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大体积砼防裂和温度控制方面问题的知识

信息来源:hunningtu.biz  时间:2009-11-05  浏览次数:97

  在建筑施工中常碰到大体积砼,为帮助项目部施工技术人员学习了解大体积砼防裂和温度控制方面的问题,加强施工技术方面的交流,本人根据自己的认识所及,参考了一些相关书籍,文章以问答的形式,先提出问题,再用通俗的语言和科学道理解答,问题解答也侧重于技术要领和做法,主要从实际出发,以实用为主,所提出的问题都是实际施工中常碰到的,目的是使项目部施工技术人员既知道大体积应该如何控制质量,又懂得为什么要进行防裂和温度控制的道理。
  遇到对大体积砼防裂和温度控制方面问题不懂的地方,大家可带着问题翻阅,从中找到答案,增长学识,相信对提高实际工作能力有所帮助。
  1、大体积砼的定义
  大体积砼指的是最小断面尺寸大于1m以上的砼结构,其尺寸已经大到必须采用相应的技术措施妥善处理温度差值,合理解决温度应力并控制裂缝开展的砼结构。(该定义摘录自建筑施工手册 缩印版第二版 建筑施工手册第三版编写组 1999年1月第二版 中国建筑工业出版社)
  大体积混凝土与普通混凝土的区别表面上看是厚度不同,但其实质的区别是由于混凝土中水泥水化要产生热量,大体积混凝土内部的热量不如表面的热量散失得快,造成内外温差过大,其所产生的温度应力可能会使混凝土开裂。因此判断是否属于大体积混凝土既要考虑厚度这一因素,又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素,比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的混凝土的温升值与环境温度的差值大小来判别,一般来说,当其差值小于25℃时,其所产生的温度应力将会小于混凝土本身的抗拉强度,不会造成混凝土的开裂,当差值大于25℃时,其所产生的温度应力有可能大于混凝土本身的抗拉强度,造成混凝土的开裂,此时就可判定该混凝土属大体积混凝土。(摘录自《地下工程防水技术规范》gb50108-2001)
  高层建筑的箱形基础或片筏基础都有厚度较大的钢筋砼底板,高层建筑的桩基础则常有厚大的承台,这些基础底板和桩基承台均属大体积钢筋砼结构。还有较常见的一些厚大结构转换层楼板和大梁也属大体积钢筋砼结构。
  2、大体积砼与普通砼的区别
  不能以截面尺寸来简单判断是否大体积砼,实际施工中,有些砼厚度达到1m,但也不属于大体积砼的范畴,有些砼虽然厚度未达到1m,但水化热却较大,不按大体积砼的技术标准施工,也会造成结构裂缝。
  大体积砼与普通砼的区别表面上看是厚度不同,但其实质的区别是由于砼中水泥水化要产生热量,大体积砼内部的热量不如表面的热量散失得快,造成内外温差过大,其所产生的温度应力可能会使砼开裂。因此判断是否属于大体积砼既要考虑厚度这一因素,又要考虑水泥品种、强度等级、每立方米水泥用量等因素,比较准确的方法是通过计算水泥水化热所引起的砼的温升值与环境温度的差值大小来判别,一般来说,当其差值小于25℃时,其所产生的温度应力将会小于砼本身的抗拉强度,不会造成砼的开裂,当差值大于25℃时,其所产生的温度应力在可能大于砼本身的抗拉强度,造成砼的开裂,此时就可判定该砼属大体积砼,并应按条文中规定的措施进行施工,以确保砼不致开裂,造成工程渗漏水的隐患。
  3、大体积砼是否允许有裂缝?
  大体积砼由于其水化热产生温差形成温差应力,表面裂缝容易产生,这些裂缝对于结构正常使用一般不会有影响。但是,目前工程实践中普遍采用大体积砼不允许裂缝的标准,导致保养和温度控制措施复杂,额外费用较大。
  4、现行规范规程中有关大体积砼的条文有哪些及其具体内容?
