页数：68页文件大小：1.18 MB来源： 高层建筑施工ppt课件
本课件讲解大体积混凝土施工，分析温度裂缝的种类与成因、约束条件与温度应力计算方法，给出混凝土热工计算、拌和温度与浇筑温度计算，并系统提出裂缝控制措施与施工算例。
3.1 大体积混凝土的温度裂缝
3.1.1裂缝种类按产生原因一般可分为(1)荷载作用下的裂缝(约占10%)(2)变形作用下的裂缝(约占80%)(3)耦合作用下的裂缝(约占10%)按裂缝有害程度分(1)有害裂缝、(2)无害裂缝。
按裂缝出现时间分为(1)早期裂缝(3～28天)、(2)中期裂缝(28～180天)(3)晚期裂缝(180～720天，最终20年)。按深度一般可分为(1)表面裂缝、(2)浅层裂缝、(3)深层裂缝(4)贯穿裂缝图3.1温度裂缝。
3.1.2 裂缝产生的原因
大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果，一方面是混凝土内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点间的内约束阻止这种应变，一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。1.水泥水化热水泥的水化热是大体积混凝土内部热量的主要来源，由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在混凝土内部不易散失。2.外界气温变化。
3.约束条件结构在变形时会受到一定的抑制而阻碍其自由变形，该抑制即称“约束”，大体积混凝土由于温度变化产生变形，这种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：式中：——混凝土收缩时的相对变形；——混凝土的温度变化量；——混凝土的温度膨胀系数。(3-1)4.混凝土收缩变形。
3.2.1 大体积混凝土温度应力特点
3.2大体积混凝土的温度应力混凝土的温度取决于它本身环境有温差存在，而结构物四周又不可能做到完全绝热，因此，在新浇筑的混凝土与其四周环境之间，就会发生热能的交换。模板、外界气候(包括温度、湿度和风速)和养护条件等因素，都会不断改变混凝土所贮备的热能，并促使混凝土的温度逐渐发生变动。因此，混凝土内部的最高温度，实际上是由浇筑温度、水泥水化热引起的绝对温升和混凝土浇筑后的散热温度三部分组成。
3.2.2 大体积混凝土温度应力计算
1.大体积混凝土温度计算1)最大绝热温升(二式取其一)(3-2)式中：——混凝土最大绝热温升(℃)；——混凝土中水泥(包括膨胀剂)用量(F——混凝土活性掺合料用量()；)；。
C——混凝土比热，取0.97]；——混凝土密度，取2400(e——为常数，取2.718；t——混凝土的龄期(d)；m——系数，随浇筑温度改变，查表3-2。)；水化热Q()水泥强度等级水泥品种28d7d3d37535431442.5硅酸盐水泥33427125032.533425618032.5矿渣水泥表3-1不同品种、强度等级水泥的水化热。
本页含表格（表3-1），源文件为粘连文本，暂未还原为真表格，建议对照原图补充。
表3-2系数m30252015105浇筑温度(℃)0.4060.3840.3620.3400.3180.295m(1/d)2)混凝土中心计算温度——t龄期混凝土中心计算温度(℃)；——混凝土浇筑温度(℃)；——t龄期降温系数，查表3-3同时要2)混凝土中心计算温度(3-3)式中：考虑混凝土的养护、模板、外加剂、掺合料的影响。
本页含表格（表3-2），源文件为粘连文本，暂未还原为真表格，建议对照原图补充。
(1)保温材料厚度(或蓄水养护深度)——保温材料厚度(m)；——所选保温材料导热系数[]查表3-4。(3-4)式中:。
