝、深层裂缝、贯通裂缝,按其裂缝宽度分：微观裂缝、宏观裂缝,“微观裂缝”亦称“肉眼不可见裂缝”，宽度普通在,0.05mm,以下，主要有三种：即沿着骨料周围出现骨料与水泥石粘结面上粘着裂缝；分布于骨料之间水泥浆中水泥石裂缝和存在于骨料本身骨料裂缝。此三种微观裂缝，前两种较多，后者较少。且微观裂缝在混凝土中分布是不规则、不贯通，所以有微观裂缝混凝土能够承受拉应力。,宏观裂缝：,宽度大于,0.05mm,裂缝是肉眼可见裂缝，称“宏观裂缝”。宏观裂缝是微观裂缝扩展结果。,第4页,宏观裂缝，按其深度普通可分为,表面裂缝、深层裂缝和贯通裂缝,三种。贯通性裂缝切断了结构断面，破坏结构整体性、稳定性和耐久性等，危害严重。深层裂缝部分切断了结构断面，也有一定危害性。表面裂缝即使不属于结构性裂缝，但在混凝土收缩时，因为表面裂缝处断面减弱且易产生应力集中，能促使裂缝深入开展。国内外相关规范对裂缝宽度都有对应要求，普通都是依据结构工作条件和钢筋种类而定。我国混凝土结构设计规范,(GBJ1089),，对钢筋混凝土结构最大允许裂缝宽度亦有明确要求：室内正常环境下普通构件为,0.3mm,；露天或室内高湿度环境为,0.2mm,。,普通来说，因为温度收缩应力引发初始裂缝，不影响结构瞬时承载能力，而对耐久性和防水性产生影响。对不影响结构承载能力裂缝，为预防钢筋锈蚀、混凝土碳化、酥松剥落等，应对裂缝加以封闭或补强处理。,对于基础、地下或半地下结构，裂缝主要影响其防水性能。当裂缝宽度只有,0.1,0.2mm,时，即使早期有轻微渗水，经过一段时间后普通裂缝能够自愈。裂缝宽度如超出,0.2,0.3mm,，其渗水量与裂缝宽度三次方成正比，渗水量伴随裂缝宽度增大而增加甚快，为此，对于这种裂缝必须进行化学灌浆处理。,第5页,第6页,大致积混凝土裂缝产生原因：,大致积混凝土施工阶段产生温度裂缝，是其内部矛盾发展结果。温度应力超出混凝土能承受抗拉强度，就会产生裂缝。主要原因以下：,1,水泥水化热,水泥在水化过程中要产生一定热量，是大致积混凝土内部热量主要起源。因为大致积混凝土截面厚度大，水化热聚集在结构内部不易散失，所以会引发急骤升温。水泥水化热起绝热温升，与混凝土单位体积内水泥用量和水泥品种相关，并随混凝土龄期按指数关系增加，普通在,10d,左右到达最终绝热温升，但因为结构自然散热，实际上混凝土内部最高温度，大多发生在混凝土浇筑后,3,5d,。,混凝土导热性能较差，浇筑早期，混凝土弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引发变形约束不大，温度应力也就较小。伴随混凝土龄期增加，弹性模量和强度对应提升，对混凝土降温收缩变形约束愈来愈强，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，便开始产生温度裂缝。,第7页,2,约束条件,在约束条件下，混凝土结构变形，应是温差和混凝土线膨胀系数乘积，即,T,，当,超出混凝土极限拉伸值,p,时，结构便出现裂缝。无约束就不会产生应力，所以，改进约束对于预防混凝土开裂有主要意义。,3,外界气温改变,大致积混凝土施工期间，外界气温改变对大致积混凝土开裂有重大影响。混凝土内部温度是浇筑温度、水化热绝热温升和结构散热降温等各种温度叠加之和。外界气温愈高，混凝土浇筑温度也愈高；如外界温度下降，会增加混凝土降温幅度，尤其在外界温度骤降时，会增加外层混凝土与内部混凝土温度梯度，这对大致积混凝土极为不利。,温度应力是由温差引发变形造成,.,温差愈大，温度应力也愈大。大致积混凝土不易散热，其内部温度有时高达,80,以上，而且延续时间较长，为此研究合理温度控制办法，对预防大致积混凝土内外温差悬殊引发过大温度应力，显得十分主要。,第8页,4,混凝土收缩变形,混凝土拌合水中，只有约,20,水分是水泥水化所必须，其余,80,都要被蒸发。混凝土收缩变形包含,硬化收缩,和,干燥收缩。,混凝土在水泥水化过程中要产生体积变形，多数是收缩变形，少数为膨胀变形，这主要取决于所采取胶凝材料性质。