大体积混凝土结构抗裂设计和评价

摘要

城市的飞速发展让大体积混凝土结构在建设中运用的越来越普遍，然而其存在的裂缝问题也是人们关注的话题。在实际工程施工中为了避免混凝土裂缝的产生，大多采取设置后浇带、伸缩缝和“跳仓法”，必要时预埋冷却管的措施，对于大体积混凝土本身的性能往往不够重视。在大体积混凝土抗裂性能评价方面，抗裂指标大多数是根据混凝土不同的用途提出来的，考虑的侧重点各有不同。因此合理的抗裂评价指标、切实有效的抗裂评判方法在大体积混凝土设计和应用中尤为重要。
　　本文依托姑苏区科技支撑项目“抗裂、抗锈钢筋混凝土配制技术研究”，设计“低温升、减收缩”的混凝土性能优化方案，运用王铁梦抗裂安全度的计算方法，对大体积混凝土进行开裂预测，指导大体积混凝土的工程应用。具体进行了如下研究工作。
　　研究矿物掺合料对混凝土物理力学性能、绝热温升和耐久性的影响。试验结果显示矿物掺合料可降低早期混凝土的强度和弹性模量，对后期混凝土的强度和弹性模量均有提升，双掺组效果好过单掺;矿物掺合料延缓了混凝土最高温升出现的时间，降低了混凝土的绝热温升值，单掺40％粉煤灰对混凝土绝热温升值降幅最大达到了24.1％，复掺组对混凝土最早温升出现时间的延迟效果更好，更有利于降低温度变化引起混凝土开裂的风险。矿物掺合料加入混凝土后带来的问题是混凝土的收缩变大，对混凝土抗裂不利。
　　选择UEA膨胀剂和聚丙烯纤维解决矿物掺合料混凝土收缩大的弊端。聚丙烯纤维的抗裂增韧作用可提高早期混凝土的劈裂抗拉强度和弹性模量，降低混凝土的收缩率;UEA膨胀剂则通过收缩补偿，达到了提升抗裂性能的作用。试验结果显示UEA膨胀剂和聚丙烯纤维均能明显降低混凝土收缩率，掺聚丙烯纤维的两组实验组虽收缩效果好于掺UEA膨胀剂试验组，但前者对降低绝热温升并无贡献。综合考虑，配合比优选结果以双掺粉煤灰矿粉—UEA膨胀剂试验组最佳。
　　将最佳配合比与基准配合比进行对比，运用平板约束开裂和圆环收缩开裂试验直观地评价了混凝土的抗裂性能。试验结果显示基准混凝土在平板约束试验中出现裂缝，单位面积上总裂缝面积29.92mm2/m2，抗裂等级为Ⅲ级;最佳配合比试验组未出现开裂;圆环约束试验中，两组试验混凝土均未出现开裂，但与基准混凝土相比，最佳配合比的混凝土收缩应变值降低了14.7％。
　　研究成果应用于苏州某商住楼工程筏板基础，运用王铁梦抗裂安全度的概念进行筏板基础抗裂预测:本工程大体积混凝土的抗裂安全度为1.54，混凝土不会开裂。从工程应用的结果来看，应用效果良好，混凝土没有出现开裂。
　　实践证明:“低温升、减收缩”的混凝土性能优化思路是正确的，对大体积混凝土的抗裂安全度预测准确有效;配合合理的施工措施可以有效控制大体积混凝土的裂缝开裂情况。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 大体积混凝土定义

1．2 大体积混凝土开裂原因

1．2．1 水化热

1．2．2 收缩

1．2．3 约束条件

1．2．4 温度变化

1．2．5 施工因素

1．3 大体积混凝土开裂研究现状

1．3．1 抗与放的设计

1．3．2 混凝土材料性能设计

1．3．3 施工技术

1．4 本文研究内容

第二章 大体积混凝土抗裂分析

2．1 大体积混凝土抗裂评价指标

2．1．1 以混凝土物理力学性能为依据

2．1．2 以混凝土体积稳定性为依据

2．1．3 以混凝土温度控制为依据

2．1．4 综合指标

2．2 混凝土收缩开裂相关试验方法

2．2．1 自由收缩试验

2．2．2 轴向约束试验

2．2．3 平板约束试验

2．2．4 圆环约束试验方法

2．3 本章小结

第三章 混凝土抗裂性能提升

3．1 掺矿物掺合料混凝土性能研究

3．1．1 试验原材料

3．1．2 试验配合比

3．1．3 试验方法

3．1．4 试验结果与分析

3．2 混凝土抗裂性能优化试验

3．2．1 试验原材料

3．2．2 试验配合比

3．2．3 试验方法

3．2．4 试验结果与分析

3．3 本章小结

第四章 混凝土抗裂性能试验

4．1 平板约束收缩开裂试验

4．1．1 试验方法

4．1．2 试验结果

4．2 ASTM开裂圆环方法

4．2．1 试验方法

4．2．2 圆环法混凝土受限开裂机理

4．2．3 试验结果

4．3 本章小结

第五章 工程应用实例

5．1 工程概况

5．2 筏板基础抗裂计算

5．2．1 温度计算

5．2．2 温度应力计算

5．2．3 基准混凝土抗裂安全度计算

5．3 工程应用

5．3．1 设计方面

5．3．2 施工措施

5．3．3 加强混凝土养护

5．3．4 混凝土温度实时监控

5．4 工程应用效果

5．5 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

图表目录

致谢

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