大体积混凝土结构裂缝控制的综合措施.pdf

第 “卷 第期建筑结构 “ “年月 大体积混凝土结构裂缝控制的综合措施 曹可之 （中南建筑设计院武汉 *9 * 8 4 ,7 * 3 1 9，7 . 3 * - 4 . / . , 90 1 , 8 3 - 0 3 4 1 ,7 * . 77； 在轻微腐蚀介质中， 裂缝允许宽度 为 “ 77； 在严重腐蚀介质中， 裂缝允许宽度为 ’ “ 77。但对建筑物的抗裂要求过严， 必将付出 巨大的经济代价。科学的要求是将其有害程度控制在 允许范围之内。 根据国内外的调查资料， 工程实践中结构物的裂 缝原因， 属于由变形变化 （温度、 湿度、 地基变形） 引起 的约占 以上， 属于荷载引起的约占“ 左右。在 大体积混凝土工程施工中， 由于水泥水化热引起混凝 土浇筑内部温度和温度应力剧烈变化， 从而导致混凝 土发生裂缝。因此， 控制混凝土浇筑块体因水化热引 起的温升、 混凝土浇筑块体的内外温差及降温速度， 防 止混凝土出现有害的温度裂缝 （包括混凝土收缩） 是其 施工技术的关键问题。我国的工程技术人员在科学实 验的基础上， 以防为主， 采用了温控施工技术， 在大体 积混凝土结构的设计、 混凝土材料的选择、 配合比设 计、 拌制、 运输、 浇筑、 保温养护及施工过程中混凝土浇 筑内部温度和温度应力的监测等环节， 采取了一系列 的技术措施， 成功地完成了我国许多钢铁企业和工业 民用建筑、 高层建筑的大体积混凝土工程的施工， 取得 了丰富的施工经验。 二、 裂缝控制的设计措施 ’ 大体积混凝土的强度等级宜在 “ 范围 内选用， 利用后期强度A B 。随着高层和超高层建筑 物不断出现， 大体积混凝土的强度等级日趋增高， 出现 等高强混凝土， 设计强度过高， 水泥用量过 大， 必然造成混凝土水化热过高， 混凝土块体内部温度 高， 混凝土内外温差超过 C以上， 温度应力容易超 过混凝土的抗拉强度， 产生开裂。竖向受力结构可以 用高强混凝土减小截面， 而对于大体积混凝土底板应 在满足抗弯及抗冲切计算要求下， 采用 “ 的 混凝土， 避免设计上 “强度越高越好” 的错误概念。 考虑到建设周期长的特点， 在保证基础有足够强 度、 满足使用要求的前提下， 可以利用混凝土B 9或 D 9的后期强度， 这样可以减少混凝土中的水泥用量， 以降低混凝土浇筑块体的温度升高。 “ 大体积混凝土基础除应满足承载力和构造要 求外， 还应增配承受因水泥水化热引起的温度应力及 控制裂缝开展的钢筋， 以构造钢筋来控制裂缝， 配筋应 尽可能采用小直径、 小间距。采用直径’ 77的钢 筋和’ ’ 77间距是比较合理的。全截面的配筋 率不小于 ， 应在 之间。 当基础设置于岩石地基上时， 宜在混凝土垫层 上设置滑动层， 滑动层构造可采用一毡二油， 在夏季施 工时也可采用一毡一油。 避免结构突变 （或断面突变） 产生应力集中。 转角和孔洞处增设构造加强筋。 大块式基础及其他筏式、 箱式基础不应设置永 久变形缝 （沉降缝、 温度伸缩缝） 及竖向施工缝。可采 用 “后浇缝” 和 “跳仓打” 来控制施工期间的较大温差及 收缩应力。 “大体积混凝土工程施工前， 应对施工阶段大体 积混凝土浇筑块体的温度、 温度应力及收缩力进行验 算， 确定施工阶段大体积混凝土浇筑块体的升温峰值、 内外温差 （不超过 ，上海地区深基础施工指南 规定不超过 ’。实际操作时， 严者为 ， 松者为 ’） 及降温速度 （不超过 “ ／） 的控制指标， 制订 温控施工的技术措施。 * “以预防为主。在设计阶段就应考虑到可能漏 水的内排水措施， 以及施工后的经济可靠的堵漏方法。 三、 裂缝控制的材料措施 “为了减少水泥用量， 降低混凝土浇筑块体的温 度升高， 经设计单位同意， 可利用混凝土 ’ 后期强度 作为混凝土强度评定、 工程交工验收及混凝土配合比 设计的依据。 “采用降低水泥用量的方法来降低混凝土的绝 对温升值， 可以使混凝土浇筑后的内外温差和降温速 度控制的难度降低， 也可降低保温养护的费用， 这是大 体积混凝土配合比选择的特殊性。