混凝土中多出水分蒸发是引发混凝土体积收缩主要原因之一。这种干燥收缩变形不受约束条件影响，若存在约束，即产生收缩应力。,混凝土干燥收缩机理较复杂，其主要原因是混凝土内部孔隙水蒸发改变时引发毛细管引力所致。这种干燥收缩在很大程度上是可逆。混凝土产生干燥收缩后，如再处于水饱和状态，混凝土还能够膨胀恢复到达原有体积。除上述干燥收缩外，混凝土还产生碳化收缩，即空气中,CO,2,与混凝土水泥石中,Ca(0 H),2,反应生成碳酸钙，放出结合水而使混凝土收缩。,第9页,裂缝危害：,贯通裂缝切断了截面，破坏结构整体性、稳定性和耐久性。,深层裂缝部分切断截面，易产生应力集中。,表面裂缝处断面减弱，易产生应力集中，使裂缝深入开展。,裂缝处理：,碳纤维加固、化学灌浆、补强处理。,第10页,第11页,四、大致积混凝土温度应力与最大浇筑长度计算,（一）计算温度应力基本假定,（二）温度应力计算,（三）最大整浇长度计算,第12页,（一）计算温度应力基本假定,特点：,建筑工程中，尤其是高层建筑基础工程中所谓大致积混凝土，其几何尺寸远比坝体小，而且还含有下述特点：,(l),混凝土强度级别较高，水泥用量较大，因而收缩变形大；,(2),均为配筋结构，配筋率较高，抗不均匀沉降受力钢筋配筋率多在,0.5,以上，配筋对控制裂缝有利；,(3,）因为几何尺寸不是十分巨大，水化热温升较快，降温散热亦较快，所以，降温与收缩共同作用是引发混凝土开裂主要原因；,(4),地基普通比坝基弱，地基对混凝土底部约束也比坝基弱，因而地基是非刚性,;,(5),控制裂缝方法不象坝体混凝土那样，要采取特制低热水泥和复杂冷却系统，而主要是依靠合理配筋、改进设计、采取合理浇筑方案和浇筑后加强养护等办法，以提升结构抗裂性和防止引发过大内外温差而出现裂缝。,第13页,假定：,1,、认为这类结构所承受温差和收缩，主要是均匀温差和均匀收缩，因而外约束应力是主要；,2,、地基为非刚性平面半无限体；,3,、结构物与地基接触面上剪应力与水平变位成线性关系,针对上述特点，冶金部建筑科学研究院王铁梦院士建立了一个计算方法，结果比较符合实际。,第14页,（二）温度应力计算,在地基为非刚性前提下，依据土力学可知：从结构物与地基接触面上剪应力与水平变位成线性关系假定出发，能够提供下述方程式；,(x)=-Cx U(x),式中,(x),结构物与地基接触面上剪应力（,MPa,）,;,U(x),上述剪应力处地基水平位移（,mm,）,;,Cx,阻力系数（即产生单位位移剪应力）,(N/mm3);,负号是表示剪应力方向与位移方向相反。,阻力系数,Cx,，随地基变形模量增加而增大；随地基塑性变形增加而减小；随水平位移速度增加而增大；随地基对结构反力增加而增大。对于阻力系数,Cx,、，要准确加以定量有一定困难。当前主要是参考土动力学、抗滑稳定试验等方面理论研究和统计资料，,Cx,取值为：软粘土,0.01,一,0.03N/mm3,砂质粘土,0.03,一,0.06N/mm3,坚硬粘土,0.06,一,0.10N/mm3,风化岩石和低强度等级素混凝土,0.60,一,1.00N/mm3,C10,以上配筋混凝土,1.00,一,1.50N/mm3,当采取桩基时，桩对结构变形亦有约束作用，所以除去上述地基阻力系数外，尚需增加单位面积地基上桩阻力系数,Cx,增加阻力系数。,第15页,温度应力计算简图如图所表示。高层建筑箱形基础、桩基承台和筏式基础底板厚度远小于长度和宽度，如厚度小于或等于,0.2,倍长度（,H/L 0.2,）时，在温度收缩变形作用下，其全截面基本为均匀受力，所以，其计算简图即为一弹性地基上均匀受力长条板。,第16页,在底板任意点,x,处截取一段,dx,长度微体，其厚度为,t,。微体全高,H,承受均匀内力,x,（,N,为其协力），地基对底板剪应力为,(Q,为其协力,),。,第17页,解上述微分方程得：,式中,E,混凝土一定龄期时弹性模量,a,混凝土线膨胀系数；,L,结构长度；,T,结构计算温差；,H,结构厚度,第18页,上述计算未考虑混凝土徐变，如考虑混凝土徐变引发应力松弛，将拉应力取为正值，则由收缩引发最大温度拉应力为：,式中,S(t),应力松弛系数；,其它符号同前。