市政工程之大体积混凝土施工计算，一次搞定！

1、大体积混凝土的温度裂缝

1.1  裂缝种类

1.2  裂缝产生的原因

2、大体积混凝土的温度应力

2.1大体积混凝土温度应力特点

2.2大体积混凝土温度应力计算

2.3混凝土热工计算

2.4混凝土拌和温度和浇筑温度计算

3、大体积混凝土温度裂缝的控制措施

3.1混凝土材料

3.2外部环境

3.3约束条件

3.4预应力技术

4、大体积混凝土施工泌水的防治

5、大体积混凝土施工算例

1.1裂缝种类

按产生原因一般可分为 ：

(1)荷载作用下的裂缝(约占10%)

(2)变形作用下的裂缝(约占80%)

(3)耦合作用下的裂缝(约占10%)

按裂缝有害程度分：

(1)有害裂缝

(2)无害裂缝

按裂缝出现时间分为：

(1)早期裂缝(3～28天)

(2)中期裂缝(28～180天)

(3)晚期裂缝(180～720天，最终20年)。

按深度一般可分为：

(1)表面裂缝

(2)浅层裂缝

(3)深层裂缝

(4)贯穿裂缝

图3.1  温度裂缝

1.2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，一方面是混凝土内外温差产生应力和应变，另一方面是结构的外约束和混凝土各质点间的内约束阻止这种应变，一旦温度应力超过混凝土所能承受的抗拉强度，就会产生裂缝。

1、水泥水化热

水泥的水化热是大体积混凝土内部热量的主要来源，由于大体积混凝土截面厚度大，水化热聚集在混凝土内部不易散失。

2、外界气温变化

3、约束条件

结构在变形时会受到一定的抑制而阻碍其自由变形，该抑制即称“约束”，大体积混凝土由于温度变化产生变形，这种变形受到约束才产生应力。在全约束条件下，混凝土结构的变形：

4.、混凝土收缩变形

2.1大体积混凝土温度应力特点

混凝土的温度取决于它本身环境有温差存在，而结构物四周又不可能做到完全绝热，因此，在新浇筑的混凝土与其四周环境之间，就会发生热能的交换。模板、外界气候(包括温度、湿度和风速)和养护条件等因素，都会不断改变混凝土所贮备的热能，并促使混凝土的温度逐渐发生变动。因此，混凝土内部的最高温度，实际上是由浇筑温度、水泥水化热引起的绝对温升和混凝土浇筑后的散热温度三部分组成。

2.2大体积混凝土温度应力计算

1. 大体积混凝土温度计算

1) 最大绝热温升(二式取其一)

表3-1  不同品种、强度等级水泥的水化热

表3-2  系数m

2）混凝土中心计算温度

3）混凝土表层(表面下50～100mm处)温度

表3-4  几种保温材料导热系数

表3-5  传热系数修正值

K值—一般刮风情况(风速小于4）；

L值—刮大风情况。

2.大体积混凝土温度应力计算

1) 地基约束系数

表3-6  单纯地基阻力系数

2) 大体积混凝土瞬时弹性模量

3) 地基约束系数

4) 混凝土干缩率和收缩当量温差

混凝土干缩率

收缩当量温差

5）结构计算温差(一般3d划分一区段)

6）各区段拉应力

表3-8  松弛系数S(t)

7）安全系数

3.大体积混凝土平均整浇长度(伸缩缝间距)

1) 混凝土极限拉伸值

2) 平均整浇长度(伸缩缝间距)

2.3混凝土热工计算

1.混凝土热导率计算

混凝土热导率，是指在单位时间内热流通过单位面积和单位厚度混凝土介质时，混凝土介质两侧为单位温差时热量的传导率。它是反映混凝土传导热量难易程度的系数。混凝土的热导率以下式表示：

2.混凝土比热计算

单位重量的混凝土，其温度升高1℃所需的热量称为混凝土的 比热，可按式(3-23)计算。

3.混凝土热扩散系数计算

混凝土的热扩散系数(又称导温系数)是反映混凝土在单位时间内热量扩散的一项综合指标。热扩散系数愈大，愈有利于热量的扩散。混凝土的热扩散系数一般通过试验求得或按式(3-24)计算：

2.4混凝土拌和温度和浇筑温度计算

1.混凝土拌和温度计算

混凝土的拌和温度，是指组成混凝土的各种材料经搅拌形成均匀的混凝土出料后的温度，又称为出机温度，可按式(3-25)表示

若考虑混凝土搅拌时设置搅拌棚相对混凝土出机温度的影响，则混凝土的出机温度为：

2.混凝土浇筑温度计算

混凝土的浇筑温度一般可按式(3-27)计算

3.1混凝土材料

1.选择水泥品种

混凝土温升的热源是水泥水化热，故选用中低热的水泥品种， 可减少水化热，使混凝土减少升温。例如，优先选用等级为32.5 、42.5的矿渣硅酸盐水泥，因其与同等级的矿渣水泥和普通硅酸 盐水泥相比，3d的水化热可减少28%。

2.减少水泥用量

由于水泥水化热而导致的温度应力是地下室墙板产生裂缝的 主要原因，且混凝土的强度、抗渗等级越高，结构产生裂缝 的概率也越高。在地下室外墙施工中，除了在保证设计要求 的条件下尽量降低混凝土的强度等级以减少水化热外，还应 该充分利用混凝土的后期强度。实验数据表明，每立方米的 混凝土水泥用量每增(减)l0kg，水泥水化热使混凝土的温度 相对升(降)达1℃。

3.选择外加剂

1) 减水剂

2) 粉煤灰

3) 膨胀剂

4) 选择粗、细骨料

3.2外部环境

1.混凝土浇筑与振捣

对于地下室墙体结构的大体积混凝土浇筑，除了一般的施工工 艺以外，应采取一些技术措施，以减少混凝土的收缩，提高极限 拉伸，这对控制温度裂缝很有作用。

改进混凝土的搅拌工艺对改善混凝土的配合比、减少水化热、

提高极限拉伸有着重要的意义。

2.混凝土浇筑温度

适当地限制混凝土的浇筑温度，一般情况下，建议混凝土的 最高浇筑温度应控制在40℃以下。

3.混凝土出机温度

为了降低大体积混凝土总温升和减小结构的内外温差，控制出 机温度是很重要的。在混凝土的原材料中，石子的比热较小，但 其在每立方米混凝土中所占的质量较大。水的比热最大，但它在 混凝土中占的质量却最小。

4.混凝土养护

地下室外墙浇筑以后，为了减少升温阶段的内外温差，防止因 混凝土表面脱水而产生干缩裂缝，应对混凝土进行适当的潮湿养护 ；为了使水泥顺利进行水化，提高混凝土的极限拉伸和延缓混凝土 的水化热降温速度，防止产生过大的温度应力和温度裂缝，应加强 对混凝土进行保湿和保温养护。

5.防风和回填

外部气候也是影响混凝土裂缝发生和开展的因素之一，其中， 风速对混凝土的水分蒸发有直接的影响，不可忽视，地下室外墙 混凝土应尽量封闭门窗，减少对流。

土是最佳的养护介质，地下室外墙混凝土施工完毕后，在条 件允许的情况下应尽快回填。