强度等级在 ’ 的范围内选用， 水泥用量最好不超过 , ’ - . ／/ 。 “应优先采用水化热低的矿渣水泥配制大体积 混凝土。所用的水泥应进行水化热测定， 水泥水化热 测定按现行国家标准 水泥水化热试验方法 （直接法） 测定， 要求配制混凝土所用水泥* 的水化热不大于 ’ - 0 ／ - . 。 1 “采用1 ’ //颗粒级配的石子， 控制含泥量 小于 “ 2。 “采用中、 粗砂， 控制含泥量小于 “ 2。 “掺合料及外加剂的使用。国内当前用的掺合 料主要是粉煤灰， 可以提高混凝土的和易性， 大大改善 混凝土工作性能和可靠性， 同时可代替水泥， 降低水化 热。掺加量为水泥用量的 2， 降低水化热 2左 右。外加剂主要指减水剂、 缓凝剂和膨胀剂。混凝土 中掺入水泥重量’ “ 2的木钙减水剂， 不仅使混凝土 工作性能有了明显的改善， 同时又减少 ’2拌和用 水， 节约 ’2左右的水泥， 从而降低了水化热。一般 泵送混凝土为了延缓凝结时间， 要加缓凝剂， 反之凝结 时间过早， 将影响混凝土浇筑面的粘结， 易出现层间缝 隙， 使混凝土防水、 抗裂和整体强度下降。为了防止混 凝土的初始裂缝， 宜加膨胀剂。国内常用的膨胀剂有 3 4 5，4 5 6、 特密斯等型号。 四、 裂缝控制的施工措施 “混凝土的浇筑方法可用分层连续浇筑或推移 式连续浇筑， 不得留施工缝， 并应符合下列规定 （） 混凝土的摊铺厚度应根据所用振捣器的作用 深度及混凝土的和易性确定， 当采用泵送混凝土时， 混 凝土的摊铺厚度不大于 ’ ’ //； 当采用非泵送混凝土 时， 混凝土的摊铺厚度不大于1 ’ ’ //。 （） 分层连续浇筑或推移式连续浇筑， 其层间的间 隔时间应尽量缩短， 必须在前层混凝土初凝之前， 将其 次层混凝土浇筑完毕。层间最长的时间间隔不大于混 凝土的初凝时间。当层间间隔时间超过混凝土的初凝 时间， 层面应按施工缝处理。 “大体积混凝土施工采取分层浇筑混凝土时， 水 平施工缝的处理应符合下列规定 ） 清除浇筑表面的 浮浆、 软弱混凝土层及松动的石子， 并均匀露出粗骨 料； ） 在上层混凝土浇筑前， 应用压力水冲洗混凝土表 面的污物， 充分湿润， 但不得有水； ） 对非泵送及低流 动度混凝土， 在浇筑上层混凝土时， 应采取接浆措施。 “混凝土的拌制、 运输必须满足连续浇筑施工以 及尽量降低混凝土出罐温度等方面的要求， 并应符合 下列规定 ） 当炎热季节浇筑大体积混凝土时， 混凝土 搅拌场站宜对砂、 石骨料采取遮阳、 降温措施； ） 当采 用泵送混凝土施工时， 混凝土的运输宜采用混凝土搅 拌运输车， 混凝土搅拌运输车的数量应满足混凝土连 续浇筑的要求。 1 “在混凝土浇筑过程中， 应及时清除混凝土表面 的泌水。泵送混凝土的水灰比一般较大， 泌水现象也 较严重， 不及时清除， 将会降低结构混凝土的质量。 “混凝土浇筑完毕后， 应及时按温控技术措施的 要求进行保温养护， 并应符合下列规定 ） 保温养护措 施， 应使混凝土浇筑块体的里外温差及降温速度满足 温控指标的要求； ） 保温养护的持续时间， 应根据温度 应力 （包括混凝土收缩产生的应力） 加以控制、 确定， 但 不得少于 ， 保温覆盖层的拆除应分层逐步进行； ） 在保温养护过程中， 应保持混凝土表面的湿润。 保温养护是大体积混凝土施工的关键环节， 其目 的主要是降低大体积混凝土浇筑块体的内外温差值以 降低混凝土块体的自约束应力； 其次是降低大体积混 凝土浇筑块体的降温速度， 充分利用混凝土的抗拉强 度， 以提高混凝土块体承受外约束应力的抗裂能力， 达 到防止或控制温度裂缝的目的。同时， 在养护过程中 保持良好的湿度和抗风条件， 使混凝土在良好的环境 下养护。施工人员需根据事先确定的温控指标的要 求， 来确定大体积混凝土浇筑后的养护措施。 “塑料薄膜、 草袋可作为保温材料覆盖混凝土和 模板， 在寒冷季节可搭设挡风保温棚。覆盖层的厚度 应根据温控指标的要求计算。 * “对标高位于7’ “ ’以下的部位， 应及时回填土； 7’ “ ’以上的部位应及时加以覆盖， 不宜长期暴露在 风吹日晒的环境中。 “在大体积混凝土拆模后， 应采取预防寒潮袭 击、 突然降温和剧烈干燥等措施。 五、 大体积混凝土的温控施工现场监测工作 “大体积混凝土的温控施工中， 除应进行水泥水 化热的测定外， 在混凝土浇筑过程中还应进行混凝土 浇筑温度的监测， 在养护过程中应进行混凝土浇筑块 体升降温、 内外温差、 降温速度及环境温度等监测。监 测的规模可根据所施工工程的重要性和施工经验确 定， 测温的方法可采用先进的测温方法， 如有经验也可 采用简易测温方法。这些监测结果能及时反馈现场大 体积混凝土浇筑块内温度变化的实际情况， 以及所采 用的施工技术措施的效果， 为工程技术人员及时采取 温控对策提供科学依据。 “混凝土的浇筑温度系指混凝土振捣后， 位于混 凝土上表面以下 ’’深处的温度。混凝土浇 筑温度的测试每工作班 （ ） 应不少于次。 “大体积混凝土浇筑块体内外温差、 降温速度及 环境温度的测试， 每昼夜应不少于次。 * “大体积混凝土浇筑块体温度监测点的布置， 以 能真实反映出混凝土块体的内外温差、 降温速度及环 境温度为原则， 一般可按下列方式布置 ） 温度监测的 布置范围以所选混凝土浇筑块体平面图对称轴线的半 条轴线为测温区 （对长方体可取较短的对称轴线） ， 在 测温区内温度测点呈平面布置； ） 在测温区内， 温度监 测的位置可根据混凝土浇筑块体内温度场的分布情况 及温控的要求确定； ） 在基础平面半条对称轴线上， 温 度监测点的点位宜不少于*处； *） 沿混凝土浇筑块体 厚度方向， 每一点位的测点数量， 宜不少于点； ） 保 温养护效果及环境温度监测点数量应根据具体需要确 定； ） 混凝土浇筑块体底表面的温度， 应以混凝土浇筑 块体底表面以上 ’’处的温度为准； ,） 混凝土浇筑 块体的外表温度， 应以混凝土外表以内 ’’处温度 为准。 “测温元件的选择应符合下列规定 测温元件的 测温误差应不大于 “ -； 测温元件安装前， 必须在浸 水 * 后， 按上述的要求进行筛选。 “监测仪表的选择应符合下列规定 温度记录的 误差应不大于.-； 测温仪表的性能和质量应保证施 工阶段测试的要求。 , “测温元件的安装及保护应符合下列规定） 测 温元件安装位置应准确， 固定牢固， 并与结构钢筋及固 定架金属体绝热； ） 测温元件的引出线应集中布置， 并 加以保护； ） 混凝土浇筑过程中， 下料时不得直接冲击 测温元件及其引出线， 振捣时， 振捣器不得触及测温元 件及其引出线。 参考文献 “王铁梦/工程结构裂缝控制/中国建筑工业出版社， 0 0 ,/ “块体基础大体积混凝土施工技术规程 （1 2 3 *0 ）/ （上接第 页） 于是短肢剪力墙应满足的条件为 4 ， 即 “ 4 “ 5 也可表达为 （ 6 7 7） （ 7） 67 （ 6） ［ （’ ） 6］ 7 6 “ （） 令 *8 5，“8 6 ， 8 7 可得短肢剪力墙的肢高厚比应满足下式 “［］ （,） 其中 ［］ ［“ *（“） ］ （* “*） ［“ （“*）*（“） ］ （*“*） “ *（“） （*“*） （） 式 （） 还可近似表达为 ［］ “ *“ （） * （ *） （0） 用式 （0） 代替式 （） 的误差很小。为方便， 依据式 （0） ， 并结合目前我国的隔墙大多采用 0 ’’空心砌块， 取 78/ ’制成了短肢剪力墙肢高厚比最小值 ［］ 的 表格， 见表。 由表可以看出短肢剪力墙的最小肢高厚比大多 集中在到之间， 这与 高层建筑混凝土结构技术规 程（征求意见稿） 中关于短肢剪力墙的规定是基本一 致的。选定了短肢剪力墙墙肢的截面高度， 就可算出 墙肢间的洞口宽度’ 85 （,9） 7。 此项研究工作得到中国工程院院士容柏生总工程 师的指导， 在此表示感谢。 参考文献 “程文堃等/短肢剪力墙的设计与研究， 建筑结构， ， （,）/ “中国建筑科学研究院建筑结构研究所/高层建筑结构设计/科学 出版社， 0 / “包世华， 方鄂华/高层建筑结构设计/清华大学出版社， 0 /