,混凝土结构在荷载作用下，不但产生弹性变形，伴随时间延续还产生非弹性变形，即徐变，徐变引发应力松弛。徐变引发温度应力松弛，对预防混凝土开裂有益，所以在计算混凝土温度应力时应考虑应力松弛影响。松弛与加荷时混凝土龄期相关，龄期越短，徐变引发松弛也越大；另外，还与应力作用时间长短相关，应力作用时间越长则松弛亦越大。,第19页,考虑混凝土徐变公式中,E,、,T,、,S(t),都是随龄期,t,改变变量，计算温度应力时，应分别计算出不一样龄期时,E,i(t),、,T,i(t),、,S,(t)i,，进而计算出对应温差区段（普通取,23d,）内产生温度应力，而后累加即得最大温度应力,xmax,温度应力和剪应力分布以下列图 所表示：,第20页,如温度应力数值超出当初混凝土极限抗拉强度，就会在混凝土结构中部,(,因为中间应力最大,),出现第一条裂缝，将结构一分为二,(,以下列图,),。因为裂缝出现，产生应力重分布，每块结构又产生自己应力分布，图形与上述完全相同，只是最大值因为长度缩短而降低，假如此时温度应力数值依然超出当初混凝土极限抗拉强度，则又会形成第二批裂缝，将各块结构再一分为二。裂缝如此继续开展下去，直至各块结构中间最大温度应力小于或等于当初混凝土极限抗拉强度为止。在理论上这类裂缝先在结构中间出现，这是一个规律。但因为混凝土是非匀质材料，其抗拉强度不均匀，因而有时不象理论上分析那样，裂缝皆是首先出现在中间。,裂缝,1,裂缝,2,裂缝,2,第21页,裂缝,2,出现之前,第22页,（三）最大整浇长度（伸缩缝间距）计算,存在外约束大致积混凝土结构，其变形与温度应力直接相关。当温度应力靠近混凝土极限抗拉强度,f,t,时，混凝土拉伸变形,亦将靠近其极限拉伸变形,p,。,第23页,五、预防砼温度裂缝技术办法,（,1,）大致积砼内部温度改变规律,入模温度、最高温度及出现时间、升温阶段及降温阶段养护注意问题,第24页,(2),砼最高温度估算,砼内部最高温度,:,T,max,=T,j,+W/10+F/50,T,j,砼入模温度,W,单方砼水泥用量（,kg/m,3,）,F,单方砼粉煤灰用量（,kg/m,3,）,公式考虑了水泥用量及粉煤灰用量对砼最高温度影响。浇筑块体厚度、早期浇筑温度改变等影响原因没能反应。该公式普通只作为初步估算，要准确计算需采取其它方法。,第25页,预防大致积混凝土产生质量问题办法：,材料办法：,1,、,用中低热水泥品种,选取矿渣硅酸盐水泥。如,32.5,级矿渣硅酸盐水泥其,3d,水化热为,18OkJ/kg,，而,32.5,级普通硅酸盐水泥则为,25OkJ/kg,，水化热量降低,28,。,2,、利用混凝土后期强度,可采取,f,45,、,f,60,或,f,90,替换,f,28,作为混凝土设计强度，这么可使每立方米混凝土水泥用量降低,40,70kg/,左右，混凝土水化热温升对应降低,4,7,。,3,、掺加减水剂木质素磺酸钙,混凝土中掺人水泥重量,0.25,木钙减水剂（即木质素磺酸钙），它不但能使混凝土和易性有显著改进，同时又降低了,10,左右拌合水，节约,10,水泥，从而降低水化热。,第26页,4,、掺加粉煤灰外掺料,掺加粉煤灰后可改进混凝土后期强度，但其早期抗拉强度及早期极限拉伸值都有少许降低。所以对早期抗裂要求较高工程，粉煤灰掺人量应少一些，不然表面易出现细微裂缝。,5,、粗、细骨料选择,宜优先采取以自然连续级配粗骨料配制混凝土。细骨料以采取中、粗砂为宜。依据相关试验结果表明，采取,5,40mm,石子比采取,5,25mm,石子每立方米混凝土可降低用水量,15kg,左右，在相同水灰比情况下，水泥用量可降低,20kg,左右。,第27页,设计办法：,1.,设置滑动层,2.,防止应力集中,3.,设置缓冲层,4.,合理配筋：尽可能采取小直径、小间距,第28页,施工办法：,1,、控制混凝土出机温度和浇筑温度：选择时间段等,2,、蓄水养护是一个很好方法：因为水导热系数为,0.58W/m K,，有一定隔热保温效果,3,、大致积混凝土结构拆模后，宜尽快回填土，用土体保温防止气温骤变时产生有害影响，亦可延缓降温速度，防止产生裂缝。