大體積混凝土相關(guān)知識

　　現代建筑中時(shí)常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。下面為大家整理了關(guān)于大體積混凝土的文章，歡迎大家閱讀!

　　特點(diǎn)

　　結構厚實(shí)，混凝土量大，工程條件復雜(一般都是地下現澆鋼筋混凝土結構)，施工技術(shù)要求高，水泥水化熱較大(預計超過(guò)25度)，易使結構物產(chǎn)生溫度變形。大體積混凝土除了最小斷面和內外溫度有一定的規定外，對平面尺寸也有一定限制。因為平面尺寸過(guò)大，約束作用所產(chǎn)生的溫度力也愈大，如采取控制溫度措施不當，溫度應力超過(guò)混凝土所能承受的拉力極限值時(shí)，則易產(chǎn)生裂縫。

　　在建筑施工中常碰到大體積砼，為幫助項目部施工技術(shù)人員學(xué)習了解大體積砼防裂和溫度控制方面的問(wèn)題，加強施工技術(shù)方面的交流，本人根據自己的認識所及，參考了一些相關(guān)書(shū)籍，文章以問(wèn)答的形式，先提出問(wèn)題，再用通俗的語(yǔ)言和科學(xué)道理解答，問(wèn)題解答也側重于技術(shù)要領(lǐng)和做法，主要從實(shí)際出發(fā)，以實(shí)用為主，所提出的問(wèn)題都是實(shí)際施工中常碰到的，目的是使項目部施工技術(shù)人員既知道大體積應該如何控制質(zhì)量，又懂得為什么要進(jìn)行防裂和溫度控制的道理。

　　遇到對大體積砼防裂和溫度控制方面問(wèn)題不懂的地方，大家可帶著(zhù)問(wèn)題翻閱，從中找到答案，增長(cháng)學(xué)識，相信對提高實(shí)際工作能力有所幫助。

　　大體積砼指的是最小斷面尺寸大于1m以上的砼結構，其尺寸已經(jīng)大到必須采用相應的技術(shù)措施妥善處理溫度差值，合理解決溫度應力并控制裂縫開(kāi)展的砼結構。(該定義摘錄自建筑施工手冊 縮印版第二版 建筑施工手冊第三版編寫(xiě)組 1999年1月第二版中國建筑工業(yè)出版社)

　　裂縫

　　大體積混凝土內出現的裂縫按深度的不同，分為貫穿裂縫、深層裂縫及表面裂縫三種。貫穿裂縫是由混凝土表面裂縫發(fā)展為深層裂縫，最終形成貫穿裂縫。它切斷了結構的斷面，可能破壞結構的整體性和穩定性，其危害性是較嚴重的;而深層裂縫部分地切斷了結構斷面，也有一定危害性;表面裂縫一般危害性較小。

　　但出現裂縫并不是絕對地影響結構安全，它都有一個(gè)最大允許值。處于室內正常環(huán)境的一般構件最大裂縫寬度≤0.3mm;處于露天或室內高濕度環(huán)境的構件最大裂縫寬度≤0.2mm。

　　對于地下或半地下結構，混凝土的裂縫主要影響其防水性能。一般當裂縫寬度在0.1～0.2mm時(shí)，雖然早期有輕微滲水，但經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，裂縫可以自愈。如超過(guò)0.2～0.3mm，則滲漏水量將隨著(zhù)裂縫寬度的增加而迅速加大。所以，在地下工程中應盡量避免超過(guò)0.3mm貫穿全斷面的裂縫。如出現這種裂縫，將大大影響結構的使用，必須進(jìn)行化學(xué)灌漿加固處理。

　　大體積混凝土施工階段所產(chǎn)生的溫度裂縫，一方面是混凝土內部因素：由于內外溫差而產(chǎn)生的;另一方面是混凝土的外部因素：結構的外部約束和混凝土各質(zhì)點(diǎn)間的約束，阻止混凝土收縮變形，混凝土抗壓強度較大，但受拉力卻很小，所以溫度應力一旦超過(guò)混凝土能承受的抗拉強度時(shí)，即會(huì )出現裂縫。這種裂縫的寬度在允許限值內，一般不會(huì )影響結構的強度，但卻對結構的耐久性有所影響，因此必須予以重視和加以控制。