——混凝土表面温度(℃)；——施工期大气平均温度(℃)；——混凝土导热系数，取2.33；——计算的混凝土最高温度(℃)；计算时可取=15～20℃，=20～25℃；——传热系数修正值，取1.3～2.0，查表3-5。
表3-5传热系数修正值K2K1保温层种类3.02.6仅由容易透风的材料组成(如草袋、稻草板、锯末、砂子)12.32.0由易透风材料组成，但在混凝土面层上再铺一层不透风材料21.91.6在易透风保温材料上铺一层不透风材料31.51.3在易透风保温材料上下各铺一层不易透风材料41.51.3仅由不易透风材料组成(如油布、帆布、棉麻毡、胶合板)5注：值—一般刮风情况(风速小于4)；值—刮大风情况。
本页含表格（表3-5），源文件为粘连文本，暂未还原为真表格，建议对照原图补充。
(2)如采用蓄水养护，蓄水养护深度。(3-5)式中：——养护水深度(m)；x——混凝土维持到指定温度的延续时间，即蓄水养护时间(h)；M——混凝土结构表面系数()，F——与大气接触的表面积(V——混凝土体积()；)；。
——般取20℃～25℃；——传热系数修正值；700——折算系数[]；——水的导热系数，取0.58[]。(3)混凝土表面模板及保温层的传热系数。(3-6)式中：——混凝土表面模板及保温层等的传热系数[]；。
——各保温层材料厚度(m)；——各保温层材料导热系数[]；——空气层的传热系数，取23[]。(4)混凝土虚厚度。(3-7)式中：——混凝土虚厚度(m)；——混凝土导热系数，取2.33[]k——折减系数，取2/3；。
(5)混凝土计算厚度。(3-8)式中：H——混凝土计算厚度(m)；h——混凝土实际厚度(m)。(3-9)(6)混凝土表层温度。式中：——混凝土表面温度(℃)；——施工期大气平均温度(℃)；。
——混凝土虚厚度(m)；——混凝土中心温度(℃)H——混凝土计算厚度(m)；4)混凝土内平均温度。(3-10)2.大体积混凝土温度应力计算1)地基约束系数(1)单纯地基阻力系数()，查表3-6。
表3-6单纯地基阻力系数()推荐值承载力(土质名称0.01～0.0380～150软黏土0.03～0.06250～400砂质黏土0.06～0.10500～800坚硬黏土0.60～1.005000～10000风化岩石和低强度素混凝土1.00～1.505000～10000C10以上配筋混凝土(2)桩的阻力系数。(3-11)。
本页含表格（表3-6），源文件为粘连文本，暂未还原为真表格，建议对照原图补充。
式中：Q——桩产生单位位移所需水平力(当桩与结构铰接时当桩与结构固接时——桩的阻力系数(N/mm3)；)；E——桩混凝土的弹性模量(I——桩的惯性矩()；)；——地基水平侧移刚度，取。
D——桩的直径或边长(mm)；F——每根桩分担的地基面积()。2)大体积混凝土瞬时弹性模量(3-12)式中：——t龄期混凝土弹性模量()；——28d混凝土弹性模量()e——常数，取2.718；t——龄期(d)。
3)地基约束系数(3-13)式中：——t龄期地基约束系数()；h——混凝土实际厚度(mm)；——单纯地基阻力系数()；——桩的阻力系数()；——t龄期混凝土弹性模量()。
4)混凝土干缩率和收缩当量温差混凝土干缩率式中：——t龄期混凝土干缩率；——标准状态下混凝土极限收缩值，取——各修正系数，查表3-7。(3-14)、收缩当量温差(3-15)。
式中：——t龄期混凝土收缩当量温差(℃)；——混凝土线性膨胀系数，(1/℃)。5)结构计算温差(一般3d划分一区段)(3-16)式中：——i区段结构计算温度(℃)；——i区段平均温度起始值(℃)；——i区段平均温度终止值(℃)；——i区段收缩当量温差终止值(℃)；——i区段收缩当量温差起始值(℃)。
6)各区段拉应力(3-17)式中：——i区段混凝土内拉应力()；——i区段平均弹性模量()；——i区段平均应力松弛系数，查表3-8。
