土木工程材料论文混凝土

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土木工程论文：大体积混凝土施工裂缝控制方法摘要：从大体积混凝土施工的特点出发，结合实例，分析温度裂缝产生原因和防治措施。关键词：混凝土施工；裂缝控制；防治措施中图分类号：; 文献标识码：B 目前大体积混凝土越来越多，但是温度裂缝问题还未完全解决。贵阳鑫海大厦转换层采用 m厚混凝土整板结构，根据工程特点，运用裂缝控制理论，研究裂缝原因，提出了施工防治措施，效果较好。 1 工程概况鑫海大厦位于贵阳延安中路，占地面积：1466 m2，总建筑面积：24111 m2，地下一层，地上二十七层，建筑总高： m，是集商业、办公、住宅为一体的综合性建筑。工程结构设计选用了转换层形式。 2 转换层结构设计特征转换层结构形式：即第四层顶板为一块实心混凝土整板，将上部二十四层结构荷载过渡转换到板下框架体系。转换层标高 m,板厚 m,柱顶局部板厚 m，转换层面积740 m2,板内上下各两层设纵横双向Ф32、＠200×200钢筋网片；中间又有两层Ф22、＠200×200钢筋网片；网片间＠600×600设Ф22立筋，混凝土总量1640 m3,混凝土采用C50的商品混凝土。板下框架柱网尺寸： m× m×12 m不等。 3 大体积混凝土施工转换板按施工组织设计分两层浇筑，2 m厚C50混凝土转换板分二次浇筑，第一层先浇 m厚，等它达到90%设计强度后，再浇第二层 m厚混凝土。该结构符合有关规定：“结构断面最小尺寸在 m厚以上、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，称为大体积混凝土”。该工程转换层混凝土的施工在九月中旬，日平均温度在21 ℃左右，混凝土最高温度的峰值一般出现在混凝土浇筑后的第三天，对混凝土浇筑后的内部最高温度与气温温差要控制在25 ℃内，以免因温差和混凝土的收缩产生裂缝。我们对混凝土质量控制指标提出如下要求：（1）采用水化热低的矿渣水泥；（2）掺入适量的1级粉煤灰；（3）混凝土在满足泵送要求的坍落度的前提下，最大限度控制水灰比；（4）掺AEA微膨胀剂。由于使用的是商品混凝土，厂家采用散装硅酸盐水泥，而且贵州没有1级粉煤灰，因此，只能满足以上（3）、（4）条要求。这样对解决混凝土早期温度应力和后期收缩应力问题并控制混凝土裂缝的产生提出了更高的技术要求。对此采取了以下混凝土裂缝控制措施。1.混凝土温度的计算水泥水化热引起的混凝土内部实际最高温度与混凝土的绝热温升有关。①混凝土的绝热温升：T=W×Q0×（1-e-mt）/（C×r）式中：T—混凝土的绝热温升（℃）W—每m3混凝土的水泥用量（kg/m3），取530 kg/m3Q0—每公斤水泥28天的累计水化热，查《大体积混凝土施工》P14表2-1，Q0=460240 J/kgC—混凝土比热 J/(kg�6�1K0)R—混凝土容重2400 kg/m3t—混凝土龄期（天）m—常数，与水泥品种、浇筑时温度有关混凝土最高绝热温升：Tmax=530×460240/(×2400)=（℃）②混凝土中心温度：Th=Tj+Tmax×ζ式中：Th—混凝土中心温度 Tj—混凝土浇筑温度（℃）ζ—不同浇筑混凝土块厚度的温度系数，对1 m厚混凝土3天时ζ=③混凝土浇筑温度:Tj=TC+(TP+TC)×(A1+A2+A3+......+An)式中：TC—混凝土拌合温度（它与各种材料比热及初温度有关），按多次测量资料，有日照时混凝土拌合温度比当时温度高5-7 ℃，无日照时混凝土拌合温度比当时温度高2-3 ℃，我们按3 ℃计。TP—混凝土浇筑时的室外温度（九月中旬，室外平均温度以21 ℃计）A1+A2+A3+......+An—温度损失系数，查《大体积混凝土施工》P33表3-4得：A1—混凝土装卸，每次A=(装车、出料二次数)A2—混凝土运输时，A=Q×t式中：Q为6 m3滚动式搅拌车其温升，混凝土泵送不计。t为运输时间（以分钟计算），从商品混凝土公司到工地约30分钟。A3—浇筑过程中A=×60=(TP+TC)×(A1+A2+A3+......+An)=24+(21+24)×()=24+(45)× ℃则混凝土内部中心温度:Th=Tj+Tmax×ζ=× =（℃）从混凝土温度计算得知,在混凝土浇筑后第三天混凝土内部实际温升为66 ℃,比当时室外温度(21 ℃)高出45 ℃,必须采用相应的措施,防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝。2.温度应力计算计算温度应力的假定：①混凝土等级为C50，水泥用量较大530 kg/m3；②混凝土配筋率较高，对控制裂缝有利；③底模对混凝土的约束可不考虑；④几何尺寸不算太大，水化热温升快，散热也快。因此，降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素。先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σmax是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc.采用公式；σmax=EaT[1-1/(coshβL/2)])s式中：E—混凝土各龄期时对应的弹性模量Et=Ec（）式中:e=自然对数的底;t-混凝土龄期（天数）Ec—混凝土28天时C50的弹性模量Et=×105 MPa（《大体积混凝土施工》P26表2-13查得）a—混凝土的线膨胀系数×10-5L—结构长度，本工程厚板长度L=44 m（取长度）。T—结构计算温度：前面已述该厚板最大绝热温升Tmax= ℃实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T3=Tmax×ζ= ℃× ℃coshβ—是双曲余弦函数 H—结构厚度，本工程厚板厚度 H=≤,符合计算假设。Cx—混凝土板与支承面间滑动阻力系数，对竹胶模板，比较砂质土的阻力系数考虑，取Cx=30 N/—混凝土应力松弛系数，由“高层建筑基础工程施工”7-2表查得各龄期的S值。参照“大体积混凝土施工”，根据以上公式、代入本工程相应数据，算得σmax= MPa≤ MPa(该混凝土30天龄期时的抗拉强度,由“混凝土结构设计规范”表查得),由此可知,不会因降温时混凝土收缩而引起收缩裂缝。3.配制混凝土时，采取双掺技术①掺高效减水剂，使混凝土缓凝，要求混凝土初凝时间大于9小时，以推迟水泥水化热峰值的出现，使混凝土表面温度梯度减少。②加AEA微膨胀剂（掺量为水泥用量的10%），以补偿混凝土的收缩。③保证混凝土浇筑速度，不产生人为冷缩。④设加强带，在加强带处微膨胀剂掺量增加为14%.4.保温、保湿及补偿措施根据气象预报，拟浇筑三天后的平均气温为21 ℃.为防止因混凝土内外温差超过25 ℃而开裂，经研究、比较，在不可能降低水泥用量、掺粉煤灰及选用矿渣水泥的条件下，我们采取下列保温、保湿等保养措施。①底模：除因模板支撑结构需要，满铺100×50×2000 mm3木枋外，在木模板上满铺一层塑料薄膜，再铺一层竹胶板。在浇筑前三天，浇水湿透。②在三层与转换板之间，凡无剪力墙部位，四周用塑料编织布作围护，使板下形成一温棚，以减少空气流动，达到保温作用。③在浇筑混凝土表面12小时后，加塑料薄膜一层、麻袋二层覆盖。④设温度测试点，在有代表性的位置设测温点，随时了解混凝土浇筑后（特别是第二天）开始升、降温情况，随时准备增、减覆盖物。⑤加强对混凝土的保养，不断观察混凝土保湿状况，定时浇水保湿。在浇筑第二层 m厚混凝土时,已为12月中旬，气温在5 ℃左右,浇筑3天后混凝土内部温度可达56 ℃,更要加强保温保湿措施。考虑到第一层混凝土板对上面第二层温度变形的约束，除认真控制混凝土内外温差外，该板结构设计在 m厚板下400 mm处设一层Ф22＠200×200的钢筋网片，以防上层混凝土变形时把下层混凝土拉裂。5.温度测试本工程采用北京建筑技术发展中心生产的建筑电子测温仪测温。两次浇筑分别设了10个和7个测温断面，每个测温断面分别在上、中、下及覆盖层下埋设测温传感器，在浇筑混凝土后的5天内，每2小时测读一次温度，同时监测气温。实测结果与理论计算对比如下(中间断面点)：天数 气温 覆盖物下 砼表面 砼中心 砼底表 理论计算3 45 32 从比较表中看出，理论计算与实测数据十分接近，可以作为以后制定保温保湿措施的依据。4 结束语大体积混凝土板施工的关键是防止混凝土开裂。在不可能掺粉煤灰和不允许减少水泥用量的条件下，由于运用裂缝温度控制理论，找到影响裂缝的主要原因，采取有效措施，本工程转换板C50大体积混凝土施工，经质监部门验收，未出现裂缝，施工质量优良。工程已竣工多年，经过多年实践证明，转换板没有发生裂缝，保证了工程质量。 参考文献：［1］ 叶琳昌，沈义.大体积混凝土施工［M］.北京：中国建筑出版社，1987.［2］ 赵志缙.高层建筑基础工程施工［M］.北京：中国建筑出版社，1986.［3］ 徐仁祥.建筑施工手册第四册，第三版［M］.北京：中国建筑出版社，1997.