　　產(chǎn)生裂縫的主要原因有以下幾方面：

　　1、水泥水化熱

　　水泥在水化過(guò)程中要釋放出一定的熱量，而大體積混凝土結構斷面較厚，表面系數相對較小，所以水泥發(fā)生的熱量聚集在結構內部不易散失。這樣混凝土內部的水化熱無(wú)法及時(shí)散發(fā)出去，以至于越積越高，使內外溫差增大。單位時(shí)間混凝土釋放的水泥水化熱，與混凝土單位體積中水泥用量和水泥品種有關(guān)，并隨混凝土的齡期而增長(cháng)。由于混凝土結構表面可以自然散熱，實(shí)際上內部的最高溫度，多數發(fā)生在澆筑后的最初3～5天。

　　2、外界氣溫變化

　　大體積混凝土在施工階段，它的澆筑溫度隨著(zhù)外界氣溫變化而變化。特別是氣溫驟降，會(huì )大大增加內外層混凝土溫差，這對大體積混凝土是極為不利的。

　　溫度應力是由于溫差引起溫度變形造成的;溫差愈大，溫度應力也愈大。同時(shí)，在高溫條件下，大體積混凝土不易散熱，混凝土內部的最高溫度一般可達60～65℃，并且有較長(cháng)的延續時(shí)間。因此，應采取溫度控制措施，防止混凝土內外溫差引起的溫度應力。

　　3、混凝土的收縮

　　混凝土中約20℅的水分是水泥硬化所必須的，而約80℅的水分要蒸發(fā)。多余水分的蒸發(fā)會(huì )引起混凝土體積的收縮�；炷�土收縮的主要原因是內部水蒸發(fā)引起混凝土收縮。如果混凝土收縮后，再處于水飽和狀態(tài)，還可以恢復膨脹并幾乎達到原有的體積。干濕交替會(huì )引起混凝土體積的交替變化，這對混凝土是很不利的。

　　影響混凝土收縮，主要是水泥品種、混凝土配合比、外加劑和摻合料的品種以及施工工藝(特別是養護條件)等。

　　配制

　　大體積混凝土所選用的原材料應注意以下幾點(diǎn)：

　　1、粗骨料宜采用連續級配，細骨料宜采用中砂。

　　2、外加劑宜采用緩凝劑、減水劑;摻合料宜采用粉煤灰、礦渣粉等。

　　3、大體積混凝土在保證混凝土強度及坍落度要求的前提下，應提高摻合料及骨料的含量，以降低單方混凝土的水泥用量。

　　4、水泥應盡量選用水化熱低、凝結時(shí)間長(cháng)的水泥，優(yōu)先采用中熱硅酸鹽水泥、低熱礦渣硅酸鹽水泥、大壩水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥等。

　　但是，水化熱低的礦渣水泥的析水性比其它水泥大，在澆筑層表面有大量水析出。這種泌水現象，不僅影響施工速度，同時(shí)影響施工質(zhì)量。因析出的水聚集在上下兩澆筑層表面間，使混凝土水灰比改變，而在掏水時(shí)又帶走了一些砂漿，這樣便形成了一層含水量多的夾層，破壞了混凝土的粘結力和整體性�；炷�土泌水量的大小與用水量有關(guān)，用水量多，泌水量大;且與溫度高低有關(guān)，水完全析出的時(shí)間隨溫度的提高而縮短;此外，還與水泥的成分和細度有關(guān)。所以，在選用礦渣水泥時(shí)應盡量選擇泌水性的品種，并應在混凝土中摻入減水劑，以降低用水量。在施工中，應及時(shí)排出析水或拌制一些干硬性混凝土均勻澆筑在析水處，用振搗器振實(shí)后，再繼續澆筑上一層混凝土。