表3-8松弛系数S(t)30272421181512963龄期t(d)0.3270.3390.3520.3680.3860.410.440.480.520.57——i区段平均地基约束系数；L——混凝土最大尺寸(mm)；ch——双曲余弦函数。到指定期混凝土内最大应力(3-18)。
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7)安全系数3.大体积混凝土平均整浇长度(伸缩缝间距)式中：K——大体积混凝土抗裂安全系数，应≥1.15；——到指定期混凝土抗拉度设计值()。1)混凝土极限拉伸值(3-19)。
式中：——混凝土极限拉伸值；——混凝土抗拉强度设计值()；——配筋率(%)，d——钢筋直径(mm)；——以e为底的对数；t——指定期龄期(d)；——钢筋截面积()；——混凝土截面积()。
2)平均整浇长度(伸缩缝间距)(3-20)式中：h——混凝土厚度mm)；E(t)——指定时刻的混凝土弹性模量(N/mm2)；——地基阻力系数()，；——反双曲余弦函数；——指定时刻的累计结构计算温差(℃)。——平均整浇长度(伸缩缝间距)(mm)；。
3.2.3 混凝土热工计算
1.混凝土热导率计算混凝土热导率，是指在单位时间内热流通过单位面积和单位厚度混凝土介质时，混凝土介质两侧为单位温差时热量的传导率。它是反映混凝土传导热量难易程度的系数。混凝土的热导率以下式表示(3-21)式中：——混凝土热导率()；Q——通过混凝土厚度为的热量(J)；——混凝土厚度(m)；。
——温度差(℃)；t——测试时间(h)。A——混凝土的面积()；2.混凝土比热计算单位重量的混凝土，其温度升高1℃所需的热量称为混凝土的比热，可按式(3-23)计算(3-23)、、、、式中：分别为混凝土、水泥、砂、石子、水的比热()。
3.混凝土热扩散系数计算混凝土的热扩散系数(又称导温系数)是反映混凝土在单位时间内热量扩散的一项综合指标。热扩散系数愈大，愈有利于热量的扩散。混凝土的热扩散系数一般通过试验求得或按式(3-24)计算(3-24)式中：a——混凝土的热扩散系数()；——混凝土的重度()，普通混凝土的重度一般之间，钢筋混凝土的重度之间。在2300～2450在2450～2500。
3.2.4 混凝土拌和温度和浇筑温度计算
1.混凝土拌和温度计算混凝土的拌和温度，是指组成混凝土的各种材料经搅拌形成均匀的混凝土出料后的温度，又称为出机温度，可按式(3-25)表示(3-25)式中：——混凝土的拌和温度(℃)；m——混凝土组成材料的重量(kg)；C——混凝土组成材料的比热()；——混凝土组成材料温度(℃)。
若考虑混凝土搅拌时设置搅拌棚相对混凝土出机温度的影响，则混凝土的出机温度为一混凝土出机温度(℃)；—混凝土搅拌棚温度(℃)。(3-26)式中：2.混凝土浇筑温度计算混凝土的浇筑温度一般可按式(3-27)计算―(3-27)。
3.3 大体积混凝土温度裂缝的控制措施
3.3.1混凝土材料1.选择水泥品种混凝土温升的热源是水泥水化热，故选用中低热的水泥品种，可减少水化热，使混凝土减少升温。例如，优先选用等级为32.5、42.5的矿渣硅酸盐水泥，因其与同等级的矿渣水泥和普通硅酸盐水泥相比，3d的水化热可减少28%。
2.减少水泥用量由于水泥水化热而导致的温度应力是地下室墙板产生裂缝的主要原因，且混凝土的强度、抗渗等级越高，结构产生裂缝的概率也越高。在地下室外墙施工中，除了在保证设计要求的条件下尽量降低混凝土的强度等级以减少水化热外，还应该充分利用混凝土的后期强度。实验数据表明，每立方米的混凝土水泥用量每增(减)l0kg，水泥水化热使混凝土的温度相对升(降)达1℃。
3.选择外加剂1)减水剂2)粉煤灰3)膨胀剂4)选择粗、细骨料(1)含泥量(2)骨料粒径。(3)砂率和细度模数。
3.3.2 外部环境
