超长无缝混凝土结构（精选9篇）
超长无缝混凝土结构 篇1
1 前言
在超长、超宽混凝土结构施工中, 一般每30～40m, 设一道后浇带, 等40～50d后再后浇膨胀混凝土, 这种常规后浇带施工, 工序繁多, 时间跨度长, 施工成本高, 而且难以保证整体质量, 给建筑装饰也带来隐患。我们在工程施工实践中, 运用UEA混凝土补偿收缩的原理, 采用膨胀加强带替代后浇带, 实现了超长混凝土结构的无缝施工, 为同类的工程施工提供了可借鉴的经验。
2 基本原理
UEA混凝土在硬化过程中产生膨胀作用, 在钢筋和邻位约束下, 钢筋受拉, 而混凝土受压, 当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时, 则:
式中:
σc———混凝土预压应力 (MPa) ;
As———钢筋截面积;
μ———配筋率 (%) ;
Ac———混凝土截面积;
Es———钢筋弹性模量 (MPa) ;
ε2———混凝土的限制膨胀率 (%) 。
由 (1) 式可见, σc与ε2成正比例关系, 而限制膨胀率ε2随UEA的掺量增加而增加, 所以, 通过调整UEA的掺量, 可使混凝土获得0.2～0.7Mpa预压应力, 根据水平法向力σx分布曲线, 设想在应力大的地方施加较大的膨胀应力σc, 而在两侧施加较小的膨胀应力, 全面地补偿结构的收缩应力, 控制有序裂缝的出现 (见图1) 。
由于钢筋混凝土结构长大化和复杂化, 取消后浇带的超长无缝混凝土结构施工必须根据结构特点灵活运用, 沉降缝不能取消, 具有沉降性质的后浇带也不能取消。UEA加强带的性质是以较大膨胀应力补偿温差收缩应力集中的地方, 所以, 它可以取消后浇带。加强带的间距可控制在40～60m, 一般可连续浇注100～200m超长结构。
3 工程实例
某工程为框架-剪力墙结构, 筏板基础, 地下2层, 地上19层, 主楼长为122.8m, 最宽为21m, 筏板厚度为1.5m, 楼板厚度为250mm、120mm, 地下室墙体厚度为350mm, 混凝土强度等级为C40～C55。
工程主楼层数为19层, 裙楼层楼为4层, 主裙楼之间由于层数差别较大, 后浇带既起沉降作用, 又起伸缩作用, 故不可用膨胀加强带来代替, 因而主裙楼之间仍存在后浇带, 而主楼全长层数无变化, 若设置后浇带仅是起到收缩作用。采用UEA补偿性混凝土来代替伸缩缝, 实现无缝施工, 在地下室筏板、墙体、主楼各楼层按60m左右设置一道2m宽限的膨胀带加强带 (共二道) , 以控制混凝土温度、收缩裂缝。
3.1 混凝土试配
膨胀混凝土的试配, 重点解决超长无缝混凝土施工中UEA掺量控制和降低混凝土水化热。
经多次试验, UEA替代水泥量在10%～12%范围内, 对混凝土强度不影响, 同时利用收缩膨胀测定仪测定, 其膨胀率ε2=2～3×10-4, 在钢筋率μ=0.2%～0.8%时, 可在结构中建立0.2～0.7Mpa的预压应力, 这一预压应力可补偿混凝土在硬化过程中产生温差和干缩的拉应力。
由⑴式可见, σc与ε2成正比例关系, 而限制膨胀率ε2随UEA的掺量增加而增加, 所以, 我们通过调整UEA的掺量, 可以使混凝土获得不同的预压应力。