　　區別

　　大體積混凝土與普通混凝土的區別表面上看是厚度不同，但其實(shí)質(zhì)的區別是由于混凝土中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積混凝土內部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內外溫差過(guò)大，其所產(chǎn)生的溫度應力可能會(huì )使混凝土開(kāi)裂。因此判斷是否屬于大體積混凝土既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素，比較準確的方法是通過(guò)計算水泥水化熱所引起的混凝土的溫升值與環(huán)境溫度的差值大小來(lái)判別，一般來(lái)說(shuō)，當其差值小于25℃時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應力將會(huì )小于混凝土本身的抗拉強度，不會(huì )造成混凝土的開(kāi)裂，當差值大于25℃時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應力有可能大于混凝土本身的抗拉強度，造成混凝土的開(kāi)裂，此時(shí)就可判定該混凝土屬大體積混凝土。

　　高層建筑的箱形基礎或片筏基礎都有厚度較大的鋼筋砼底板，高層建筑的樁基礎則常有厚大的承臺，這些基礎底板和樁基承臺均屬大體積鋼筋砼結構。還有較常見(jiàn)的一些厚大結構轉換層樓板和大梁也屬大體積鋼筋砼結構。

　　大區別

　　不能以截面尺寸來(lái)簡(jiǎn)單判斷是否大體積砼，實(shí)際施工中，有些砼厚度達到1m，但也不屬于大體積砼的范疇，有些砼雖然厚度未達到1m，但水化熱卻較大，不按大體積砼的技術(shù)標準施工，也會(huì )造成結構裂縫。

　　大體積砼與普通砼的區別表面上看是厚度不同，但其實(shí)質(zhì)的區別是由于砼中水泥水化要產(chǎn)生熱量，大體積砼內部的熱量不如表面的熱量散失得快，造成內外溫差過(guò)大，其所產(chǎn)生的溫度應力可能會(huì )使砼開(kāi)裂。因此判斷是否屬于大體積砼既要考慮厚度這一因素，又要考慮水泥品種、強度等級、每立方米水泥用量等因素，比較準確的方法是通過(guò)計算水泥水化熱所引起的砼的溫升值與環(huán)境溫度的差值大小來(lái)判別，一般來(lái)說(shuō)，當其差值小于25℃時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應力將會(huì )小于砼本身的抗拉強度，不會(huì )造成砼的開(kāi)裂，當差值大于25℃時(shí)，其所產(chǎn)生的溫度應力在可能大于砼本身的抗拉強度，造成砼的開(kāi)裂，此時(shí)就可判定該砼屬大體積砼，并應按條文中規定的措施進(jìn)行施工，以確保砼不致開(kāi)裂，造成工程滲漏水的隱患。

　　有裂縫

　　大體積砼由于其水化熱產(chǎn)生溫差形成溫差應力，表面裂縫容易產(chǎn)生，這些裂縫對于結構正常使用一般不會(huì )有影響。但是，工程實(shí)踐中普遍采用大體積砼不允許裂縫的標準，導致保養和溫度控制措施復雜，額外費用較大。

　　基礎大體積混凝土施工應合理選擇混凝土配合比，宜選用水化熱低的水泥、摻入適當的粉煤灰和外加劑、控制水泥用量，并應作好養護和溫度測量�；炷�土內部溫度與表面溫度的差值、混凝土外表面和環(huán)境溫度差值均不應超過(guò)25℃。

　　4.1.23條

　　大體積防水混凝土的施工，應采取以下措施：

　　1 在設計許可的情況下，采用混凝土60d強度作為設計強度;

　　2 采用低熱或中熱水泥，摻加粉煤灰、磨細礦渣粉等摻合料;

　　3 摻入減水劑、緩凝劑、膨脹劑等外加劑;

　　4 在炎熱季節施工時(shí)，采取降低原材料溫度、減少混凝土運輸時(shí)吸收外界熱量等降溫措施;