  《混凝土结构工程施工质量验收规范》gb50204—2002:
  7.4.7条注:5对大体积混凝土的养护,应根据气候条件按施工技术方案采取控温措施。
  《高层建筑混凝土结构技术规程》jgj3—2002中:
  13.7.11条 基础大体积混凝土施工应合理选择混凝土配合比,宜选用水化热低的水泥、掺入适当的粉煤灰和外加剂、控制水泥用量,并应作好养护和温度测量。混凝土内部温度与表面温度的差值、混凝土外表面和环境温度差值均不应超过25℃。
  《地下工程防水技术规范》gb50108—2001:
  4.1.23条 大体积防水混凝土的施工,应采取以下措施:
  1 在设计许可的情况下,采用混凝土60d强度作为设计强度;
  2 采用低热或中热水泥,掺加粉煤灰、磨细矿渣粉等掺合料;
  3 掺入减水剂、缓凝剂、膨胀剂等外加剂;
  4 在炎热季节施工时,采取降低原材料温度、减少混凝土运输时吸收外界热量等降温措施;
  5 混凝土内部预埋管道,进行水冷散热;
  6 采取保温保湿养护。混凝土中心温度与表面温度的差值不应大于25℃,混凝土表面温度与大气温度的差值不应大于25℃。养护时间不应少于14d。
  《混凝土结构工程施工及验收规范》gb50204—92(2002年4月1日废止):
  第4.4.17条 大体积混凝土的浇筑应合理分段分层进行,使混凝土沿高度均匀上升;浇筑应在室外气温较低时进行,混凝土浇筑温度不宜超过28℃。
  注:混凝土浇筑温度系指混凝土振捣后,在混凝土50㎜~100㎜深处的温度。
  第4.5.3条 对大体积混凝土的养护,应根据气候条件采取控温措施,并按需要测定浇筑后的混凝土表面和内部温度,将温差控制在设计要求的范围以内;当设计无具体要求时,温度不宜超过25℃。
  5、浇筑温度问题
  浇筑温度是指砼出罐后,经运输、振捣后的温度。《混凝土结构工程施工及验收规范》gb50204—92对浇筑温度作了规定:“不宜超过28℃”。此规定没有考虑到全国地方差异,例如上海、南京、武汉等我国南方地区高温季节施工大体积砼,若不采取特殊措施是很难达到这一要求的,若采取措施就得花较大的费用。那么浇筑温度超过28℃是否一定开裂呢?江苏常州某些工程浇筑温度达到35℃,由于保温降温措施得力,也没有出现温差裂缝。南京。上海、武汉等地的某些大体积砼工程浇筑温度超过28℃,个别工程达到41℃,也没有出现危害结构安全和影响使用功能问题。因此,在《混凝土结构工程施工质量验收规范》gb50204—2002中,对于浇筑温度无不宜超过28℃的限制。
  控制浇筑温度是有好处的,要降低浇筑温度必须从降低砼出机温度入手,其目的是降低大体积砼的总温升值和减小结构的内外温差。降低砼出机温度最有效的方法是降低石子的温度,由于夏季气温较高,为防止太阳的直接照射,可要求商品砼供应商在砂、石堆场搭设简易遮阳装置,必要时向骨料喷射水雾或使用前作淋水冲洗。在控制砼的浇筑温度方面,通过计算砼的工程量,做到合理安排施工流程及机械配置,调整浇筑时间为以夜间浇筑为主,少在白天进行,以免因暴晒而影响质量。
  6、降温速率问题
  大体积砼的温度变化曲线一般如图所示。先是一个升温过程,升到最高点后就慢慢降温,升温的速度要比降温的速度大。
  那么大体积砼何时达到最高点呢?主要决定于配合比、几何尺寸、现场条件等因素,根据工程统计,一般的大体积砼浇筑后3~4d出现最高点。
