在强约束条件下大体积混凝土的裂缝控制

施　工　技　术

CONSTRUCTIONTECHNOLOGY2004年4月第33卷　第4期

在强约束条件下大体积混凝土的裂缝控制

张光辉,江微微,程道广

(中国有色金属第六冶金建设公司,河南郑州　450014)

[摘要]论述了大体积混凝土工程在强约束条件下裂缝的控制,提出了一系列有效对策、综合技术措施。[关键词]大体积混凝土;强约束;裂缝控制;综合措施[中图分类号]TU75517

[文献标识码]A　　　　[文章编号]100228498(2004)0420056202

CrackControlofLargeVolumeConcreteUnderStrongConstraintConditions

ZHANGGuang2hui,JIANGWei2wei,CHENGDao2guang

(ChineseNonferrousMetalNo16MetallurgyConstructionCompany,

Zhengzhou,He’nan　450014,China)

Abstract:Inthisarticle,theauthorintroducescrackcontroloflargevolumeconcreteunderstrongconstraintconditions,andpro2

videsaseriesofeffectivecountermeasuresandcomprehensivetechnicalmethods.

Keywords:largevolumeconcrete;strongconstraint;crackcontrol;comprehensivemeasure　　大体积混凝土深进或贯穿性裂缝的出现,多为混凝土浇灌时水化热温度高、内外温差大,降温收缩变形受到外部约束等引起较大的温度收缩应力而造成的,其中特别是大体积混凝土底板受到大直径桩基和岩石地基的强约束,情况更为严重,危害性也最大,是导致混凝土开裂的主要因素。在强约束条件下,如何控制裂缝的出现,是大体积混凝土工程施工中一个复杂而难度很大的技术问题。

1　大直径灌注桩强约束的裂缝控制

不利,经试配C25混凝土,采取各种措施后水泥用量C为280kgΠm3,混凝土的比热c为0196kJΠkg,混凝土的密

度ρ为2400kgΠm3,不同浇筑块厚度的降温系数ξ为

0165,则水泥水化热温升达到最大温度T(t)为:

T(t)=

CQξ=280×461×0165≈36℃ρc0196×2400

　　该地区年平均气温Th为15℃,混凝土从最高温度降到稳定温度Th约需时间t为90d,取该龄期混凝土松弛系数Ht为01284,则降温温度收缩应力可按文献

[1]估算。设混凝土浇灌温度T0为25℃,混凝土的最

0

终收缩值ε10-4,混凝土线膨胀系数α为y为3124×

某厂黄河水源大型取水泵站,为一大型地下钢筋混凝土箱形结构,长4910m,宽3112m,埋深1810m,底板厚310m,墙壁厚分别为215m和115m,顶板为大截面肋形梁板,混凝土采用C25、S6。混凝土量为14520m3,其中底板4600m3,泵站内部为水泵间,设计要求不得出现裂缝渗漏水。

由于该泵站前临黄河,背靠130m高黄土边坡,为防止山体滑坡及塌方,在泵站底部设置直径2m、长36m的现场灌注钢筋混凝土抗滑桩60根,上端伸入泵站底板内。其中34根分别伸入泵站两侧墙壁内,这样对泵站底板和墙壁形成极强的约束状态。施工时正值盛暑高温季节,使情况更为复杂。

111　施工前裂缝控制分析

110×10-5,取修正系数M1=M2=M3=M5=M8=M9=1,M4=1125,M6=0193,M7=0173,M10=0185,混凝

土的弹性模量E(t)为2185×104,混凝土的泊松比ν为

0115,地基与桩的综合约束系数R为0175,则

混凝土90d收缩值εy(t)为:

n

εy(90)=ε(1-e0

y

-011t

)

i=1

∑

Mi=2134×10

-4

　　混凝土收缩当量温差Ty(t)为:

α=2314℃Ty(90)=-εy(90)Π

　　底板最大降温温度收缩拉应力σmax为:

[收稿日期]2003208228

),男,河南鲁山人,中国有色金属第[作者简介]张光辉(1960—

六冶金建设公司科长,工程师,河南郑州市黄河路24号院4号楼4号　450014,电话:(0371)3930891

按要求本工程应采用低热水泥因条件所限,只供应4215级普通水泥,这种水泥发热量Q达461kJΠkg,早期温升高,将形成很大的内外温差,对控制水化热温升

2004No.4张光辉等:在强约束条件下大体积混凝土的裂缝控制57

σmax=

-E(t)αHtR2-T0-T-Ty(t)+Th

1-ν3(t)=4110MPa>ft=117MPa

大体积混凝土降温与干缩同时发生,导致应力累加,是后期出现裂缝的主要原因之一。为此在混凝土墙壁拆模养护后,随即在三侧回填土,使地下水位相应上升2Π3全高,整个泵站地下部分保持湿润状态,预防在降温期内混凝土产生过大的脱水干缩和湿度变化。