　　5 混凝土內部預埋管道，進(jìn)行水冷散熱;

　　6 采取保溫保濕養護�；炷�土中心溫度與表面溫度的差值不應大于25℃，混凝土表面溫度與大氣溫度的差值不應大于25℃。養護時(shí)間不應少于14d。

　　《混凝土結構工程施工及驗收規范》GB50204—2002：

　　第4.4.17條　大體積混凝土的澆筑應合理分段分層進(jìn)行，使混凝土沿高度均勻上升;澆筑應在室外氣溫較低時(shí)進(jìn)行，混凝土澆筑溫度不宜超過(guò)28℃。

　　注：混凝土澆筑溫度系指混凝土振搗后，在混凝土50㎜～100㎜深處的溫度。

　　第4.5.3條　對大體積混凝土的養護，應根據氣候條件采取控溫措施，并按需要測定澆筑后的混凝土表面和內部溫度，將溫差控制在設計要求的范圍以?xún)?當設計無(wú)具體要求時(shí)，溫度不宜超過(guò)25℃。

　　澆筑溫度

　　澆筑溫度是指砼出罐后，經(jīng)運輸、振搗后的溫度�！痘炷�土結構工程施工及驗收規范》GB50204—2002對澆筑溫度作了規定：“不宜超過(guò)28℃”。此規定沒(méi)有考慮到全國地方差異，例如上海、南京、武漢等我國南方地區高溫季節施工大體積砼，若不采取特殊措施是很難達到這一要求的，若采取措施就得花較大的費用。那么澆筑溫度超過(guò)28℃是否一定開(kāi)裂呢?江蘇常州某些工程澆筑溫度達到35℃，由于保溫降溫措施得力，也沒(méi)有出現溫差裂縫。南京。上海、武漢等地的某些大體積砼工程澆筑溫度超過(guò)28℃，個(gè)別工程達到41℃，也沒(méi)有出現危害結構安全和影響使用功能問(wèn)題。因此，在《混凝土結構工程施工質(zhì)量驗收規范》GB50204—2002中，對于澆筑溫度無(wú)不宜超過(guò)28℃的限制。

　　控制澆筑溫度是有好處的，要降低澆筑溫度必須從降低砼出機溫度入手，其目的是降低大體積砼的總溫升值和減小結構的內外溫差。降低砼出機溫度最有效的方法是降低石子的溫度，由于夏季氣溫較高，為防止太陽(yáng)的直接照射，可要求商品砼供應商在砂、石堆場(chǎng)搭設簡(jiǎn)易遮陽(yáng)裝置，必要時(shí)向骨料噴射水霧或使用前作淋水沖洗。在控制砼的澆筑溫度方面，通過(guò)計算砼的工程量，做到合理安排施工流程及機械配置，調整澆筑時(shí)間為以夜間澆筑為主，少在白天進(jìn)行，以免因暴曬而影響質(zhì)量。

　　降溫速率

　　大體積砼的溫度變化曲線(xiàn)一般如圖所示。先是一個(gè)升溫過(guò)程，升到最高點(diǎn)后就慢慢降溫，升溫的速度要比降溫的速度大。

　　那么大體積砼何時(shí)達到最高點(diǎn)呢?主要決定于配合比、幾何尺寸、現場(chǎng)條件等因素，根據工程統計，一般的大體積砼澆筑后3～4d出現最高點(diǎn)。

　　國家規范對于溫度控制有前述規定，但對于降溫速率未提出明確要求。如大體積砼升溫時(shí)內表溫差過(guò)大，會(huì )造成表面裂縫;那么降溫速率過(guò)快，會(huì )造成貫穿性冷縮縫，也是絕對不允許的。