  国家规范对于温度控制有前述规定,但对于降温速率未提出明确要求。如大体积砼升温时内表温差过大,会造成表面裂缝;那么降温速率过快,会造成贯穿性冷缩缝,也是绝对不允许的。
  理论上,任何材料的允许温差与材料的极限值有关。对于大体积砼而言,如果降温过快,虽然内表温差仍然控制在规范要求之内,但由于砼内部温差过大,温差应力达到砼的极限抗拉强度时,理论上就会出现裂缝,而且此裂缝出现在大体积砼的内部,如果相差过大,就会出现贯穿裂缝,影响结构使用,因此,降温速率的快慢直接关系到大体积砼内部拉应力的发展。
  那么,降温速率到底取多大值呢?理论上要求温差应力必须小于同一时间的砼抗拉极限强度。目前有的工程采用降温速率取2~3℃/d,跟踪后也未见贯穿裂缝,但是对于大多数施工单位来说,由于没有全面可靠的数据资料,为安全起见仍采用≤1~1.5℃/d。
  砼养护可遵循降温速率“前期大后期小”的原则。因养护前期砼处于升温阶段,弹性模量、温度应力较小,而抗拉强度增长较快,在保证砼表面湿润的基础上应尽量少覆盖,让其充分散热,以降低砼的温度,亦即养护前期砼降温速率可稍大。养护后期砼处于降温阶段,弹性棋量增加较快,温度应力较大,应加强保温,控制降温速率。
  7、大体积砼裂缝产生的原因?
  (1)水泥水化热
  水泥在水化过程中要产生大量的热量,是大体积砼内部热量的主要来源。由于大体积砼截面厚度大,水化热聚集在结构内部不易散失,使砼内部的温度升高。砼内部的最高温度,大多发生在浇筑后的3~5d,当砼的内部与表面温差过大时,就会产生温度应力和温度变形。温度应力与温差成比,温差越大,温度应力也越大。当砼的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时,便开始产生温度裂缝。这就是大体积砼容易产生裂缝的主要原因。
  (2)约束条件
  大体积钢筋砼与地基浇筑在一起,当早期温度上升时产生的膨胀变形受到下部地基的约束而形成压应力。由于砼的弹性模量小,徐变和应力松驰度大,使砼与地基连接不牢固,因而压应力较小。但当温度下降时,产生较大的拉应力,若超过砼的抗拉强度,砼就会出现垂直裂缝。
  (3)外界气温变化
  大体积砼在施工期间,外界气温的变化对大体积砼的开裂有重大影响。砼内部温度是由浇筑温度、水泥水化热的绝热温度和砼的散热温度三者的叠加。外界温度越高,砼的浇筑温度也越高。外界温度下降,尤其是骤降,大大增加外层砼与砼内部的温度梯度,产生温差应力,造成大体积砼出现裂缝。因此控制砼表面温度与外界气温温差,也是防止裂缝的重要一环。
  (4)砼的收缩变形
  砼的拌合水中,只有约20%的水分是水泥水化所必需的,其余80%要被蒸发。砼中多余水分的蒸发是引起砼体积收缩的主要原因之一。这种收缩变形不受约束条件的影响,若存在约束,就会产生收缩应力而出现裂缝。
  8、大体积砼温度控制的方法?
  大体积砼养护时的温度控制一般有两种方法:一种是降温法,即在砼浇筑成型后,通过循环冷却水降温,从结构物的内部进行温度控制;另一种是保温法,即砼浇筑成型后,通过保温材料、碘钨灯或定时喷浇热水、蓄存热水等办法,提高砼表面及四周散热面的温度,从结构物的外部进行温度控制。保温法基本原理是利用砼的初始温度加上水泥水化热的温升,在缓慢的散热过程中(通过人为控制),使砼获得必要的强度。
  9、大体积砼采用保温、保湿养护的作用?
