大体积混凝土施工技术研究初稿.docx

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大体积混凝土施工技术研究初稿

编号：

中国农业大学现代远程教育

毕业论文（设计）

论文题目：

大体积混凝土施工技术研究

学生

指导教师

专业土木工程（工程管理方向）

层次专升本

批次

学号

学习中心

工作单位

2012年8月

中国农业大学网络教育学院制

独创性声明

本人声明所呈交的毕业论文（设计）是我个人进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文（设计）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在毕业论文（设计）中作了明确的说明并表示了谢意。

学生签名：

时间：

2012年8月5日

关于论文（设计）使用授权的说明

本人完全了解《中国农业大学网络教育学院本、专科毕业论文（设计）工作条例（暂行规定）》对：

“成绩为优秀毕业论文（设计），网络教育学院将有权选取部分论文（设计）全文汇编成集或者在网上公开发布。

如因著作权发生纠纷，由学生本人负责”完全认可，并同意中国农业大学网络教育学院可以以不同方式在不同媒体上发表、传播毕业论文（设计）的全部或部分内容。

中国农业大学网络教育学院有权保留送交论文（设计）的复印件和磁盘，允许论文（设计）被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编论文（设计）。

[保密的毕业论文（设计）在解密后应遵守此协议]

学生签名：

时间：

2012年8月5日

密级：

（请注明密级及保密期限）

摘要

大体积混凝土在建筑工程中得到了广泛的应用，在现代工程建设中，占有重要地位，工业与民用建筑中对大体积混凝土的需求越来越多，同时对其质量要求也越来越高。

大体积混凝土的施工技术也不断地进行提高。

目前在大体积施工过程之中最容易出现的质量通病就是结构的裂缝，结构裂缝给工程质量造成严重影响。

而结构的裂缝最主要的原因是因为水泥水化热产生的温度应力超过了混凝土的抗拉强度所造成的。

本文通过对大体积混凝土结构裂缝产生原因的分析，总结出对混凝土施工温度的控制措施，从而达到控制温度应力，避免结构裂缝的目的。

同时本文对大体积混凝土施工工艺进行了探讨研究，对大体积混凝土后浇带的设计、施工和大体积混凝土冬期施工的防冻和防裂进行了论述，总结出安全可靠的技术措施，通过工程实例验证，取得了较好的施工效果，为大体积混凝土施工积累了资料。