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任何土木工程建筑物与构筑物都是用相应的材料按一定的要求建造的，土木工程中所使用的各种材料统称为土木工程材料。从古至今，土木工程的发展要求与材料的数量、质量之间存在着相互依赖和相互矛盾的关系。土木工程材料的生产和使用就是不断解决这个矛盾的过程中不断的发展和完善的。早在原始社会时期，人们为了抵御雨雪风寒和野兽袭击，居于天然山穴和树巢中，即所谓“穴居巢处”，进入石器、铁器时代人们开始使用简单的工具砍伐树木和茅草，搭建简单的房屋，开凿石材建造简易的房屋以及纪念性构筑物。进入青铜器时代出现了木结构及“版筑建筑”即墙体用木板或木棍做边框，然后在框内浇注黏土，用木杵夯实之后将木板拆除的建筑物。此时已经能够建造出舒适性较好的建筑物，所使用的主要是天然石材，木材，黏土，茅草等天然材料。到了人类能够用黏土烧制砖、瓦，用石灰岩烧制石灰之后，土木工程材料由天然材料进入了人工材料阶段，使用的结构材料主要是砖，石和木材。砖砖是一种常用的砌筑材料。砖瓦的生产和使用在我国历史悠久，有“秦砖汉瓦”之称。制砖的原料容易取得，生产工艺比较简单，价格低、体积小便于组合，粘土砖还有防火、隔热、隔声、吸潮等优点。所以至今仍然广泛地用于墙体、基础、柱等砌筑工程中。石天然石是最古老的土木工程材料之一，由于天然石有很高的抗压强度，良好的耐磨性和耐久性；资源分布广泛，蕴藏量富，便于就地取材，生产成本低等优点。是土木工程中修筑城垣，桥梁，房屋，道路和水利工程的主要材料。例如古埃及的金字塔和中国的赵洲桥以及古长城等。木材木材是人类使用最早的土木工程材料之一，具有轻质高强、耐冲击、弹性和韧性好，导热性低，纹理羌观、装饰性好等特点。但存在各向异性，可能受含水率和天然疵病的影响较大，易燃、易虫蛀等缺点。木材易于加工，并且通过加工处理．远可以克服或减轻各向异性、含水率和天然疵病等对性能的不良影响。因此，木材在古建筑及现代建筑中都得到了极为广泛的应用。木材是由树木加工：而成，树木种类繁多，按树种木材分为针叶树和阔叶树两大类。针叶树的树叶呈鳞片状或针状，多为常绿树，树干高大而通直，纹理平顺，材质均匀，易得大材。其木质较软，易于加工，故又称为软木材。针叶树木材的表观密度和胀缩变形较小，强度较高，树脂含量高，耐腐蚀性强。主要用作承重构件和家具用材。针叶树常用品种有红松、落叶松、云杉、冷杉、柏木等。阔叶树的树叶宽大，叶脉成网状．大多为落叶树，树干的通直部分较短，材质较硬，较难加工，故又称为硬木材。阔叶树木材的强度高，纹理显著，图案美观；但胀缩变形较大，易翘曲和干裂。常用作尺寸较小的构件及室内装饰。阔叶树常用品种有榆木、桦木、柞木、山杨、青杨等。到18、19世纪资本主义的兴起，大跨度场房，高层建筑和桥梁等土木工程建设的需要旧有材料在性能上满足不了新的设计要求，土木工程材料在其他相关科学技术的配合下，进入了一个新的发展阶段。相应出现了钢材，水泥，混凝土，钢筋混凝土和预应力混凝土及其他材料。钢材钢材广泛的运用于铁路，桥梁，建筑工程等各种结构工程中，是在严格的技术控制条件下生产的品质均匀致密，抗拉、抗压、抗弯、抗剪切，强度都很高。常温下能承受较大的冲击和震动荷载，有一定的塑性和很好的韧性。