  大体积砼养护主要是保持适宜的温度和湿度条件。保温养护作用:1、减少砼表面的热扩散,减小砼表面的温度梯度,防止产生表面裂缝。2、延长散热时间,充分发挥砼的潜力和材料的松弛特性。使砼的平均总温差所产生的拉应力小于砼抗拉强度,防止产生贯穿裂缝。保湿养护的作用:1、刚浇筑不久的砼,尚处于凝固硬化阶段,水化的速度较快,适宜的潮湿条件可防止砼表面脱水而产生干缩裂缝。2、砼在潮湿条件下,可使水泥的水化作用顺利进行,提高砼的极限拉伸强度。
  防水混凝土的养护是至关重要的。在浇灌后,如混凝土养护不及时,混凝土内水分将迅速蒸发,使水泥水化不完全。而水分蒸发造成毛细管网彼此连通,形成渗水通道;同时混凝土收缩增大,出现龟裂,使混凝土抗渗性急剧下降,甚至完全丧失抗渗能力。若养护及时,防水混凝土在潮湿的环境中或水中硬化,能使混凝土内的游离水分蒸发缓慢,水泥水化充分,水泥水化生成物堵塞毛细孔隙,因而形成不连通的毛细孔,提高了混凝土的抗渗性。
  10、砼测温点的布置、测温时间频率、测温工具的选用
  为了掌握大体积砼的温升和降温的变化规律,以及各种材料在各种条件下的温度影响,需要对砼进行温度监测控制。
  (1)测温点的布置——必须具有代表性和可比性。沿浇筑的高度,应布置在底部、中部和表面,垂直测点间距一般为500~800㎜;平面则应布置在边缘与中间,平面测点间距一般为2.5~5m。当使用热电偶温度计时,其插入深度可按实际需要和具体情况而定,一般应不小于热电偶外径的6~10倍,测温点的布置,距边角和表面应大于50㎜。
  采用预留测温孔洞方法测温时,一个测温孔只能反映一个点的数据。不应采取通过沿孔洞高度变动温度计的方法来测竖孔中不同高度位置的温度。
  (2)测温制度——在砼温度上升阶段每2~4h测一次,温度下降阶段每8h测一次,同时应测大气温度。
  所有测温孔均应编号,进行砼内部不同深度和表面温度的测量。
  测温工作应由经过培训、责任心强的专人进行。测温记录,应交技术负责人阅签,并作为对砼施工和质量的控制依据。
  (3)测温工具的选用——为了及时控制砼内外两个温差,以及校验计算值与实测值的差别,随时掌握砼温度动态,宜采用热电偶或半导体液晶显示温度计。采用热偶测温时,还应配合普通温度计,以便进行校验。
  在测温过程中,当发现温度差超过25℃时,应及时加强保温或延缓拆除保温材料,以防止砼产生温差应力和裂缝。
  (摘录自《高层建筑施工手册》 主编杨嗣信 中国建筑工业出版社 1992年12月第一版)
  11、大体积砼施工时防止裂缝产生的有关技术措施?
  大体积砼施工时,一是要尽量减少水泥水化热,推迟放热高峰出现的时间,如采用60d龄期的砼强度作为设计强度(此点必须征得设计单位的同意),以降低水泥用量;掺粉煤灰可替代部分水泥,既可降低水泥用量,且由于粉煤灰的水化反应较慢,可推迟放热高峰的出现时间;掺外加剂也可达到减少水泥、水的用量,推迟放热高峰的出现时间;夏季施工时采用冰水拌和、砂石料场遮阳、砼输送管道全程覆盖洒冷水等措施可降低砼的出机和入模温度。以上这些措施可减少砼硬化过程中的温度应力值。二是进行保温保湿养护,养护时间不应少于14d,使砼硬化过程中产生的温差应力小于砼本身的抗拉强度,从而可避免砼产生贯穿性的有害裂缝。三是采用分层分段法浇筑砼,分层振捣密实以使砼的水化热能尽快散失。还可采用二次振捣的方法,增加砼的密实度,提高抗裂能力,使上下两层砼在初凝前结合良好。四是做好测温工作,随时控制砼内的温度变化,及时调整保温及养护措施,使混凝土中心温度与表面温度的差值、混凝土表面与大气温度差值均不应超过25℃。
  12、基础底板测温孔测完温度后如何处理?
