大体积混凝土施工问题和技术措施.doc

-大体积混凝土施工问题和技术措施

大体积混凝土施工问题和技术措施

上海交大天长交通工程有限公司闵沂
2005.3.6
随着科技和现代文明的进步，高层建筑物、高耸结构及大型设备基础大量的出现，大体积混凝土已被广泛采用。所谓大体积馄凝土，一般认为现场浇筑的混凝土，其尺寸大到必须采取措施以对付水泥水化发出的热量以及伴随发生的体积变化，尽量减少温度裂缝。美国混凝土协会规定的大体积混凝土的定义是:任何就地浇筑的混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热问题以及随之引起的大体积变形问题，以最大限度减少开裂的混凝土就可以称为大体积混凝土。日本建筑学会标准(JASS5)的定义是:水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超过250C的混凝士，称为大体积混凝土。我国2001年4月1日生效的《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)中规定:“大体积混凝土——混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于lm,或预计会因水泥水化热引起混凝士内外温差过大而导致裂缝的混凝土”。工业建筑中的大型设备基础(如钢铁厂的转炉、铸锻厂的大吨位锻锤基础、火力发电厂的汽机基础等)，高层民用建筑的框架基础、大跨度悬索桥的锚旋都是大体积混凝土。国内研究混凝土裂缝的专家最近又给大体积混凝土以新的含义：任意体系的混凝土，其尺寸是以要求采取措施，控制由于体积变形、温度及收缩作用引起的裂缝者称为大体积混凝土。大体积混凝土与普通钢筋混凝土相比，具有结构厚、体形大、钢筋密、混凝土数量多、工程条件复杂等特点，近年来，大体积混凝土在工程的应用越来越普遍，如基础承台、巨型柱、设备基础、水坝等。大体积混凝土施工过程中，由于水泥在水化过程中发热，引起混凝土构件在升温、降温过程中因各部位温差应力加上混凝土本身的收缩等因素极易使构件本身产生裂缝，从而影响到结构安全及使用。因此掌握大体积混凝土的施工技术要点就显得尤为重要。
大体积混凝土的特点
大体积混凝土施工过程中，由于混凝土中水泥的水化作用是放热反应，大体积混凝土本身又具有一定的保温性能，因此其内部温升幅度要比表面温升大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比表面慢很多，在这些过程中，混凝土各部分的热胀冷缩(称为温度变形)及由于其相互约束及外界的约束作用而在混凝土内产生的应力(称为温度应力)，则相当复杂。一旦温度应力超过混凝土的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝，影响结构的安全性、适用性、耐久性等。由此可知，大体积混凝土在施工时存在的问题主要有:
(1)混凝土浇筑后水泥的水化热很多，由于混凝土体积大，聚集在内部的水泥水化热不易散发，混凝土的内部温度将显著升高，从而导致混凝土的内外温差超过250C。
(2)由于内外温差较大，在混凝土升温、降温过程中引起的温度应力剧烈变化有可能导致混凝土结构发生有害裂缝，给混凝土结构的强度、整体性、抗震性及耐久性造成严重隐患。
因此，大体积混凝土在施工中经常出现的问题，不是力学上的结构强度，而是由于水泥的水化热使结构产生温度和收缩变形，导致产生有害裂缝。所以大体积混凝土施工中的突出任务是控制混凝土温度变形裂缝，提高混凝土的抗渗、抗裂、抗侵蚀能力，从而提高建筑结构的耐久年限。
大体积混凝土裂缝产生的原因分析
混凝土结构物的裂缝可分为微观裂缝和宏观裂缝。微观裂缝主要有三种，一是骨料与水泥石粘合面上的裂缝，称为粘着裂缝；二是水泥石中自然的裂缝，称为水泥石裂缝；三是骨料本身裂缝，称为骨料裂缝。
混凝土结构的宏观裂缝产生的原因主要有三种，一是由外荷载引起的，即按常规计算的主要应力引起的；二是结构次应力引起的裂缝，这是由于砼结构的实际工作状态与计算假设模型的差异引起的；三是变形应力引起的裂缝，这是由温度、收缩、膨胀、不均匀沉降等因素引起结构变形，当变形受到约束应力时便产生应力，当此应力超过混凝土抗拉强度时就产生裂缝。
当混凝土结构截面较厚时，其内部温度和湿度分布不均匀，引起内部不同部位的变形相互约束，这样的约束称之为内约束；当一个结构物的变形受到其他结构的阻碍所受到的约束称为外约束。建筑工程中的大体积混凝土结构所承受的变形，主要是因内约束而产生的。
建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和收缩作用，由此变形的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生裂缝的主要原因。这种裂缝有表面裂缝和贯通裂缝两种。表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外低内高，形成温度梯度，使混凝土内部产生压应力，表面产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。贯通裂缝是由大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝土逐渐降温，这个降温差引起变形加上混凝土失水引起的体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生