关键词：

大体积混凝土裂缝温度

目录

1、前言1

1.1研究背景1

1.2国内外研究现状1

1.3研究目的和意义1

2、大体积混凝土概述2

3．大体积混凝土结构裂缝产生的机理原因2

3.1裂缝种类及成因2

3.2大体积混凝土温度裂缝的产生原理3

4．大体积混凝土温度裂缝控制4

4.1控制混凝土温升+4

4.2加强混凝土的保温和养护5

4.3加强混凝土的温度监测工作6

结论7

后记7

参考文献8

1、前言

1.1研究背景

大体积混凝土中产生裂缝有多种原因，主要是温度和湿度的变化，混凝土的脆性和不均匀性，以及结构不合理，材料不合格，模板变形，基础不均匀沉降等。

混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。

后期在降温过程中受到基础或老混凝土的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。

气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力。

当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时，即会出现裂缝。

许多混凝土的内部湿度变化很小或变化较慢，但表面湿度可能变化较大或发生剧烈变化，表面干缩变形受到内部混凝土的约束也往往会导致裂缝。

大体积混凝土中产生裂缝对结构的整体性和耐久性有显著的不可忽视的影响。

1.2国内外研究现状

大体积混凝土的界定，各国不尽相同。

美国混凝土学会规定：

“任何现浇大体积混凝土，其尺寸大，必须要求采取措施解决温度等随之引起的体积变形问题，以最大限度减少开裂”。

日本建筑学会规定：

“结构断面最小厚度在80cm以上，同时水化热等引起的混凝提内部的最高温度与外界气温之差，预计超过25摄氏度的混凝土。

”我国工程界一般认为当混凝土结构断面尺寸大于1m时，就称为大体积混凝土。

随着社会的发展，现代城市化建设步伐越来越快，城市的规模不断加大，人口基数也不断加大，房屋建设逐渐成为社会经济发展的重要组成部分。

混凝土在现代工程建设中占有相当重要的地位，而在今天，工程中混凝土的裂缝较为普遍，尽管在施工中采取各种措施，但裂缝问题仍时有出现。

1.3研究目的和意义

说到房屋建设，我们首先想到的就是房屋结构，但是不论对于房屋建设者还是对于房屋结构来说，要面对的首先是房屋建设的质量、规模等等问题。

再者，在房屋建设中钢筋混泥土是整个建设的重中之重。

钢筋混凝土在房屋的稳定和一些特定的性能上起了决定的作用，比如房屋防震、防水、防潮等等。

因此在施工中钢筋混凝土的施工将是重中之重。

如何有效地避免施工过程中出现各种各样的质量问题等现象，杜绝钢筋混凝土夹碴、不均匀的质量弊病，发生施工质量问题后如何恰如其分地处理以保证整个工程的质量是工程界一直在研究而又未能彻底解决的问题，因此要正确掌钢筋混凝土的施工工艺。

培养我们了的综合能力，同时提高了实践的能力。

2、大体积混凝土概述　　

大体积混凝土结构的截面尺寸较大，裂缝一般在混凝土浇注短期内形成，此时设计荷载尚未作用于结构上，因此由外荷载引起裂缝的可能性很小。

但由于水泥的水化作用是放热反应，大体积混凝土自身又具有一定的保温性能，因此其内部温升幅度较其表层的温升幅度要大得多，而在混凝土升温峰值过后的降温过程中，内部降温速度又比其表层慢得多，在这些过程中，混凝土各部分的温度变形及由于其相互约束及外界约束的作用而在混凝土内产生的温度应力，是相当复杂的。

一旦温度应力超过混凝土所能承受的拉力极限值时，混凝土就会出现裂缝。

大体积混凝土结构的施工技术和施工组织都较复杂，施工时应十分慎重，否则易出现质量事故，造成不必要的损失。

组织大体积混凝土结构施工，在模板、钢筋和混凝土工程方面有许多技术问题要逐个解决。

本文着重介绍大体积混凝土的裂缝控制。

3．大体积混凝土结构裂缝产生的机理原因   

3.1裂缝种类及成因

温度，作为一种变形作用，在混凝土结构中引起的裂缝有表面裂缝和贯穿裂缝两种。

这两种裂缝在不同程度上都属于有害裂缝。

由于高层建筑、高耸结构物和大型设备基础的出现，大体积混凝土也被广泛采用，大体积混凝土结构的温度裂缝日益成为建筑工程技术人员面临的技术难题。

大体积混凝土的质量问题是混凝土结构产生裂缝。

造成结构裂缝的原因是复杂的，综合性的。

但是，大体积混凝土从浇筑时起，到达设计强度止，即施工期间产生的结构裂缝主要是水泥水化热引起的温度变化造成的。

大体积混凝土产生温度裂缝，是其内部矛盾发展的结果。

矛盾的一方面是混凝土由于内外温差而产生的应力和应变，另一方面是外部约束和混凝土各质点间的约束，要阻止这种应变。

一旦温度应力超过混凝土能承受的抗拉强度时，即会出现裂缝。

这是导致混凝土产生裂缝的主要原因，现将产生裂缝的主要原因分述如下：

3.1.1、水泥水化

水泥水化过程是大体积混凝土中的主要温度因素水泥水化过程中要放出一定的热量。

而大体积混凝土结构物一般断面较厚，水泥放出的热量聚集在结构物内部不易散发。

通过实测，水泥水化热引起的温升，重庆大学硕士学位论文2裂缝产生的机理和大体积混凝土温度裂缝的成因和影响因素8在水利工程中一般为15～25℃，而在建筑工程中一般为20～30℃，甚至更高。