根据以上条件和设计要求, 我们确定普通部位膨胀混凝土掺10%～12%UEA;膨胀加强带部位混凝土掺量14%～15%UEA。混凝土配合比必须满足实际施工要求。
3.2 筏板膨胀加强带施工
3.2.1 混凝土浇筑方向
首先根据现场实际情况, 商品混凝土供应能力, 浇筑能力, 确定筏板混凝土浇筑方向。施工时浇筑采用斜向推进、分层连续浇筑方法, 膨胀加强带外掺12%UEA的C40、P8小膨胀混凝土, 浇筑到加强带时, 掺15%UEA的C45、P8大膨胀混凝土, 到另一侧时, 又改为浇筑掺12%UEA的C40、P8小膨胀混凝土 (见图2、3) 。
3.2.2 确定膨胀加强带的设置
膨胀加强带宽为2m, 两侧架快易收口网, 为防止混凝土压破快易收口网, 在上下层主筋之间点焊的双向钢筋加强网。
3.2.3 膨胀加强带处的浇筑方向
4台混凝土泵分组对向进行, 浇筑整个过程中, 每组中应保证1台泵退泵连续浇筑超长无缝筏板混凝土, 另外1台则机动配合塔吊吊斗进行膨胀加强带和墙体混凝土浇筑。
3.2.4 主要技术措施
⑴混凝土浇筑时, 注意严防其它部位混凝土进入膨胀后浇带内, 以免影响设计效果。浇筑混凝土前的润管砂浆必须弃置, 拆管排除故障或其它原因造成的废弃混凝土严禁进入工作面。严禁混凝土散落在尚未浇筑的部位, 以免形成潜在的冷缝或薄弱点。对作业面散落的混凝土, 拆管倒出的混凝土, 润管浆等应吊出作业面外。
⑵在混凝土浇筑至膨胀加强带附近时, 应注意使振动棒插捣点与密目快易收口网保持距离不小于30cm, 并不得过振。
⑶膨胀加强带处混凝土采取塔吊吊斗吊运和混凝土输送管泵并用。加强带处超长无缝筏板混凝土浇筑在一侧混凝土浇筑完毕后进行, 墙体混凝土待该部位超长无缝筏板混凝土初凝后终凝前浇筑。膨胀带混凝土, 振捣棒可靠近密目快易收口网, 但不得碰撞。
⑷超长无缝筏板板面上的板面粗钢筋处, 容易在振捣后、初凝前出现早期塑性裂缝和沉降裂缝, 必须通过控制下料和二次振捣予以消除, 以免成为混凝土的缺陷, 导致应力集中, 影响温度收缩裂缝的防治效果。底板浇筑至标高后, 在终凝前用磨光机反复抹压多次, 防止混凝土表面的沉缩裂缝出现。
⑸膨胀混凝土只有充分湿养护才能发挥UEA混凝土的膨胀效能, 必须提高养护意识, 设立专职养护人员, 建立严格的混凝土养护制度。混凝土浇筑完毕后立即应保湿养护14d。混凝土收平后, 即应洒水润湿, 再用塑料膜严密覆盖, 盖麻袋一层。在养护期喷洒雾状保持环境相对湿度80%以上, 以减少混凝土干缩。
3.3 墙体膨胀加强带施工
为释放部分收缩应力, 在墙体施工中采用了“后浇膨胀加强带”的施工方法, 即以膨胀加强带为界, 分段浇筑掺12%UEA的C50、P8小膨胀混凝土, 养护28d后, 用掺15%UEA的C55、P8大膨胀混凝土回填膨胀加强带。后浇筑膨胀加强带可按照传统后浇带设置, 见图4。
在混凝土浇筑2d后, 松动模板1～2mm, 在墙体顶部设置花管淋水养护, 拆模后继续淋水养护至14d。
3.4 楼板膨胀加强带施工
楼板膨胀加强带用密目快易收口网隔开, 固定方法同筏板施工。浇筑时采用齐头并进、连续浇筑的方法, 膨胀加强带外用掺10%～12%UEA的小膨胀混凝土, 浇筑到加强带时, 用掺15%UEA的大膨胀混凝土, 到另一侧时, 又改为浇筑掺10%～12%UEA混凝土, 见图5。
