大体积混凝土施工技术

大体积混凝土温度计算
最大绝热温升（二式取其一）
(1)Th (mc K F )Q / c (2)Th mc Q / c (1 emt )
Th——混凝土最大绝热温升(℃) mc——混凝土中水泥(包括膨胀剂)用量（kg/m3） F——混凝土活性掺合料用量（kg/m3） K——掺合料折减系数。粉煤灰 取0.25~0.30 c——混凝土比热，取0.97[kJ/(kg·K)] Q——水泥28d水化热(kJ/kg) ρ——混凝土密度(2400kg/m3) t——混凝土的龄期（d） m——系数、随浇筑温度改变
混凝土收缩变形
大体积混凝土的温度应力
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。
大体积混凝土温度计算
表1 不同品种、强度等级水泥的水化热
表2 系数m
大体积混凝土温度计算
混凝土中心计算温度
T1(t) Tj Th (t)
T1(t)——t龄期混凝土中心计算温度（℃） Tj ——混凝土浇筑温度（℃） ξ(t) ——t龄期降温系数
大体积混凝土温度计算
龄期降温系数 ξ(t)
大体积混凝土温度计算
σmax——到指定期混凝土内最大应力（N/mm2） ——泊松比，取0.15
大体积混凝土应力计算
安全系数 K ft / max
ft——到指定期混凝土抗拉强Biblioteka Baidu设计值（N/mm2）
K——大体积混凝土抗裂安全系数，应≥1.15
大体积混凝土平均整浇长度
混凝土极限 p 拉 7伸.5值f t(0.1 / d)104 (ln t / ln 28)
F——每根桩分担的地基面积（mm2）
大体积混凝土应力计算
➢大体积混凝土瞬E(时t) 弹E性0 (模1量e0.09t )
E(t)——t龄期混凝土弹性模量（N/mm2） E0——28d混凝土弹性模量（N/mm2）
e ——常数，取2.718
t ——龄期（d）
大体积混凝土应力计算
➢地基约束系(t数) (Cx1 Cx2 ) / h E(t)
混凝土表层（表面下50~100mm处）温度
➢保温材料厚度
0.5h x (T2 Tq )Kb / (Tmax T2 )
δ ——保温材料厚度（m） T2 ——混凝土表面温度（℃） Tq ——施工期大气平均温度（℃） λ——混凝土导热系数，取2.33W/(m·K) Tmax——计算得混凝土最高温度（℃）
[Lcp ] 1.5
800
2.22
10
T2(t)——混凝土表面温度（℃） Tq ——施工期大气平均温度（ ℃ ） h’ ——混凝土虚厚度（m） H ——混凝土计算厚度（m） T1(t)——混凝土中心温度（℃）
大体积混凝土温度计算
混凝土平均温度
Tm(t) [T1(t) T2(t) ] / 2
大体积混凝土应力计算
地基约束系数
➢单纯地基阻力系数Cx1（N/mm3）
大体积混凝土温度计算
h ➢混凝土虚厚度 k /
h’——混凝土虚厚度（m） k ——折减系数，取2/3 λ——混凝土导热系数，取2.33[W/(m3·K)]
大体积混凝土温度计算
➢混凝土计算厚度
H
h
2h
H——混凝土计算厚度（m） h ——混凝土实际厚度（m）
大体积混凝土温度计算
➢混凝土T2(表t) 层T温q 度4 h(H h)[T1(t) Tq ] / H 2
大体积混凝土应力计算 i区段平均地 基约束系数
各区段i 拉 应Ei 力 Ti Si{11/ ch(i L / 2)}
Eiσi————i区i区段段混平凝均土弹内性拉模应量力（（NN/m/mmm2）2）
Si ——i区段平均应力松弛系数
混凝土 最大尺寸
St
大体积混凝土应力计算
n
到指定期混凝土m内ax 最 [1大/(应1力 )] i i1
大体积混凝土计算案例
M1, M 2 , M 3, M 5 , M 8 , M 9 均取1.0