11217　加强混凝土的温度控制　　由计算知,σmax大于混凝土的抗拉强度,混凝土会产生裂缝,必须采取有效措施才能控制裂缝的出现。

112　混凝土裂缝控制综合措施11211　分块分层浇筑

在浇灌混凝土后,连续对混凝土测温,并进行分析。根据理论计算混凝土最高温峰可达61℃,底板中心实测最高温峰为52℃,由于采取了上述降低水化热和混凝土入模温度措施,比理论计算值低,混凝土入模温度控制在25℃,表面温度为30℃,内外温差在25℃以内,达到预期效果,避免过大温度应力的产生。

2　岩石地基强约束的裂缝控制

为减少约束应力,将泵站底板、墙壁和顶板沿长度方向从底到顶分2段浇筑,中间留设800mm宽后浇带,使之形成环状,以减少收缩长度和约束,以利释放早、中期温度应力,待2段收缩大部分完成后,再用高1个强度等级的半干硬性细石混凝土将后浇带灌筑密实。每段底板、墙壁、顶板分3次浇筑混凝土,这样采取纵向分块,上下分层,有利于层面散热和减少约束作用,释放温度收缩应力。

11212　合理选择配合比,降低水化热温度

某有色金属加工厂313m轧机工程,基础长

3710m、宽4315m、底板有10种不同标高,最深处-1015m,坐落在砾岩上,混凝土采用C18,基础混凝土

施工中缺乏低热水泥,使用较高强度等级普通水泥,水化热温度高,为此使用大粒径粗骨料,严格控制砂、石级配和含泥量,在混凝土中掺加木钙减水剂和粉煤灰等,优选混凝土配合比,以减少水泥用量,使水泥用量由原335kgΠm3减到280kgΠm3,降低水化热温升。碎石∶砂(中细各实际混凝土配合比(kgΠm3)为:水泥∶半)∶水∶粉煤灰∶木钙减水剂=280∶1210∶600∶175∶55∶

1112,水灰比0152,坍落度10cm,同时浇灌底板时在混

量5600m3,造型混凝土1200m3,设计要求一次浇筑完成。

211　施工前裂缝控制分析

该基础体积和尺寸大,底板标高多,地基为坚硬砾岩层,对基础温度收缩变形将起着极强的嵌固作用,产生极大的外约束应力,地基与基础的约束系数R达

0190,根据工程特点、施工拟采取的施工方法、技术措

施和已知施工条件及当地气候、气温、供应材料情况,估算出浇筑后可能产生的最大降温收缩应力远大于基础混凝土设计抗拉强度111MPa,必须采取有效的防裂技术措施才能控制裂缝的出现。

212　混凝土裂缝控制综合措施21211　设置滑动层,改善约束条件

凝土中加10%左右的块石,既节省混凝土,又起吸热降低水化热温升作用。

11213　降低混凝土入模温度

为降低浇灌温度,采用地下低温水中加入适量冰屑、石子洒水冷却、砂表面护盖等方法降低搅拌温度,尽量缩短混凝土运输时间,混凝土中掺加木钙缓凝剂,使初凝时间延长到6h以上,减缓浇灌速度,并薄层浇灌,通风机强制通风,以加快浇灌期间热量的散发,推迟水化热峰值出现,延长混凝土升温期。

11214　适当配置温度构造钢筋

在基础底板造型混凝土垫层上设置1道水平的一毡二油防滑层,以减少基岩对基础的强约束;在与基础接触的立面铺设40mm厚聚苯乙烯泡沫塑料板缓冲层,使基础混凝土受温度变化时可自由伸缩,以消除嵌固作用,释放约束应力。

21212　控制水化热温升

对结构薄层和应力集中部位,加设<12细密钢筋网片,在洞口四周应力集中部位适当增配构造筋,以分散应力。

11215　加强混凝土的养护和保温

水泥选用水化热低的4215级抗硫酸盐水泥(水化热Q为274kJΠkg),以减少混凝土凝结时的发热量,混凝土中掺加粉煤灰,每m3掺70kg,将水泥用量降至

250kgΠm3;同时在混凝土配合比中掺加水泥用量013%

混凝土浇筑后做好早期湿养护,底板采取围垅蓄水养护,墙壁拆模后挂2层草垫浇水养护,时间不少于

1个月,以提高早期弹性模量,增强抗裂性。10月天气

的木质素磺酸钙减水剂,以降低水灰比、水泥用量和水化热量,改善混凝土和易性,并可将初凝时间延缓到5h以上,保证混凝土浇筑后不出现裂缝。

21213　严格控制粗细骨料质量

渐冷,采取保温养护,可减少混凝土表面温度梯度,防止温度突变引起的降温冲击,放慢降温速度,充分发挥徐变效应,以削减温度收缩拉应力。

11216　避免降温与干缩共同作用

石子选用粒径2～4cm坚硬碎石,颗粒级配符合筛分曲线,含泥量小于2%;砂用中砂,含泥量小于4%,　　　　　　

(下转第61页)