4 实施效果分析
4.1 工程质量
按时施工前编制的详细可行性施工方案、技术交底、严格执行, 温度控制的结果表明, 混凝土内外温差未超过25℃, 实现了筏板混凝土浇筑的连续施工, 取得了超长无缝结构筏板混凝土浇筑的成功。目前地下室超长无缝结构筏板经试水未发现渗漏现象, 地下室结构已被质检站定为优良。
4.2 经济效益分析
本工程地下室至九层共计二十道膨胀加强带, 与楼层板同时浇筑, 省去保护后浇带而砌筑的砖墙及上面预制混凝土盖板, 同时省去后浇带的清理工作, 后浇带处钢筋加强部分亦省略, 每道膨胀加强带与板同时浇筑, 省略脚手架的后期搭设, 降低了工程造价。
4.3 工期对比
按常规设计要求, 每30～40m设一道后浇带, 等主体结构封顶一个月, 且月沉降量小于0.05mm后, 再回填膨胀混凝土, 将延长工期60d左右。本工程采用超长无缝混凝土结构后, 每楼层混凝土实现连续浇筑施工, 缩短了工期, 仅用了128d时间就完成了建筑面积42000m2的结构施工。
5 结语
超长无缝混凝土结构是以UEA补偿收缩混凝土为结构材料, 以加强带取代后浇带连续浇筑超长钢筋混凝土结构的一种新工艺。在本工程中, 对底板和楼板采用加强带取代后浇带, 证明采用超长无缝混凝土结构施工技术是一种有效的新型施工工艺, 有利于满足工程质量要求和建筑造型的要求, 简化了施工工序、缩短了工期, 降低了工程成本。
摘要：本文结合工程实例, 详细阐述了UEA混凝土在超长钢筋混凝土结构中的施工技术原理和应用, 并对膨胀混凝土加强带施工处理措施进行了深入分析探讨, 对其施工效果进行了简要评价。
关键词：超长混凝土结构,UEA混凝土,膨胀加强带,后浇带
参考文献
[1]《混凝土结构设计规范》GB50010-2002;北京, 中国建筑工业出版社, 2002
[2]王铁梦, 超长大体积混凝土裂缝控制, 混凝土工程新技术, 1998
超长无缝混凝土结构 篇2
【关键词】建筑工程；超长钢筋混凝土结构无缝设计施工技术；概况；准备工作；措施
1.超长钢筋混凝土结构无缝设计施工技术的概况
本技术涉及多个科学技术领域，包括建筑结构设计、建筑施工技术和混凝土材料科学，外加剂作用机理等，是一个跨学科的综合技术。中国建筑材料科学研究院在研制成功膨胀剂的理论基础上，成功地解决了超长结构的无缝技术问题，并形成了较系统的经验和理论。根据结构工程不同部位、钢筋混凝土约束状态、配筋率及混凝土标号的不同情况，采用控制混凝土的限制膨胀率和优化配合比设计，调整膨胀外加剂的掺量来获得不同的预压应力，提高钢筋混凝土的抗裂性能；并采取延长模板留置时间和加强补偿收缩混凝土的养护方法，能有效地控制混凝土的裂缝。即使在超长、大面积施工的情况下，也做到了混凝土不产生贯穿裂缝。膨胀外加剂（或抗裂防水剂）在常规掺量下，一般可60m不设缝，当超过60m时，采用“加强带”解决，带宽2～3m，以HA-P抗裂防水剂为例，“加强带”内掺8～10%，带两侧掺6～8%。带两侧设钢丝网，目的是防止两侧混凝土流入“加强带”内。施工时连续浇筑，浇到加强带时改换配合比。如果不想设加强带，则采用全部混凝土均提高膨胀剂（或抗裂防水剂）掺量的方案。在采取措施的情况下，伸缩缝间距可延长至100m以上。