M4=1.42，M6=0.93 ，M7=0.70，M10=0.42 混凝土经过15d的收缩变形
Y (t)
0 Y
(1
e 0.01t
)M
1
M
2
M 10
Y (15) 3.24 104 (1 e0.0115 ) 1.42 0.93 0.70 0.42 Y (15) 0.175104
7.51.5 (0.1 0.35) 104 0.813 16
1.115104
大体积混凝土计算案例
15d时混凝土的弹性模量
E(t) E0 (1 e0.09t )
E(15) 3.0 104 (1 e0.0915 )
2.22104 MPa
伸缩缝的最大允许间距
[Lcp ] 1.5 h E(t) / Cx arch[ T /( T p )]
β(t)——t龄期地基约束系数（l/mm） h —— 混凝土实际厚度（mm） Cx1 ——单纯地基阻力系数（N/mm3） Cx2——桩的阻力系数（N/mm3） E(t)——t龄期混凝土弹性模量（N/mm2）
大体积混凝土应力计算
混凝土干缩率和收缩当量温差
➢混凝土干缩率
Y (t)
0 Y
(1
e 0.01t
ft——混凝土抗拉强度设计值（N/mm2）
µ——配筋率（%）， µ=Fa/Fc d——钢筋直径（mm） t——指定龄期（d） Fa——钢筋截面面积（m2） Fc——混凝土截面面积（m2）
大体积混凝土平均整浇长度
平均整浇长度（伸缩缝间距）
[Lcp ] 1.5 h E(t) / Cx arch[ T /( T p )] [Lcp]——平均整浇长度（伸缩缝间距）（mm）
大体积混凝土应力计算
➢桩的阻力系数CxC2（x2 N /Qm/mF3）
Q——桩产生单位位移所需水平Q力(2NE/mI[mKn) D /(4E I )]3/4
当桩与结构铰接时 当桩与结构固接时
Q 4E I[Kn D /(4E I )]3/4
E——桩混凝土的弹性模量（N/mm2） I——桩的惯性矩（mm4） Kn——地基水平侧移刚度，取1×10-2 D——桩的直径或边长（mm）
计算时可取T2 Tq 15 ~ 20℃ Tmax T2 20 ~ 25℃
大体积混凝土温度计算
λx ——所选保温材料导热系数[W/(m·K)]
大体积混凝土温度计算
Kb —— 传热系数修正值，取1.3~2.0。
K1值为一般刮风情况（风速<4m/s，结构位置>25m）； K2值为刮大风情况；
大体积混凝土温度计算
桥大直径桩基础、悬索桥的锚碇和桥塔 的一些部位、斜拉桥桥塔的一些部位、连 续梁桥的墩台梁等。
大体积混凝土的温度裂缝
建筑工程中的大体积混凝土结构中，由于结构截面大，水泥 用量多，水泥水化所释放的水化热会产生较大的温度变化和 收缩作用，由此形成的温度收缩应力是导致钢筋混凝土产生 裂缝的主要原因。裂缝分为表面裂缝和贯通裂缝两种。 表面裂缝是由于混凝土表面和内部的散热条件不同，温度外 低内高，形成了温度梯度，是混凝土内部产生压应力，表面 产生拉应力，表面的拉应力超过混凝土抗拉强度而引起的。 贯通裂缝是由于大体积混凝土在强度发展到一定程度，混凝 土逐渐降温，这个降温差引起的变形加上混凝土失水引起的 体积收缩变形，受到地基和其他结构边界条件的约束时引起 的拉应力，超过混凝土抗拉强度时所可能产生的贯通整个截 面的裂缝。
Tmax T2 20 ~ 25℃
700——折算系数[kJ/(m3·K)] λw——水的导热系数，取0.58
大体积混凝土温度计算
➢混凝土表面模板1及[ 保温i 层/ 的i 传1/热系q ]数
β——混凝土表面模板及保温层等的传热系数[W/(m3·K)] δi ——各保温材料厚度（m） λi——各保温材料导热系数[W/(m3·K)] βq——空气层的传热系数，取23[W/(m3·K)]
大体积混凝土施工技术
大体积混凝土的定义
