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1、第第3章章 大体积混凝土施工大体积混凝土施工 第第2章章 基基 坑坑 工工 程程 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(328天)、(2)中期裂缝(28180天)(3)晚期裂缝(180720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 (a) 表面裂缝 (b) 深层裂缝 (c) 贯穿裂缝 图图3.1 温度裂缝温度裂缝 大体积混凝土施工阶段产生的温度裂缝，是其内部矛盾发
2、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：式中：混凝土收缩时的相对变形；混凝土的温度变化量；混凝土的温度膨胀系数。T (3-1) T4. 混凝土收缩变形 混凝
3、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。 1. 大体积混凝土温度计算1) 最大绝热温升(二式取其一) hc/TmK FQ c（）hc/1emtTmQ c（）(3-2)hTcm3kg/m3kg/m式中：混凝土最大绝热温升()；混凝土中水泥(包括膨胀剂)用量(F混凝土活性掺合料用量()
4、；)；kJ/(kg K)3kg/mC混凝土比热，取0.97；混凝土密度，取2 400(e为常数，取2.718；t混凝土的龄期(d)；m系数，随浇筑温度改变，查表3-2。)；水泥品种水泥强度等级水化热Q( ) 3d7d28d硅酸盐水泥42.531435437532.5250271334矿渣水泥32.5180256334kJ/kg表表3-1 不同品种、强度等级水泥的水化热不同品种、强度等级水泥的水化热表表3-2 系数系数m浇筑温度()51015202530m(1/d)0.2950.3180.3400.3620.3840.4061( )( )tjhtTTT1( ) tTjT( ) t2) 混凝土中心
5、计算温度t龄期混凝土中心计算温度()；混凝土浇筑温度()；t龄期降温系数，查表3-3同时要2) 混凝土中心计算温度(3-3)式中：考虑混凝土的养护、模板、外加剂、掺合料的影响。表表3-3 降温系数降温系数浇筑层厚度(m)龄期t(d)369121518212427301.00.360.290.170.090.050.030.011.250.420.310.190.110.070.040.031.500.490.460.380.290.210.150.120.080.050.042.500.650.620.570.480.380.290.230.190.160.153.000.680.670.63
6、0.570.450.360.300.250.210.194.000.740.730.720.650.550.460.370.300.250.243) 混凝土表层(表面下50100mm处)温度2max20.5()/ ()xqbhTT KTTxW/(m K)(1) 保温材料厚度(或蓄水养护深度)保温材料厚度(m)；所选保温材料导热系数查表3-4。(3-4)式中:表表3-4 几种保温材料导热系数几种保温材料导热系数W/(m K)3kg/m材料名称密度()导热系数材料名称密度()导热系数建筑钢材7 80058矿棉，岩棉1102000.0310.065钢筋混凝土2 4002.33沥青矿棉毡1001600
7、.0330.052水0.58泡沫塑料20500.0350.047木模板5007000.23膨胀珍珠岩403000.0190.065木屑0.17油毡0.05草袋1500.14膨胀聚苯板15250.042沥青蛭石板3504000.0810.105空气0.03膨胀蛭石802000.0470.07泡沫混凝土0.10W/(m K)3kg/m3kg/mW/(m K)2TqTW/(m K)maxT2qTTmax2TTbK混凝土表面温度()；施工期大气平均温度()；混凝土导热系数，取2.33；计算的混凝土最高温度()；计算时可取=1520，=2025；传热系数修正值，取1.32.0，查表3-5。表表3-5 传
8、热系数修正值传热系数修正值保温层种类K1K21仅由容易透风的材料组成(如草袋、稻草板、锯末、砂子)2.63.02由易透风材料组成，但在混凝土面层上再铺一层不透风材料2.02.33在易透风保温材料上铺一层不透风材料1.61.94在易透风保温材料上下各铺一层不易透风材料1.31.55仅由不易透风材料组成(如油布、帆布、棉麻毡、胶合板)1.31.52K1Km/s2K注：值一般刮风情况(风速小于4)； 值刮大风情况。(2) 如采用蓄水养护，蓄水养护深度。 wmax2bwc()/(7000.28)jhxM TT KTm Q(3-5) 式中：wh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
9、养护时间(h)；1m/MF V2m3mM混凝土结构表面系数()，F与大气接触的表面积(V混凝土体积()；)；max2TT般取2025；bK传热系数修正值；700折算系数3kJ/(mK)；wW/(m K)水的导热系数，取0.58。(3) 混凝土表面模板及保温层的传热系数。 1/1/iiq(3-6) W/(m K)式中：混凝土表面模板及保温层等的传热系数；i各保温层材料厚度(m)；iW/(m K)各保温层材料导热系数； q2W/(mK)空气层的传热系数，取23。 (4) 混凝土虚厚度。/hk (3-7) hW/(m K)式中：混凝土虚厚度(m)；混凝土导热系数，取2.33 k折减系数，取2/3；(