水泥水化热引起的绝热温升，是与混凝土单位体积中水泥用量和水泥品种有关，并随混凝土的龄期（时间）按指数关系增长，一般在10～12天接近于最终绝热温升。

但由于结构物有一个自然散热条件，实际上混凝土内部的最高温度，多数发生在混凝土浇筑后的最初3～5天。

由于混凝土的导热性能差，浇筑初期混凝土的强度和弹性模量都很低，对水化热引起的急剧温升约束不大，相应的温度应力也较小。

随着混凝土龄期的增长，弹性模量的增高，对混凝土内部降温收缩的约束也就愈来愈大，以至产生很大的拉应力。

当混凝土的抗拉强度不足以抵抗这种拉应力时，便开始出现温度裂缝。

3.1.2、外界气温变化

外界气温变化的影响大体积混凝土在施工阶段，外界气温的变化影响是显而易见的，因为外界气温愈高。

混凝土的浇筑温度也愈高；而外界温度下降，又增加混凝土的降温幅度，特别是气温骤降，会大大增加外层混凝土与内部混凝土的温度梯度，这对大体积混凝土是极为不利的。

混凝土内部的温度是水化热的绝热温度，浇注温度和结构物的散热降温等各种温度叠加，而温度应力则是由温差引起的温度变形造成的；温差愈大，温度应力也愈大。

同时，在高温条件下，大体积混凝土不易散热，混凝土内部的最高温度一般在60～65℃，并且有较大的连续时间（与结构尺寸和浇筑块体厚度有关）。

在这种情况下，研究合理的温度控制措施，防止混凝土内外温差引起的过大温度应力，就显得更为重要。

3.1.3、各种约束条件

约束条件与温度裂缝的关系各种结构物在变形变化过程中，必然会受到一定的“约束”或“抑制”而阻碍变形，这就是指的约束条件。

约束条件一般可概括为两类：

即外约束和内约束（亦称自约束）。

外约束指结构物的边界条件，一般指支座或其它外界因素对结构物变形的约束。

内约束指较大断面的结构，由于内部非均匀的温度及收缩分布，各质点变形不均匀而产生的相互约束。

具有大断面的结构，其变形还可能受到其它物体的宏观约束。

大体积混凝土由于温度变化会产生变形，而这种变形又受到约束，便产生了应力，这就是温度变化引起的应力状态。

而当应力超过某一数值，便引起裂缝。

如在完全约束下混凝土结构物的温度变形是温差与温度线膨胀系数的乘积。

如果结构因变形产生的最大应力小于材料的抗拉或抗压强度时，结构的伸缩缝间距为无穷大，不设伸缩缝也不会裂；相反，当其最大应力超过材料的抗拉强度时，无论结构尺寸多短，混凝土也会产生裂缝。

这不仅说明约束的重要性，也说明伸缩缝间距不是控制裂缝的唯一条件。

3.2大体积混凝土温度裂缝的产生原理

结构物在实际使用中承受各种荷载，当结构的抗拉强度不足以抵抗荷载作用时，结构就可能出现裂缝。

外荷载的直接应力和次应力、温度变化、缩胀以及不均匀沉降等都会产生裂缝。

大体积混凝土常见的质量问题是混凝土结构产生裂缝。

造成结构裂缝的原因是复杂的，综合性的。

但是，大体积混凝土从浇筑时起，到达到设计强度止，即施工期间产生的结构裂缝主要是由水泥水化热引起的温度变化造成的。

大体积混凝土工程，水泥用量多，结构截面大，因此，混凝土浇筑以后，水泥放出大量水化热，混凝土温度升高。

由于混凝土导热不良，体积过大，相对散热较小，混凝土内部水化热积聚不易散发，外部则散热较快。

升温阶段，混凝土表面温度总是低于内部温度。

依据热胀冷缩的原理，中心部分混凝土膨胀的速度要比表面混凝土快，中心部分与表面质点间形成相互约束，中心属于约束膨胀，不会开裂；表面属于约束收缩，当表面拉应力（t）超过混凝土的极限抗拉强度时，混凝土表面就产生裂缝。

随着水泥水化反应的减慢及混凝土的不断散热，大体积混凝土由升温阶段过渡到降温阶段，温度降低，体积收缩。

由于混凝土内部热量是通过表面向外散发，降温阶段，混凝土表面温度与中心温度仍然存在差值，如果过大，同升温阶段一样产生表面裂缝。

降温过程，混凝土体积收缩，同时，考虑到边界条件和地基的约束，属于约束收缩。

但此时，混凝土龄期增长，强度增大，弹性模量增高，因此，降温收缩产生的拉应力较大，除了抵消升温时产生的压应力外，在混凝土中形成了较高的拉应力（t），超过混凝土的抗拉强度关，就引起大体积混凝土的贯穿裂缝。

水泥水化硬化，水是必备的前提条件，但混凝土为了满足施工和易性的要求，通常所加水量是水泥水化所需水量的数倍，多余的水为游离水，游离水容易蒸发，引起体积收缩（称为干缩）。

干缩与混凝土降温产生的冷缩叠加，增大了混凝土中的拉应力，加剧了混凝土中裂缝的产生。

4．大体积混凝土温度裂缝控制

4.1控制混凝土温升+

在大体积混凝土工程施工中，由于水泥水化热引起混凝土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、混凝土块体的内外温差及降温速度，是防止混凝土出现有害温度裂缝的关键。