▪ 美国混凝土协会（ACI）规定：“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， 以最大的限度减少开裂。”
▪ 日本建筑协会标准（JASS5）中规定 ：“结构 断面最小尺寸在80cm以上，同时水化热引起 混凝土内的最高温度与外界气温之差，预计超 过25℃的混凝土，称之为大体积混凝土。”
外界气温变化
大体积混凝土的温度裂缝
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：
T
——混凝土收缩时的相对变形；
T ——混凝土的温度变化量；
——混凝土的温度膨胀系数。
Kb —— 传热系数修正值，取1.3~2.0。
K1值为一般刮风情况（风速<4m/s，结构位置>25m）； K2值为刮大风情况；
大体积混凝土温度计算
➢hw如采x用 M蓄(水Tm养ax 护 T，2 )蓄Kb水 养w护/(7深00度Tj 0.28mc Q)
hw ——养护水深度（m） x ——混凝土维持到指定温度的延续时间，即蓄水养护 时间（h） M ——混凝土结构表面系数（1/m）,M=F/V F——与大气接触的表面（m2） V——混凝土体积（m3）
混凝土收缩当量温差为
TY (15)
0.175 10 4 1.0 105
1.75℃
2℃
大体积混凝土计算案例
混凝土上、下面温升为15℃，由于时间短，养护较好，
气温差忽略不计，混凝土的水化热温差经计算为25℃，
则计算温差为
T 2 25 27℃
混凝土的极限拉伸值
p 7.5 f t(0.1 / d )104 (ln t / ln 28)
大体积混凝土的定义
目前，较新的观点指出：所谓大体积混 凝土，是指其结构尺寸已经大到必须采用相 应技术措施、妥善处理内外温度差值、合理 解决温度应力、并按裂缝开展控制的混凝土。
大体积混凝土的定义
▪ 建筑工程大体积砼常出现的部位： 厚大的地下室底板（特别是电梯井筒部
位）、桩顶承台梁、转换梁或板、内筒外 框架超高层的大截柱等。 ▪ 桥梁工程大体积砼常出现的部位：
大体积混凝土的温度裂缝
故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。引起温度裂缝的原因可分为以下几类：
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。
)M
1
M
2
M
10
εY(t)——t龄期混凝土干缩率 ε0Y(t)——标准状态下混凝土极限收缩值，取3.24×10-4
M1•M2∙∙∙M10——各修正系数，参考建筑施工手册第四版 表10-88
大体积混凝土应力计算
➢收缩当量温差
TY (t) Y (t) /
TY(t)——t龄期混凝土收缩当量温差（℃）
α——混凝土线膨胀系数，取1×10-5（1/℃）
大体积混凝土应力计算
结构计算温差（一般3d划分一区段）
Ti Tm(i) Tm(i3) TY (i3) TY (i)
ΔTi——i区段结构计算温差（℃） Tm(i)——i区段平均温度起始值（℃） Tm(i+3)——i区段平均温度终止值（℃） TY(i+3)——i区段收缩当量温差终止值（℃） TY(i)——i区段收缩当量温差起始值（℃）
h——混凝土厚度（mm） E(t)——指定时刻混凝土弹性模量（N/mm2） Cx——地基阻力系数（N/mm3）, Cx=Cx1+Cx2 ΔT——指定时刻的累计结构计算温差（℃）
大体积混凝土计算案例
【例1】 某工程现浇钢筋混凝土基础底板，厚度为0.8m， 配置直径16带肋钢筋，配筋率0.35%，混凝土强度等级采 用C30，地基为坚硬黏土，施工条件正常(材料符合质量标 准、水灰比准确、机械振捣、混凝土养护良好)。试计算早 期(15d)不出现贯穿性裂缝的允许间距。