2004No.4刘梦溪等:混凝土无损测强地区曲线试验研究61

在不同于声时测试的另一相对侧面在30～50kN的压力下做回弹值测试,每个侧面测试8个回弹值,剔除3个最大值和3个最小值,余下的取其平均值。

回弹值测试完毕后卸荷,将试块回弹值侧面放置在压力机承压板之间,以(6±4)kNΠs的速度均匀加荷至破坏,计算抗压强度。若3个测值中的最大值和最小值与中间值的偏差有一个超过中间值的±15%时,则把该组试块弃除。

试块抗压强度试验结束后,选取3个点用酚酞溶液变红的方法测量碳化深度,取其平均值,若测量值超过6mm时,应取6mm作为该试块的碳化深度值。2　曲线拟合

(4)式及得的声速V、回弹值Mr、碳化深度Li代入(3)、

国家曲线方程,得到以下误差结果,地区曲线(3)相对标准差为12198%,平均相对误差为10163%;地区曲线

(4)相对标准差为12186%,平均相对误差为10152%;

国家曲线fcu=01008(V1172)(Mr1157)相对标准差为

15191%,平均相对误差为12164%。4　结果与探讨(1)经验证,地区曲线相对标准差及平均相对误差均小于国家曲线的规定,可以在本地区推广应用。

(2)建立地区曲线回归分析时采用的强度范围为10～50MPa,因此地区曲线的强度适用范围是10～50MPa,不得外推进行强度计算。

(3)由于建立强度曲线时使用淮海经济区产原材

将测试所得的声速V、回弹值Mr、碳化深度Li、抗压强度换算值fcu根据上述取舍的原则进行汇总,按下述回归方程模型进行多元回归分析和误差分析。

bc

fcu=a(V)(Mr)bcd×L

fcu=a(V)(Mr)(10)i

(1)(2)

　　采用自编回归程序,将符合条件的2116条数据代入回归方程,得到地区回归方程曲线。

1375

)　fcu=21709×10-3(V21916)(M1r

(3)

-3

fcu=21654×10

-3

153510

(V21595)(M1)×10-81445×r

Li

(4)

其中:(3)式相关系数0194,相对标准差13171%,平均相对误差11122%;(4)式相关系数0194,相对标准差

13155%,平均相对误差11105%。均满足CECS02:88中

对地区曲线的要求(相对标准差≤±1710%,平均相对误差≤±1410%)。

3　曲线验证

选用本地原材料,制作C10～C50的混凝土14、28、

60、90、365d试块,进行自然养护,将测试550个试块所(上接第57页)

料,因此强度曲线适用于淮海经济区。

(4)进行回归的试验数据应具有一定的分散性,过于集中将导致相关系数较小(愈接近1愈好),适用性受到限制。

(5)参照国家曲线建立的地区曲线(3)未引入碳化深度,因此引入碳化深度建立的地区曲线(4)更接近于工程实际,更具有生命力。

(6)进行10～50MPa强度范围的回归分析,得到的强度曲线在20～40MPa范围内与试块强度吻合较好,在10～20MPa范围内强度换算值略高于试块强度值,在40～50MPa范围内强度换算值略低于试块强度值。

(7)由于在10～20MPa之间的混凝土,在工程建设中占的比例越来越少,随着混凝土技术的迅速发展,40～50MPa的混凝土在工程建设中将占有较高的比重,因此建议在进行推算这个范围内的混凝土强度换算值时实行外加法或建立另外一种评定方法,以便更接近于工程实际。

膜和双层草袋覆盖洒水养护和保温,使混凝土内外温差控制在25℃以内。为掌握温度场的变化情况,加强了养护期间温度观测,1～20d内每4h测温1次;21～

30d内,每8h测温1次,发现问题及时处理。同时选择

加强混凝土振捣,以提高混凝土极限拉伸强度。

21214　控制入模温度

),采用井点降水抽施工正值夏季(平均气温30℃

出的15℃低温水拌制混凝土;粗细骨料在高温和日照时间洒水降温,以降低混凝土拌合物的温度,混凝土搅拌站就近设置,减少运输距离,快速薄层浇筑,控制入模温度小于22℃。

21215　适当增加温度配筋

高温天气,抓紧拆模,并立即回填土,以避免降温与干缩共同作用,导致应力累加。

3　结语

针对不同约束情况,对大直径灌注桩强约束采取分块、分层浇筑,设置后浇带;对岩石地基强约束采取设置滑动层、缓冲层等措施,来减少外约束应力,防止裂缝的发生,实践证明是有效和成功的。

参考文献:

[1]　江正荣.建筑施工计算手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2001.[2]　杨嗣信,侯君伟.高层建筑施工手册(第二版)[M].北京:中国

在基础截面变化大、孔洞转角及周边应力集中的薄弱部位,适当增加温度和构造配筋,以提高抗拉伸强度,控制裂缝的开展。

21216　加强养护和测温

混凝土浇筑后,基础四周立面和上表面用塑料薄

建筑工业出版社,2001.