自上世纪初开始，有关大体积混凝土防裂问题就得到研究。

我国在修建丹江口工程时，提出了防裂措施，一是严格控制基础允许温差，新老混凝土上下层温差和内外温差；三是严格执行新浇混凝土的表面保护；三是提高混凝土的抗裂能力。

大体积混凝土温度裂缝控制方法和措施在建筑工程实践中也得到应用，取得了很好的效果。

根据这些工程实践，可以看到建筑工程中大体积混凝土的温度裂缝控制要在设计、施工方面采取一系列的技术措施。

4.1.1设计控制措施

尽可能选用强度等级低的混凝土，充分利用后期强度。

随着高层建筑和超高层建筑的不断出现，大体积混凝土的强度日益增大，出现C40-C50等高强混凝土，设计强度过高，水泥用量大，水化热量高。

而高层建筑的建设周期长，在混凝土的早龄期，荷载远未达到设计荷载值，可以利用混凝土的60d或90d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。

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。

4.1.2施工控制措施

合理选择原材料、优化混凝土配合比。

按照混凝土设计强度要求合理选择原材料、优化混凝土配合比使混凝土的绝热温升较小、抗拉强度较大、极限拉伸变形能力较大、线膨胀系数较小。

具体是：

（1）采用低水化热、高强度水泥，以降低水泥水化热，提高混凝土的抗裂能力。

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《水泥水化热实验方法（直接法）》测定.

（2）采用导热性好、线膨胀系数小、级配合理的骨料，减少混凝土温度应力。

根据结构最小断面尺寸和泵送管道内径。

选择合理的最大粒径，尽可能选用较大的粒径。

例如5-40mm粒径可比5-25mm粒径的碎石或卵石混凝土可减少用水量6-8kg/m3，降低水泥用量15kg/m3，因而减少泌水收缩和水化热。

要优先选用天然连续级配的粗集料，使混凝土具有较好的可泵性，减少用水量、水泥用量，进而减少水化热。

细集料以采用级配良好的中砂为宜。

实践证明：

采用细度模数2.8的中砂比采用细度模数2.3的中砂可减少用水量20-25 kg/m3，可降低水泥用量28-35 kg/m3，因而降低了水泥水化热、混凝土温升和收缩；

（3）优化混凝土的配合比，以便在保证混凝土强度及流动度条件下，尽量节省水泥、降低混凝土绝热温升。

按照基于绝热温升控制的绿色高性能混凝土配合比优化设计四功能准则对配合比进行优化；

（4）掺用混合材料以减少用水量、节约水泥，降低混凝土的绝热温升，提高混凝土的抗裂能力；

（5）掺用外加剂减缓水化热的发生速率。

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0.25%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10%拌和用水且节约10%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。

但膨胀剂的选取需要注意。

4.2加强混凝土的保温和养护

4.2.1、养护基本要求

混凝土浇筑后，必须及时在钢模外包裹遮阳布或浇水降温，并立即覆盖混凝土表面，进行保温保湿养护。

当气温较高时（10℃以上），混凝土结构物早期养生采用补水养生，在养护期间，需对蓄水物质定时注水以保证持续湿润状态，养生时间不得少于14天，并且尽可能延长养生时间以确保混凝土早期水化质量；当气温较低时（5℃以下），为确保低温条件下混凝土结构物的养护质量，采取封闭式养护工艺，养护时间不少于28天；严格控制混凝土的养护温度不低于混凝土外加剂规定的最低适用温度，当环境温度低于-5℃时，应采取保温措施（如用干棉被覆盖），直至混凝土的强度达到临界抗冻强度，并不得对混凝土洒水。

在浇筑完成后，12h以内应进行养护；砼强度未达到设计强度40%以前，严禁任何人在上面行走、安装模板支架，更不得作冲击性或上面任何劈打的操作。

混凝土浇捣后，之所以能逐渐凝结硬化，主要是因为水泥水化作用的结果，而水化作用则需要适当的温度和湿度条件，因此为了保证混凝土有适宜的硬化条件，使其强度不断增长，必须对混凝土进行养护。