3.混凝土出机温度为了降低大体积混凝土总温升和减小结构的内外温差，控制出机温度是很重要的。在混凝土的原材料中，石子的比热较小，但其在每立方米混凝土中所占的质量较大。水的比热最大，但它在混凝土中占的质量却最小。4.混凝土养护地下室外墙浇筑以后，为了减少升温阶段的内外温差，防止因混凝土表面脱水而产生干缩裂缝，应对混凝土进行适当的潮湿养护；为了使水泥顺利进行水化，提高混凝土的极限拉伸和延缓混凝土的水化热降温速度，防止产生过大的温度应力和温度裂缝，应加强对混凝土进行保湿和保温养护。
5.防风和回填外部气候也是影响混凝土裂缝发生和开展的因素之一，其中，风速对混凝土的水分蒸发有直接的影响，不可忽视，地下室外墙混凝土应尽量封闭门窗，减少对流。土是最佳的养护介质，地下室外墙混凝土施工完毕后，在条件允许的情况下应尽快回填。3.3.3约束条件1.后浇带后浇带的构造有平接式、T字式、企口式等三种，如图3.2所示。后浇带的宽度应考虑施工方便，避免应力集中，宽度可取700～1000mm。当地上、地下都为现浇钢筋混凝土结构时。在设计中应标明后浇带的位置，并应贯通地上和地下整个结构，但钢筋不应截断。
(a)平接式(b)T字式(c)企口式图3.2后浇带构造2.应力释放带正常情况下后浇带的间距为20～30m，但在许多实际工程中，由于设计、施工条件的制约，后浇带的间距往往超过这个范围。例如，在浇筑地下室外墙时，当地下室外墙很长或是环状全封闭结构时，其水平方向的约束应力相当大，若无处释放，就很容易产生竖向裂缝，因此在这类地下室外墙板上合理布置应力释放带，有目的地给予诱导释放,可以有效地减少或防止竖向裂缝的发生。
3.构造设汁地下室墙体结构设计时应注意构造配筋的重要性，它对结构抗裂性能的影响很大，但目前国内外对此都不够重视。对连续板不宜采用分离式配筋，应采用上下两层的连续配筋；对转角处的楼板宜配上下两层放射筋，其直径为8～14mm，间距约为200mm，同时应尽可能采用小直径、小间距。在孔洞周围、变截面转角处，由于温度变化和混凝土收缩会产生应力集中而导致裂缝，因此，可在孔洞四周增配斜向钢筋、钢筋网片；在变截面处做局部处理，使截面逐步过渡，同时增配抗裂钢筋，防止裂缝。
4.滑动层由于边界条件在约束下才会产生温度应力，因此，在与外约束的接触面上设置滑动层可以大大减弱外约束。可在外约束两端各1/4～1/5的范围内设置滑动层；对约束较强的接触面，可在接触面上直接设滑动层。滑动层的做法有铺设一层刷有两道热沥青的油毡，或铺设10～20mm厚的沥青砂，或铺设50mm厚的砂或石屑层。
5.缓冲层在高、低底板交接处和底板地梁等处，用30～50mm厚的聚苯乙烯泡沫塑料做垂直隔离层，如图3.3所示，以缓冲基础收缩时的侧向压力。(a)高、低底板交接处(b)底板地梁处图3.3缓冲层示意图。
6.跳仓施工一般分仓间歇时间7～10天。上海万人体育场，周长1100m，直径300余米，采用分块跳仓浇筑，取消伸缩缝，只有施工缝，C25混凝土利用后期强度，优选配合比和外加剂，严格养护，最后只有轻微无害裂缝，经处理使工程完全满足正常使用要求。与北京工人体育场相比较(24条永久伸缩缝)，避免了留设伸缩缝造成的渗漏缺陷。
3.3.4 预应力技术
由于高强度等级的混凝土和预拌混凝土的大量应用，使混凝土的裂缝控制变得越来越困难。混凝土的大流动性等特性与混凝土的抗裂性有着一定的矛盾。外加剂的应用虽然可以在保持一定优良工作性能的同时降低水化热，但往往是改善了一方面又影响了另一方面，也无法从根本上解决问题。基础的特点决定着它会受到较大的约束，尽管在施工过程中所采用的后浇带或应力释放带的确是一种有效的方法，但是也带来了施工的另一些困难。比如，后浇带本身的处理比较复杂，如果措施不当，就很可能会成为渗漏水的突破口；后浇带或应力释放带的有效设置间距比较小(20～30m)，在一些长墙施工中过多的设置会影响工期等等。