2.施工准备工作
2.1组织落实
根据各工种的技术要求实施全员技术交底。施工组织、施工管理是浇筑混凝土的关键。浇筑底板混凝土时正值夏季施工，气温30℃左右，由于采用商品混凝土，对混凝土的拌制、运输、泵送、浇筑、养护全过程有极高的要求，为此，现场建立了组织保障机构，以项目经理为首，项目工程师、质检员、施工队长、调度员混凝土搅拌中心、业主代表、监理代表组成的现场领导小组，指挥调度、协调混凝土浇筑工作。现场施工班组、混凝土搅拌中心分成三班作业，并各预备一个班组待命，采用无线、有线电话通讯联系，确保了浇筑工作的顺利实施。
2.2措施落实
（1）原材料质量控制。施工前，对砂、石、掺合剂、水泥等外加剂原材料均由质检员、工程监理员到搅拌站落实，抽检。
（2）搅拌设备、运输设备、泵车、泵管的选用。为避免因设备故障造成施工冷缝，开工前对搅拌设备、运输罐车、输送泵、泵管进行全面的检修、保养，及时排除故障和隐患，保证设备完好投入使用，同时配备一定数量的备用设备。
（3）搅拌中心计量设备。外加剂和添加剂的计量采用全进口自动计量设备，膨胀加强带部位混凝土由专用搅拌台拌制，配比准确。
3.超长钢筋混凝土结构无缝设计施工技术措施
（1）混凝土浇筑时，注意严防其它部位混凝土进入膨胀后浇带内，以免影响设计效果。浇筑混凝土前的润管砂浆必须弃置，拆管排除故障或其它原因造成的废弃混凝土严禁进入工作面。严禁混凝土散落在尚未浇筑的部位。以免形成潜在的冷缝或薄弱点。对作业面散落的混凝土，拆管倒出的混凝土，润管浆等应吊出作业面外。
（2）在混凝土浇筑至膨胀加强带附近时，应注意使振动棒插捣点与密目快易收口网保持距离不小于30cm，并不得过振。
（3）膨胀加强带处混凝土采取塔吊吊斗吊运和混凝土输送管泵并用。加强带处超长无缝筏板混凝土浇筑在一侧混凝土浇筑完毕后进行，墙体混凝土待该部位超长无缝筏板混凝土初凝后终凝前浇筑。膨胀带混凝土，振捣棒可靠近密目快易收口网，但不得碰撞。
（4）超长无缝筏板板面上的板面粗钢筋处，容易在振捣后、初凝前出现早期塑性裂缝和沉降裂缝，必须通过控制下料和二次振捣予以消除，以免成为混凝土的缺陷，导致应力集中，影响温度收缩裂缝的防治效果。底板浇筑至标高后，在终凝前用磨光机反复抹压多次，防止混凝土表面的沉缩裂缝出现。
（5）膨胀混凝土只有充分湿养护才能发挥UEA混凝土的膨胀效能，必须提高养护意识，设立专职养护人员，建立严格的混凝土养护制度。混凝土浇筑完毕后即应保湿养护14d。混凝土收平后，即应洒水润湿，再用塑料膜严密覆盖，如盖麻袋一层。在养护期喷洒雾状水保持环境相对湿度在80%以上，以减少混凝土干缩。
（6）墙体膨胀加强带施工。
为释放部分收缩应力，在墙体施工中采用了“后浇膨胀加强带”的施工方法，即以膨胀加强带为界，分段浇筑掺12%UEA的C50、P8小膨胀混凝土，养护28d后，用掺15%UEA的C55、P8大膨胀混凝土回填膨胀加强带。后浇筑膨胀加强带可按照传统后浇带设置。在混凝土浇筑2天后，松动模板1-2㎜，在墙体顶部设置花管淋水养护，拆模后继续淋水养护至14d。
（7）楼板膨胀加强带施工。
楼板膨胀加强带用密目快易收口网隔开，固定方法同筏板。浇筑时采用齐头并进、连续浇筑的方法，膨胀加强带外用掺12%UEA的小膨胀混凝土，浇筑到加强带时，用掺15%UEA的大膨胀混凝土，到另一侧时，又改为浇筑掺12%UEA混凝土。