砼（混凝土）的养护目的，一是创造各种条件使水泥充分水化，加速砼硬化：

二是防止砼成型后暴晒、风吹、寒冷等条件而出现的不正常收缩、裂缝等破损现象。

拆模后养护，混凝土结构物拆模后，应迅速采用塑料布等材料将露出的混凝土表面覆盖，进行养护，当采用塑料布覆盖养护时，养护不得少于14天。

在寒季和炎热季节，采取适当的保温隔热措施，保证养护期间混凝土的芯部与表层、表层与环境之间的温差不超过20℃。

4.2.2养护工序

覆盖养护是最常用的保温保湿养护方法。

主要措施是：

在初凝以后开始覆盖养护，在终凝后开始浇水（约12小时后）即对浇注完的混凝土（包括没有拆模的结构物）表面包裹一层蓄水物质（如麻袋、棉被等），用塑料薄膜包裹封闭，覆盖草袋、草帘、黑心棉、烂草席、麻袋片、编制布、彩条布等物。

浇水工具可以采用水管、水桶、小型水泵等工具保证砼的湿润度。

不同混凝土潮湿养护的最低期限

4.2.3、养护时间

养护时间，与混凝土部位、水泥品种和有无掺外加剂有关，常用的水泥正温条件下不少于7天；掺有外加剂或有抗渗、抗冻要求的项目，不少于14天。

4.2.4养护方法

夏季常温条件下，桥墩混凝土采用薄膜覆盖洒水养生，薄膜从上往下缠绕，每圈重叠，包裹严密，墩顶洒水，确保混凝土湿润。

当温度较低时，采取覆盖保暖措施（用黑心棉和彩条布包裹）。

早期养护混凝土时要防止黑心棉等污染混凝土。

养护时间根据混凝土强度的增长情况而定，养护期满方可将覆盖物清除，混凝土面不得留有痕迹。

冬季采取冬季施工措施，见冬季施工措施。

4.3加强混凝土的温度监测工作

大体积混凝土温度控制的测试内容：

（1）混凝土绝热温升的测试，混凝土绝热温升的测试有两种方法，间接法和直接法。

间接法是用水泥的水化热、水泥用量、混凝土比热、混凝土密度来计算混凝土绝热温升。

直接法是用混凝土绝热温升实验仪直接测定混凝土绝热温升。

直接法测定结果准确，但是实验设备和实验过程比较复杂，一般用于大型工程中。

中小型工程常不具备这种条件，一般用间接法即可满足要求。

（2）混凝土浇筑温度的监测,监测混凝土浇筑时的温度，保证浇筑温度不要超过控制标准，以便控制混凝土浇筑后的温度升高峰值。

同时也包括对混凝土搅拌、运输过程中温度的监测和混凝土原材料温度的监测

（3）养护过程中的温度监测一般监测浇筑后大体积混凝土内部（中部、表面、底部）的温度和环境气温的变化情况，用来控制混凝土的降温速度和内外部温差（一般要求温差△T25℃）,也可用来进一步计算混凝土中的温度应力，确定混凝土的抗拉强度是否大于此时混凝土中产生的拉应力，保证对裂缝的控制。

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。

结论

大体积混凝土刚度较大，一般没有强度的问题，但由于它往往属于地下隐蔽工程，裂缝的存在将严重影响其正常使用，其中温度裂缝是施工过程中产生的主要裂缝。

 大体积混凝土温度裂缝十分复杂，涉及到工程结构的方方面面。

对大体积混凝土温度控制是更是要涉及到结构、材料。

施工以及环境等多方面。

随着各种新材料的不断涌现，各种检测手段的不断发展，对大体积混凝土温度裂缝控制问题的研究也不断更新变化，为了防止温度裂缝的产生或者把裂缝控制在允许范围内，必须搞清楚温度裂缝的成因、特点。

掌握大体积混凝土内的温度，从而在设计、施工中采取有效的防裂措施。

本文对大体积混凝土温度裂缝的控制问题进行了探讨，取得了较好的效果。

我认为大体积混凝土并不可怕，但要注意方式方法。

科学合理的选择原材料是降低混凝土水化热是根本，而混凝土配合比设计水平高低是保证水化热降温的保障；做好浇筑混凝土季节保温保湿工作，加强养护工作，特别是保温；做好大体积混凝土测温工作十分必要，测温结果对大体积混凝土施工提供重要的科学依据。

总之在大体积混凝土施工中，只要能严格管理施工程序，认真做好每一环节，采用一定的技术手段控制好混凝土温差，防止大体积混凝土裂缝产生是没有问题的，同时确保了大体积混凝土的总体质量

后记

感谢我的老师、领导以及教会我的师傅，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；他循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。

感谢我的师傅，没有你的谆谆教导和严格要求，我的工作和学业是无法完成的。

虽然我不是您最好的徒弟，但您永远是我最好的师傅。

您的批评话我永会记在心里。

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