3.4 大体积混凝土施工泌水的防治
为此，在结构四周侧模的底部开设排水孔，使多余的水分从孔中自然排走；利用正式设计的集水坑或人为的“水潭”，将多余水分集中后用专门的软轴泵或隔膜泵抽水排出。
3.5 大体积混凝土施工算例
【例3.1】高层建筑大体积混凝土底板，平面尺寸为×，厚为，混凝土，混凝土浇筑量为3235，施工时平均气温为26℃，所用材料为42.5号普通水泥，混凝土水泥用量为400，中砂、碎石、混凝土的配合比为水泥∶砂∶石子=l∶1.688∶3.12，水灰比为0.45，另掺1%的JMIII。经测试，水泥、砂、石子的比热水的比热,各种材料的温度分别为25℃28℃，15℃,施工方案确定采用保温法以防止水泥水化热可能引起的温度裂缝。试选择保温材料及所需的厚度。
用自卸开敞式汽车运输，查表3-9，=23.9℃。
(4)混凝土的绝热温升。混凝土在浇筑后3～5d时水化热温度最大，因此，3d的混凝土绝热温升，可用(3-2)式的第二式计算：查表3-2得；查表3-1得=51.8℃(5)混凝土内部最高温度。
浇筑层厚度为2.5m，龄期为3d时，查表3-3得=57.57℃(6)混凝土的表面温度。施工方案中采用18mm厚的多层夹板模板，选用20mm厚的草袋进行保温养护，大气温度①混凝土的虚铺厚度：式中：查表3-4可得成为空气的传热系数，取为。
②混凝土的计算厚度：③混凝土的表面温度：=36.57℃。
【例3.2】现浇钢筋混凝土基础底板，厚度为0.8m，配置直径16带肋钢筋，配筋率0.35%，混凝土强度等级采用C30，地基为坚硬黏土，施工条件正常(材料符合质量标准、水灰比准确、机械振捣、混凝土养护良好)。试计算早期(15d)不出现贯穿性裂缝的允许间距。计算结果表明：混凝土的中心最高温度与表面温度差为=21℃＜25℃；混凝土表面温度与大气温度差为=10.57℃。因此，采用在混凝土表面覆盖20mm厚的草袋作为保温养护措施的方案是可行的。解考虑施工条件正常，由表3-7查得：。
本页含表格（表3-7），源文件为粘连文本，暂未还原为真表格，建议对照原图补充。
,混凝土经过15d的收缩变形(由式3-14)为收缩当量温差：混凝土上、下面温升为15℃，由于时间短，养护较好，气温差忽略不计，混凝土的水化热温差经计算为25℃，则计算温差为。
混凝土的极限拉伸，由式(3-19)代入，为15d混凝土的弹性模量伸缩缝的最大允许间距由式(3-20)为。
由计算知，板的最大允许伸缩缝间距为26m。当板的纵向长度小于26m时，可以避免裂缝出现。否则则需在中部设置伸缩缝或“后浇缝”。当板下有桩基础时，计算阻力系数Cx时，应考虑桩基对基础底板的约束阻力。【例3.3】大型设备基础底板长90.8m、宽31.3m、厚2.5m，混凝土为C20，采用60d后期强度配合比，用32.5矿渣水泥，水泥用量mc=280kg/m3,混凝土浇筑入模温度Tj=28℃，为25℃，结构物周围用钢模板，在模板和混凝土上表面外包两层草袋保温，混凝土比热施工时平均气温混凝土密度试计算总降温产生的最大温度拉应力及安全系数。
解(1)计算绝热温升值，按式为简单计只计算3d、7d、28d的值。(2)混凝土中心温度计算，按式计算如下。
(3)混凝土表层温度。两层草袋保温按6cm计，则保温层传热系数混凝土虚厚度混凝土计算厚度混凝土表层温度。
(5)混凝土干缩率和当量温差，按式则(6)结构计算温差，按式。
(7)计算各龄期的混凝土弹性模量，按式(8)地基约束系数，按式。
(9)各区段拉应力，按式各区段平均弹性模量。
各区段平均应力松弛系数各区段平均地基约束系数。
只计算拉应力(10)混凝土内最大应力，按式混凝土抗拉强度设计值取1.1N/mm2，则安全系数满足抗裂条件，故知不会出现裂缝。
3.6 习题
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