良好的加工性能，可以铸造、锻压、焊接、铆接和切割，便于装备，同时为钢结构高层建筑创造条件。水泥水泥是水硬性胶凝材料，既加水拌合成塑性浆体，能够在空气中和水中凝结硬化，其他材料凝结成整体，并形成坚硬的石材。常见的硅酸盐水泥也叫做波特兰水泥，经过加水、拌合、初凝、终凝和硬化后形成坚硬的水泥石。除此之外还有适应于紧急抢修工程、低温工程和高标号混凝土预制件的快硬硅胶盐水泥；用于军事工程、机场跑道、桥梁、隧道和涵洞等紧急抢修工程的快凝快硬硅酸盐水泥；用于内外装修的白水泥；快硬，高强，耐热和耐腐蚀的高铝水泥；用于制作大口径运输水管的和各种输油输气管的，在硬化过程中不但不收缩而且有一定程度膨胀的膨胀水泥等。混凝土混凝土是当代最主要的土木工程材料之一，它是有胶结材料，骨料和水按一定的比例配制，经搅拌振捣成型，在一定情况下养护成型的人造石材。混凝土具有原料丰富，价格低廉，生产工艺简单等特点，因而使用量越来越大。同时混凝土还具有抗压强度高耐久性好，强度等级范围宽等优点。按材料可分为水泥混凝土，沥青混凝土，石膏混凝土及聚合物混凝土等。为了克服混凝土抗压强度低的缺陷，将混凝土与其他材料复合出现了钢筋混凝土，预应力混凝土，各种纤维增强混凝土等。钢筋混凝土是指配制钢筋的混凝土，克服了混凝土抗拉强度低的弱点，同时保护钢筋不被腐蚀，在其中合理的配置钢筋可充分发挥混凝土抗压强度高和钢筋抗拉强度高的特点，同时承受荷载并满足工程结构的需要。预应力混凝土一般指预应力钢筋混凝土，通过张拉钢筋产生预应力。采用预应力钢筋混凝土可以提高制品或构件的抗拉能力，减少或推迟裂缝的出现，充分利用高强材料，因而制品或构件的抗裂度，刚度耐久性都大大提高，减轻自重，节约材料等。沥青沥青石油是由一些极其复杂的高分子碳氢化合物和这些碳氢化合物的非金属衍生物所组成的混合物。沥青除用于道路工程外，还可以作为防水材料用于房屋建筑，及用作一般土木工程的防腐材料等。塑料塑料是以有机高分子化合物为基本材料，加入各种改性添加剂后，在一定的温度和压强下塑造而成的材料。其有表现密度小，导热性差强度重量比较大，化学稳定性良好，电绝缘性优良，消音吸振性良好及负有装饰性等优点。随着生产要求以及环保意识的提高，出现了各种新型复合材料以及绿色建材。彩钢夹芯板材分为彩钢聚氨酯夹芯板材和彩钢聚苯乙烯夹芯板材两种。 用彩色涂层钢板做面层，芯材分为聚氨酯和聚苯乙烯泡沫塑料两种，通过特定的生产工艺（干法复合工艺）复合而成的隔热夹芯板。无论是那种夹芯板都具有“三合一”共同工作的特点。彩钢板有强度高、防水、防腐蚀好、色泽鲜艳等优点，而泡沫塑料重量轻、保温性能极佳，又可承受一定的剪力。是非常理想的保温隔热材料。产品广泛用于快速建设的轻钢结构房屋、保温隔层、保温冷藏车厢以及普通工业与民用建筑等。绿色建材绿色建材，指健康型、环保型、安全型的建筑材料，在国际上也称为“健康建材”或“环保建材”，绿色建材不是指单独的建材产品，而是对建材“健康、环保、安全”品性的评价。在国内它只作为一个概念刚开始为大众所认识。绿色建材是采用清洁生产技术，使用工业或城市固态废弃物生产的建筑材料，它具有消磁、消声、调光、调温、隔热、防火、抗静电的性能，并具有调节人体机能的特种新型功能建筑材料。土木工程材料将进一步的随着人们的需要而不断改进与发展。