,4,、对浇筑后混凝土进行二次振捣，使混凝土抗压强度提升,10,20,左右，从而提升抗裂性。,5,、施工时加强搅拌、浇筑和振捣,6,、可采取二次投料砂浆裹石或净浆裹石搅拌新工艺,7,、合理分段施工：设置后浇带、结构缝等,8,、在大致积混凝土结构内设置循环冷凝管,9,、加强温度监控,第29页,渡江战役纪念馆基础底板标高,-8.30m,，基础形式下为桩承台基础上接筏板基础，基础底板厚达,2.95m,。为大致积砼施工，砼一次性浇筑,3600m,3,。,六、工程实例,第30页,第31页,温度传感器,预埋孔灌机油测温,预埋测试仪器测温,温度感应器,第32页,确保混凝土整体性,连续浇筑不留施工缝，分层浇筑捣实。,浇筑方案：,（,1,）全方面水平分层,面积小而厚度大时；,（,2,）斜面分层,面积大但为长条形时；,（,3,）分段分层,面积大但厚度小时。,第33页,大致积混凝土浇筑方案,（,a,）全方面水平分层,（,b,）斜面分层,（,C,）分段分层,第34页,七、大致积混凝土施工规范,GB50496-,部分条款,1,、大致积混凝土设计强度等级宜在,C25,C40,范围内，并可利用混凝土,60d,或,90d,强度作为混凝土配合比设计、混凝土强度评定及工程验收依据；,2,、大致积混凝土结构配筋除应满足结构强度和结构要求外，还应结合大致积混凝土施工方法配置控制温度和收缩结构钢筋；,3,、大致积混凝土工程施工前，宜对施工阶段大致积混凝土浇筑体温度、温度应力及收缩应力进行试算，并确定施工阶段大致积混凝土浇筑体升温峰值，里表温差及降温速率控制指标，制订对应温控技术办法。,4,、混凝土浇筑体在入模温度基础上温升值不宜大于,50,；,第35页,5,、混凝土浇筑块体里表温差,(,不含混凝土收缩当量温度,),不宜大于,25,6,、混凝土浇筑体降温速率不宜大于,2.0/d,。,7,、混凝土浇筑体表面与大气温差不宜大于,20,。,8,、采取混凝土,60d,或,90d,强度作为指标时，应将其作为混凝土配合比设计依据。,9,、所配制混凝土拌合物，到浇筑工作面坍落度不宜低于,160mm,。,10,、混凝土宜采取二次振捣工艺,第36页,11,、大致积混凝土施工组织设计，应包含以下主要内容：,（,1,）大致积混凝土浇筑体温度应力和收缩应力计算；,（,2,）施工阶段主要抗裂结构办法和温控指标确实定；,（,3,）原材料优选、配合比设计、制备与运输；,（,4,）混凝土主要施工设备和现场总平面布置；,（,5,）温控监测设备和测试布置图；,（,6,）混凝土浇筑运输次序和施工进度计划；,（,7,）混凝土保温和保湿养护方法，其中保温覆盖层厚度可依据温控指标要求按规范计算；,（,8,）主要应急保障办法；,（,9,）特殊部位和特殊气侯条件下施工办法。,第37页,12,、温控施工现场监测与试验,（,1,）大致积混凝土浇筑体里表温差、降温速率及环境温度及温度应变测试，在混凝土浇筑后，每昼夜可不应少于,4,次；入模温度测量，每台班不少于,2,次。,（,2,）大致积混凝土浇筑体内监测点布置，应真实地反应出混凝土浇筑体内最高温升、里表温差、降温速率及环境温度，可按以下方式布置：,1,）监测点布置范围应以所选混凝土浇筑体平面图对称轴线半条轴线为测试区，在测试区内监测点按平面分层布置；,2,）在测试区内，监测点位置与数量可依据温凝土浇筑体内温度场分布情况及温控要求确定；,第38页,3,）在每条测试轴线上，监测点位宜不少于,4,处，应依据结构几何尺寸布置；,4,）沿混凝土浇筑体厚度方向，必须布置外面、底面和中凡温度测点，其余测点宜按测点间距小于,600mm,布置；,5,）保温养护效果及环境温度监测点数量应依据详细需要确定；,6,）混凝土浇筑体外表温度，宜为混凝土外表以内,50mm,处温度；,7,）混凝土浇筑体底面温度，宜为混凝土浇筑体底面上,50mm,处温度。,规范,第39页,