10、5) 混凝土计算厚度。2Hhh(3-8) 式中：H混凝土计算厚度(m)；h混凝土实际厚度(m)。22( )1( )4 ()/tqtqTTh HhTTH(3-9)(6) 混凝土表层温度。2( ) tTqT式中：混凝土表面温度()；施工期大气平均温度()；h1( ) tT混凝土虚厚度(m)；混凝土中心温度() H混凝土计算厚度(m)；4) 混凝土内平均温度。( )1( )2( )/2m tttTTT(3-10) 2. 大体积混凝土温度应力计算1xC3N/mm1) 地基约束系数(1) 单纯地基阻力系数()，查表3-6。1xC3N/mm表3-6 单纯地基阻力系数()土质名称承载力(推荐值软黏土8015
11、00.010.03砂质黏土2504000.030.06坚硬黏土5008000.060.10风化岩石和低强度素混凝土5 00010 0000.601.00C10以上配筋混凝土5 00010 0001.001.502kN/m1xC(2) 桩的阻力系数。2/xCQ F(3-11) 2xCN/mm3/42/(4)nQEI K DEI3/44/(4)nQEI K DEI式中：Q桩产生单位位移所需水平力(当桩与结构铰接时当桩与结构固接时 桩的阻力系数(N/mm3)；)；2N/mm4mmE桩混凝土的弹性模量(I桩的惯性矩()；)；nK2103N/mm地基水平侧移刚度，取D桩的直径或边长(mm)；F每根桩分担
12、的地基面积(2mm)。2) 大体积混凝土瞬时弹性模量 (3-12) 0.09( )0(1e)ttEE式中： ( ) tE2N/mmt龄期混凝土弹性模量()； 0E2N/mm28d混凝土弹性模量() e常数，取2.718；t龄期(d)。3) 地基约束系数( )12( )()/txxtCCh E(3-13) 式中： ( ) t1mmt龄期地基约束系数()； 1xC3N/mmh混凝土实际厚度(mm)；单纯地基阻力系数()； 2xC3N/mm( ) tE桩的阻力系数()；t龄期混凝土弹性模量() 3N/mm4) 混凝土干缩率和收缩当量温差混凝土干缩率式中： t龄期混凝土干缩率； 标准状态下混凝土极限收
13、缩值，取 各修正系数，查表3-7。00.01( )1210(1e)tY tYM MM(3-14)( )Y t0Y1M210MM、 43.24 10收缩当量温差( )( )/Y tY tT(3-15) 式中： ( )Y tTt龄期混凝土收缩当量温差()； 51 10混凝土线性膨胀系数，(1/)。5) 结构计算温差(一般3d划分一区段)( )(3)(3)( )im im iY iY iTTTTT(3-16) 式中： iTi区段结构计算温度()； ( )m iTi区段平均温度起始值()；( +3)m iTi区段平均温度终止值()；( +3)Y iTi区段收缩当量温差终止值()； ( )Y iTi区段
14、收缩当量温差起始值()6) 各区段拉应力1 1/ch (/2)iiiiiET SL(3-17) i2N/mmiE2N/mmiS式中：i区段混凝土内拉应力()；i区段平均弹性模量()；i区段平均应力松弛系数，查表3-8表表3-8 松弛系数松弛系数S(t)龄期t(d)369121518212427300.570.520.480.440.410.3860.3680.3520.3390.327( ) tSii区段平均地基约束系数； L混凝土最大尺寸(mm)；ch双曲余弦函数。到指定期混凝土内最大应力 max11/(1)nii(3-18) 7) 安全系数3. 大体积混凝土平均整浇长度(伸缩缝间距)max
15、/tKftf2N/mm式中：K大体积混凝土抗裂安全系数，应1.15；到指定期混凝土抗拉度设计值()。1) 混凝土极限拉伸值47.5(0.1/ )10 (ln /ln28)ptfdt(3-19) 式中： p混凝土极限拉伸值； tf2N/mm混凝土抗拉强度设计值()； /acFF配筋率(%)， d钢筋直径(mm)；ln以e为底的对数；t指定期龄期(d)； aF2mcF2m钢筋截面积()；混凝土截面积()。2) 平均整浇长度(伸缩缝间距)cp( )1.5/arch/()txpLhECTT(3-20)式中： cpLxC3N/mm12xxxCCCarchTh混凝土厚度mm)；E(t)指定时刻的混凝土弹性
16、模量(N/mm2)；地基阻力系数()，；反双曲余弦函数；指定时刻的累计结构计算温差()。平均整浇长度(伸缩缝间距)(mm)；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12/QTTAt(3-21) 式中： 1W (m K)混凝土热导率()； Q通过混凝土厚度为的热量(J)； 混凝土厚度(m)； 12TT2m温度差()；t测试时间(h)。A混凝土的面积()；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 ccssggww/CPCPCPCP CP(3-23)CcCsCgCwC、 式中： 分别为混凝土、水泥、砂、石子、1kJ(kg K) 水的比热()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/aC(3-24)式中： a混凝土的热扩散