4.无缝设计施工注意事项与要求
（1）采用无缝设计施工的前提是后浇带仅是释放收缩应力的伸缩缝，否则沉降地层的后浇带不能取消，因此无缝设计施工应根据结构特点灵活运用。
（2）由于地下室侧面墙薄而暴露面积大，立面养护比较困难，且受气温温差影响，所以设置加强带时应以侧面墙为主，加强带的间距控制在30-40m为宜，有条件的结构工程上宜将侧面墙与顶板一次浇筑，以增加对侧面墙的约束，共同抵抗收缩应力。
（3）国内超长混凝土结构无缝设计施工，采用膨胀混凝土补偿收缩是一致的，都要掺加复合膨胀剂和配制微膨混凝土等，关键是补偿收缩能力要达到均衡。将裂缝控制在无害范围内，即裂缝小于0.1mm。同时，应注意地下室往往要求结构自防水，建议设计将墙体水平构造钢筋的配筋率提高到0.6%左右，从构造上提高钢筋混凝土的抗拉强度，使之与补偿收缩混凝土共同发挥作用，以杜绝大面积墙体开裂。
5.结束语
综上所述，建筑工程超长结构无缝施工问题可以选用抗裂防水剂等材料及技术进行有效处理。但这种技术在有不均匀沉降的工程中并不适应，只适合进行混凝土收缩问题的解决。于此同时，超长施工技术的选用，必须依据建筑工程施工的实际情况进行，针对性地选择行之有效的施工方案，对配制的补偿收缩混凝土一定要进行膨胀率的设计和良好控制，重视施工工艺的各个环节，只有这样才能确保建筑工程的整体质量。
【参考文献】
[1]楼迪光，郦伟，杨青飞.超长混凝土结构的无缝施工技术探讨[J].广西城镇建设，2008（05）.
[2]蔡江勇，侯元恒，侯丰泽.超长混凝土结构的无缝设计[J].河南城建高等专科学校学报，2001（03）.
[3]林黎榕.超长钢筋混凝土结构地下室无缝施工技术[J].广东建材，2012（04）.
[4]顾渭建.钢筋混凝土超长结构无缝设计裂缝控制综合集成技术[A].第九届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ卷[C].2000.
超长无缝混凝土结构 篇3
关键词：膨胀混凝土,超长结构,膨胀加强带,无缝施工
绥化市第一医院综合楼工程, 其基础底板结构尺寸为67m×34m, 厚度为800mm, 混凝土设计强度等级为C40, 抗渗等级为S8。为保证混凝土结构的整体性满足无缝、防裂、抗渗、防水的要求以及工期及结构整体性的要求, 施工单位及业主希望不留置后浇带。为了满足施工要求, 施工中利用UEA混凝土补偿收缩的原理, 采用膨胀加强带替代后浇带, 底板与外墙混凝土采用高强砼泵送剂及补偿收缩混凝土无缝施工技术, 在其宽度方向上设置混凝土膨胀加强带以取消原位置处设计的后浇带, 加强带设置宽度为3m。施工时混凝土采用现场搅拌混凝土进行浇筑施工, 混凝土膨胀剂UEA型混凝土膨胀剂, 加强带部位UEA的掺量为占胶结材质量的14%, 非加强带部位UEA掺量为占胶结材质量的8%。实现了整个超长结构通过设置膨胀加强带解决超长结构无缝施工技术, 为类似工程积累了经验。
1 超长混凝土结构无缝施工的技术原理
1.1 利用膨胀混凝土补偿收缩原理控制裂缝