　　理論上，任何材料的允許溫差與材料的極限值有關(guān)。對于大體積砼而言，如果降溫過(guò)快，雖然內表溫差仍然控制在規范要求之內，但由于砼內部溫差過(guò)大，溫差應力達到砼的極限抗拉強度時(shí)，理論上就會(huì )出現裂縫，而且此裂縫出現在大體積砼的內部，如果相差過(guò)大，就會(huì )出現貫穿裂縫，影響結構使用，因此，降溫速率的快慢直接關(guān)系到大體積砼內部拉應力的發(fā)展。

　　那么，降溫速率到底取多大值呢?理論上要求溫差應力必須小于同一時(shí)間的砼抗拉極限強度。目前有的工程采用降溫速率取2～3℃/d，跟蹤后也未見(jiàn)貫穿裂縫，但是對于大多數施工單位來(lái)說(shuō)，由于沒(méi)有全面可靠的數據資料，為安全起見(jiàn)仍采用≤1～1.5℃/d。

　　砼養護可遵循降溫速率“前期大后期小”的原則。因養護前期砼處于升溫階段，彈性模量、溫度應力較小，而抗拉強度增長(cháng)較快，在保證砼表面濕潤的基礎上應盡量少覆蓋，讓其充分散熱，以降低砼的溫度，亦即養護前期砼降溫速率可稍大。養護后期砼處于降溫階段，彈性模量增加較快，溫度應力較大，應加強保溫，控制降溫速率。

　　裂縫原因

　　(1)水泥水化熱

　　水泥在水化過(guò)程中要產(chǎn)生大量的熱量，是大體積砼內部熱量的主要來(lái)源。由于大體積砼截面厚度大，水化熱聚集在結構內部不易散失，使砼內部的溫度升高。砼內部的最高溫度，大多發(fā)生在澆筑后的3～5d，當砼的內部與表面溫差過(guò)大時(shí)，就會(huì )產(chǎn)生溫度應力和溫度變形。溫度應力與溫差成比，溫差越大，溫度應力也越大。當砼的抗拉強度不足以抵抗該溫度應力時(shí)，便開(kāi)始產(chǎn)生溫度裂縫。這就是大體積砼容易產(chǎn)生裂縫的主要原因。

　　(2)約束條件

　　大體積鋼筋砼與地基澆筑在一起，當早期溫度上升時(shí)產(chǎn)生的膨脹變形受到下部地基的約束而形成壓應力。由于砼的彈性模量小，徐變和應力松弛度大，使砼與地基連接不牢固，因而壓應力較小。但當溫度下降時(shí)，產(chǎn)生較大的拉應力，若超過(guò)砼的抗拉強度，砼就會(huì )出現垂直裂縫。

　　(3)外界氣溫變化

　　大體積砼在施工期間，外界氣溫的變化對大體積砼的開(kāi)裂有重大影響。砼內部溫度是由澆筑溫度、水泥水化熱的絕熱溫度和砼的散熱溫度三者的疊加。外界溫度越高，砼的澆筑溫度也越高。外界溫度下降，尤其是驟降，大大增加外層砼與砼內部的溫度梯度，產(chǎn)生溫差應力，造成大體積砼出現裂縫。因此控制砼表面溫度與外界氣溫溫差，也是防止裂縫的重要一環(huán)。

　　(4)砼的收縮變形

　　砼的拌合水中，只有約20%的水分是水泥水化所必需的，其余80%要被蒸發(fā)。砼中多余水分的蒸發(fā)是引起砼體積收縮的主要原因之一。這種收縮變形不受約束條件的影響，若存在約束，就會(huì )產(chǎn)生收縮應力而出現裂縫。

　　溫度控制

　　大體積砼養護時(shí)的溫度控制一般有兩種方法：

　　一種是降溫法，即在砼澆筑成型后，通過(guò)循環(huán)冷卻水降溫，從結構物的內部進(jìn)行溫度控制;