  基础底板测温孔测完温度后,每一孔都是一个薄弱部位,处理不好就很容易从孔处渗漏,因此每一个孔都必须采用堵漏灵或防水宝之类防水材料仔细填实。
  13、拆除保温层条件及测温结束时间?
  拆除保温层条件和测温结束时间:以砼温度下降,砼中心温度与表面温度差小于20℃,且表面温度与大气温度差小于20℃,逐层拆除。
  测温的延续时间与结构的厚度及重要程度有关,对厚度较大(2m以上)和重要工程,测温延续时间不宜小于15d,最好积累28d的温度记录,以便与试块强度一起,作为温度应力分析时参考;对厚度较小和一般工程,测温延续时间可为9~12d,测温时间过短,达不到温度控制和监测的目的。
  14、关于测温记录整理与分析
  砼测温记录必须及时整理,根据测温结果,绘制砼时间——温度变化曲线,提出分析意见或结论,供今后类似工程参考。
  15、介绍一种大体积混凝土的简易测温法
  摘录自《钢筋混凝土工程技术》 《建筑工人》工人杂志编辑部编 1998年8月第一版
  大体积混凝土的简易测温法,只需要采用较简单的设备,就能直观地测得混凝土内部温度,而且精确度高,花费少。具体做法如下:
  使用φ48的脚手架钢管或其他无缝钢管,管壁厚度以2㎜为宜,内径为30~50㎜。按量取所需长度截断,其一端用比钢管外径大10㎜的圆钢板焊牢密闭,使其不能渗水,见图1。
  焊接好的钢管呈正三角形,布置于绑扎好的底板钢筋网架上,并焊牢,再用橡皮套管套于距钢管底部50㎜处,管两端用铁丝扎牢,确保水不能渗入管内。钢管口用木块塞好。见图2、3、4。图2中a、b、c为钢管平面布置点,两点间距为600㎜;图3中上管底距混凝土板面150㎜,中管底距板底为1/2板厚,下管底距板底面150㎜。
  混凝土浇筑后,即向钢管中装入自来水,每隔一定时间用棒式温度计伸入管中,即可知该钢管下部混凝土温度。将不同深度管中所测温度相比较,即能得知该处混凝土上下点的温差。从而能控制混凝土养护温度,确保底板混凝土工程质量。
  另附对上述简易测温法的补充说明:
  为保证棒式温度计的测温精度,应注意以下几点:1、测温管的埋设长度宜比需测点深50~100㎜,测温管必须加塞,防止外界气温影响。2、测温管内应灌水,灌水深度为100~150㎜;若孔内灌满水,所测得的温度接近管全长范围的平均温度3、棒式温度计读数时要快,特别在混凝土温度与气温相差较大和用酒精温度计测温时更应注意。4、采用预留测温孔洞方法测温时,一个测温孔只能反映一个点的数据。不应采取通过沿孔洞高度变动温度计的方法来测竖孔中不同高度位置的温度。主要量测2个温差,一是砼中心与表面的温差,可通过同一测温点的2支不同长度测温管进行量测;二是砼表面与大气的温差,可用短的测温管与空气中的温度对比而获得。要控制以上2个温差≯25℃,因大气温度与砼的中心温度是无法调节的,故我们只能通过覆盖或收起砼表面塑料薄膜来调节其表面温度以达到调节温差的目的,由于塑料薄膜的保温效果非常明显,故要根据测得的温度及时进行调节。
  16、转换层的大体积砼施工与基础大体积砼施工有什么区别?
  主要区别如下:
  砼收缩的外在约束不同,基础大体积砼与地坪或垫层连在一起,这样约束较大(有时可通过柔性分隔相对减少),而转换层只有柱对它有较少的约束。
  砼的环境温度不同,空中转换层由于没有地基的围护而需解决底模、侧模的保温问题。
  多数地下大体积砼为抗渗防水砼,较难采用矿渣水泥,而空中转换层则不受限制,转换层还需解决竖向荷载的支撑问题。

    ——本信息真实性未经中国混凝土网证实,仅供您参考