在现浇整体式钢筋混凝土结构中, 为防止混凝土干缩和温差裂缝设后浇带, 而后浇带是一种消除超长混凝土因收缩而产生裂缝, 采用分段收缩化解裂缝的有效措施, 因为这种缝只在施工期间存在, 其目的是防止混凝土收缩裂缝的产生, 等混凝土完成90%的收缩后回填, 这既是施工措施, 也是设计手段。从结构的整体性设计考虑, 在防水抗渗混凝土结构中, 后浇带由于分两次浇筑, 且相隔56d, 工小的膨胀区, 而在混凝土的边缘1~2m处, 采用补偿收缩混凝土即可, 从而补偿相应的收缩曲线, 使任意长度可以不设伸缩缝。该工法已在许多工程中应用, 十分成功。
1.2 合理设置膨胀加强带与其做法
膨胀加强带的位置宜布置在拉应力较大、配筋变化及截面突变的部位及应力集中的部位。UEA膨胀加强带的宽度可在2~3m之间, 加强带的两侧分别架设准5~准10mm铁丝网, 铁丝网上下与底板上下钢筋连接固定, 目的是防止混凝土流入加强带。考虑膨胀作用只有在约束条件下才会使混凝土的强度增加, 其混凝土强度等级若在自由状态时要比两侧混凝土提高半个标号, 若为约束状态时, 可不提高混凝土等级。由于两侧和钢筋的绝对限制作用, 大膨胀的UEA混凝土强度实际不会下降, 相反起增强作用, 加强带浇完后, 要特别加强湿养护, 养护期不小于14d。
根据本工程基础底板及剪力墙施工的实际情况, 在底板与剪力墙同时设置加强带。加强带应每隔35~45m设置一条。加强带设置的具体位置应根据相应国家结构设计规范并按照设计单位原设计给出的后浇带位置即可, 加强带宽2m。
2 混凝土试配
2.1 膨胀混凝土的试配
膨胀混凝土用于超长结构无缝施工, 其限制膨胀率设计和设定非常重要, 膨胀率偏小, 则补偿收缩能力不足, 无缝施工难以实现, 膨胀率过大, 对混凝土强度有明显的影胀加强带位置时, 提前用一台泵配合塔吊进行膨胀加强带混凝土浇筑, 等膨胀加强带混凝土浇筑完毕后, 再用小膨胀混凝土浇筑加强带两侧。注意严防其它部位混凝土进入膨胀后浇带内, 以免影响混凝土结构质量。
3.2 养护
使用膨胀剂的混凝土浇筑完毕后的养护工作十分重要, 是保证混凝土质量的重要措施之一。膨胀混凝土只有充分湿养护才能发挥UEA混凝土的膨胀效能, 为确保养护效果, 派专人养护, 建立严格的混凝土养护制度。混凝土浇筑完毕后应加强前14d保湿养护。混凝土收抹平整后及时用塑料膜结合盖麻袋片严密覆盖一层。
4 结论
超长无缝混凝土结构施工, 为防止混凝土贯通裂缝的产生, 并有效控制表面裂缝的开展, 施工过程中在不影响结构整体性的前提下, 采用膨胀加强带结合微膨胀补偿收缩混凝土, 取消原后浇带施工, 同时在应力集中部位增设配筋, 有效削减了混凝土结构的约束应力, 避免了有害裂缝的产生。
作。
超长无缝混凝土结构 篇4
【关键词】超长地下室；混凝土结构；裂缝；控制措施
建筑工程中，特别是超长地下室混凝土结构的裂缝较为普遍，裂缝的类型也很多，但按成因基本可归结为由外荷和变形引起的两大类裂缝。随着建筑向大型化和多功能发展，而城市土地资源稀缺，向地下及空中发展成为必然趋势，超长（即超过温度伸缩缝间距）地下室不断出现，混凝土强度等级的提高，施工中泵送混凝土工艺的应用，使超长混凝土结构中出现的各种裂缝有逐渐增多的趋势。根据作者多年的工作经验和体会，就超长地下室产生裂缝的类型和原因进行细致分析，并就如何避免产生这些裂缝提出一些具体措施，为设计和施工人员提供参考。
