1大体积混凝土的温度裂缝.ppt

第四章 高层建筑大体积混凝土施工 随着建（构）筑物体形不断增大，相应结构构件尺寸势必要增大。对于混凝土结构来说，当构件的体积或面积较大时在混凝土结构和构件内产生较大温度应力，如不采取特殊措施减小温度应力势必会导致混凝土开裂。温度裂缝的产生不单纯是施工方法问题，还涉及到结构设计、构造设计、材料选择、材料组成、约束条件及施工环境等诸多因素。 美国认证学会（ACI）5.1 导言定义：“任何就地浇筑的大体积混凝土，其尺寸之大，必须要求采取措施解决水化热及随之引起的体积变形问题，以最大限度地减少开裂。” 日本建筑学会标准（JASS5）的定义是：“结构断面最小尺寸在 80cm 以上，水化热引起混凝土内部的最高温度与外界气温之差预计超过 25℃的混凝土，称为大体积混凝土。” 我国现行行业标准 JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》的定义：“混凝土结构物实体最小尺寸等于或大于1m，或预计会因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。” 第一节 大体积混凝土的温度裂缝 混凝土是多种材料组成的非匀质材料，它具有较高的抗压强度、良好的耐久性及抗拉强度低、抗变形能力差、易开裂等特性。大体积混凝土由于截面大、水泥用量大，水泥水化释放的水化热会产生较大的温度变化，由于混凝土导热性能差，其外部的热量散失较快，而内部的热量不易散失，造成混凝土各个部位之间的温度差和温度应力，从而产生温度裂缝。 一、裂缝的种类 按照不同的标准，大体积混凝土可分为不同的类型。 按产生原因一般可分为荷载作用下的裂缝（约占10%）、变形作用下的裂缝（约占80%）、 耦合作用下的裂缝（约占10%）。 按裂缝有害程度分有害裂缝、无害裂缝两种。有害裂缝是裂缝宽度对建筑物的使用功能和耐久性有影响。通常裂缝宽度略超规定20%的为轻度有害裂缝，超规定50%的为中度有害裂缝，超规定100%的（指贯穿裂缝和纵深裂缝）为重度有害裂缝。 按裂缝出现时间分为早期裂缝（3～28天）、中期裂缝（28～180天）和晚期裂缝（180～720天，最终20年）。 按深度一般可分为表面裂缝、深层裂缝和贯穿裂缝三种，如图4-1所示。 二、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。一方面是混凝土由于内外温差产生应力和应变，另一方面是结构物的外约束和混凝土各质点的约束阻止了这种应变，一旦温度应力超过混凝土能承受的极限抗拉强度，就会产生不同程度的裂缝。总结大体积混凝土产生裂缝的工程实例，产生裂缝的主要原因如下： （一）水泥水化热的影响 水泥在水化过程中产生大量的热量，这是大体积混凝土内部温升的主要热量来源，如试验表明42.5# 硅酸盐水泥每克放出的热量可达 375 J左右。 由于大体积混凝土截面的厚度大，水化热聚集在结构内部不易散发，会引起混凝土内部急骤升温。水泥水化热引起的绝热温升，与混凝土厚度、单位体积水泥用量和水泥品种有关，混凝土厚度愈大，水泥用量愈多，水泥早期强度愈高，混凝土内部的温升愈快。 大体积混凝土测温试验研究表明：水泥水化热在1～3d放出的热量最多，大约占总热量的50％左右；混凝土浇筑后的3～5d内，混凝土内部的温度最高。 混凝土的导热性能较差，浇筑初期混凝土的弹性模量和强度都很低，对水化热急剧温升引起的变形约束不大，温度应力自然也比较小。 随着混凝土龄期的增长，其弹性模量和强度相应提高，对混凝土降温收缩变形的约束愈来愈强，即产生很大的温度应力，当混凝土的抗拉强度不足以抵抗该温度应力时，便产生温度裂缝。 （二）内外约束条件的影响 各种结构的变形变化中，必然受到一定的约束阻碍其自由变形，阻碍变形因素称为约束条件，约束又分为内约束与外约束。 结构产生变形变化时，不同结构之间产生的约束称为外约束，结构内部各质点之间产生的约束称为内约束，外约束分为自由体、全约束和弹性约束三种。 建筑工程中的大体积混凝土，相对水利工程来说体积并不算很大，它承受的温差和收缩主要是均匀温差和均匀收缩，故外约束应力占主要地位。 建筑或大型设备基础大体积混凝土与地基浇筑在一起，当温度变化时受到下部地基的限制，因而产生外部的约束应力。混凝土在早期温度上升时，产生的膨胀变形受到约束面的约束而产生压应力，此时混凝土的弹性模量很小，徐变和应力松弛大，混凝土与基层连接不太牢固，因而压应力较小。但当温度下降时，则产生较大的拉应力，若超过混凝土的抗拉强度，混凝土将会出现垂直裂缝。 在全约束条件下，混凝土结构的变形应是温差和混凝土线膨胀系数的乘积，即：，当ε超过混凝土