　　另一種是保溫法，即砼澆筑成型后，通過(guò)保溫材料、碘鎢燈或定時(shí)噴澆熱水、蓄存熱水等辦法，提高砼表面及四周散熱面的溫度，從結構物的外部進(jìn)行溫度控制。保溫法基本原理是利用砼的初始溫度加上水泥水化熱的溫升，在緩慢的散熱過(guò)程中(通過(guò)人為控制)，使砼獲得必要的強度。

　　養護作用

　　大體積砼養護主要是保持適宜的溫度和濕度條件。

　　保溫養護作用：

　　1、減少砼表面的熱擴散，減小砼表面的溫度梯度，防止產(chǎn)生表面裂縫。

　　2、延長(cháng)散熱時(shí)間，充分發(fā)揮砼的潛力和材料的松弛特性。使砼的平均總溫差所產(chǎn)生的拉應力小于砼抗拉強度，防止產(chǎn)生貫穿裂縫。

　　保濕養護的作用：

　　1、剛澆筑不久的砼，尚處于凝固硬化階段，水化的速度較快，適宜的潮濕條件可防止砼表面脫水而產(chǎn)生干縮裂縫。

　　2、砼在潮濕條件下，可使水泥的水化作用順利進(jìn)行，提高砼的極限拉伸強度。

　　防水混凝土的養護是至關(guān)重要的。在澆灌后，如混凝土養護不及時(shí)，混凝土內水分將迅速蒸發(fā)，使水泥水化不完全。而水分蒸發(fā)造成毛細管網(wǎng)彼此連通，形成滲水通道;同時(shí)混凝土收縮增大，出現龜裂，使混凝土抗滲性急劇下降，甚至完全喪失抗滲能力。若養護及時(shí)，防水混凝土在潮濕的環(huán)境中或水中硬化，能使混凝土內的游離水分蒸發(fā)緩慢，水泥水化充分，水泥水化生成物堵塞毛細孔隙，因而形成不連通的毛細孔，提高了混凝土的抗滲性。

　　砼測溫點(diǎn)的布置、測溫時(shí)間頻率、測溫工具的選用

　　為了掌握大體積砼的溫升和降溫的變化規律，以及各種材料在各種條件下的溫度影響，需要對砼進(jìn)行溫度監測控制。

　　(1)測溫點(diǎn)的布置——必須具有代表性和可比性。沿澆筑的高度，應布置在底部、中部和表面，垂直測點(diǎn)間距一般為500～800㎜;平面則應布置在邊緣與中間，平面測點(diǎn)間距一般為2.5～5m。當使用熱電偶溫度計時(shí)，其插入深度可按實(shí)際需要和具體情況而定，一般應不小于熱電偶外徑的6～10倍，測溫點(diǎn)的布置，距邊角和表面應大于50㎜。

　　采用預留測溫孔洞方法測溫時(shí)，一個(gè)測溫孔只能反映一個(gè)點(diǎn)的數據。不應采取通過(guò)沿孔洞高度變動(dòng)溫度計的方法來(lái)測豎孔中不同高度位置的溫度。

　　(2)測溫制度——在砼溫度上升階段每2～4h測一次，溫度下降階段每8h測一次，同時(shí)應測大氣溫度。

　　所有測溫孔均應編號，進(jìn)行砼內部不同深度和表面溫度的測量。

　　測溫工作應由經(jīng)過(guò)培訓、責任心強的專(zhuān)人進(jìn)行。測溫記錄，應交技術(shù)負責人閱簽，并作為對砼施工和質(zhì)量的控制依據。

　　(3)測溫工具的選用——為了及時(shí)控制砼內外兩個(gè)溫差，以及校驗計算值與實(shí)測值的差別，隨時(shí)掌握砼溫度動(dòng)態(tài)，宜采用熱電偶或半導體液晶顯示溫度計。采用熱偶測溫時(shí)，還應配合普通溫度計，以便進(jìn)行校驗。

　　在測溫過(guò)程中，當發(fā)現溫度差超過(guò)25℃時(shí)，應及時(shí)加強保溫或延緩拆除保溫材料，以防止砼產(chǎn)生溫差應力和裂縫。

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