一、超长地下室混凝土结构产生裂缝的原因分析
在超长地下室结构中产生裂缝的主要有以下几种：沉降不均产生的裂缝、非结构变形产生的裂缝、施工产生的裂缝等。
1.设计方面原因
在设计过程中很多设计师都很严格按照承载能力的极限状态设计，但对混凝土结构适用性设计重视不够，结构适用性设计包括正常使用极限状态设计和性能化设计，正常使用极限状态设计是为了确保结构不产生超过正常使用状态的变形、裂缝及耐久性、振动以及其它影响使用的极限状态重视不够。裂缝产生的原因主要是变形作用，如温度变形、收缩变形、基础不均匀沉降变形等多因素，统称为变形作用引起的裂缝问题，此类裂缝几乎占全部裂缝的80%以上。当这种温度应力超过混凝土内外的约束力时，就会产生裂缝。
混凝土结构的适用性设计应包括三项设计目标：
（1）在构件变形的计算时，考虑特定情况的不利因素；
（2）保障建筑的做法、围护结构、装饰装修及设备设施等不出现明显的损伤；
（3）非荷载作用的影响。
上述三个方面是造成混凝土结构裂缝的主要原因。
2.材料方面原因
混凝土中水泥用量越大，含水量越高，表現为水泥浆量或含胶浆量越大，坍落度大，收缩越大。水灰比越大，收缩越大。混凝土拆模过早表面早期会大量失水。高强度混凝土徐变小，应力松弛低，脆性高并容易引起开裂。暴露面越大，包罗面越小，收缩越大。水泥品种不同收缩大小不同，故应根据结构厚度及特点选择水泥品种。砂岩作骨料时收缩大幅度增加，应避免使用。粗细骨料中含泥量越大收缩越大。早期养护时间越长，收缩越小。骨料粒径越粗，收缩越小，骨料粒径越细，砂率越高，收缩越大。水泥活性越高，颗粒越细比表面积越大，收缩越大。超细掺合料具有相同性质。大掺量高性能混凝土的早期塑性收缩和自生收缩较大，易引起开裂。外加剂掺合料选择不当可增大收缩。中低强度混凝土尽可能采用普通减水剂和中效减水剂，也可用掺量较少的聚羧酸高效减水剂，它的收缩较小，减水效果较好。不宜采用吸水率大的骨料及掺合料（骨料可以预先湿润）。注意水泥净浆收缩远大于砂浆，砂浆收缩远大于混凝土，严格控制混凝土的均匀性。
3.环境方面原因
风速较大，收缩越大，注意高空现浇混凝土的收缩问题。养护时尽量采用喷雾，效果较好。环境温度越高，收缩越大；停工暴露时间越长收缩越大。封闭或开敞环境中的裂缝程度取决于环境温湿度变化。及时回填土对混凝土的裂缝控制及防水都十分重要。环境湿度越大，收缩越小，环境温度越高，越干燥，收缩越大。
4.施工方面原因
由于施工方法不当，控制措施不到位，养护不及时养护时间不够，以及施工扰动都会造成混凝土裂缝。在浇筑时入模温度较低，水化温升，里表温差及降温速率大。收缩和环境降温同时发生，对工程更为不利。振捣时，特别是在梁板（或墙板）交接处，超振引起离析和大量泌水。泌水量大，表面含水量高，表面失水过快，早期收缩越大，表面容易产生裂缝。楼板浇筑后立即喷雾，二次压光，覆盖塑料薄膜，加强潮湿养护对控制早期塑性裂缝很有益处。
二、超长地下室混凝土裂缝的控制方法
1.设置结构温度伸缩缝、沉降缝
根据现行《混凝土结构设计规范》，为避免结构由于温度收缩应力引起的开裂，采取永久式伸缩的方法。伸缩缝允许间距为30～55m（室内或土中长墙、剪力墙结构及框架结构），露天条件下为20～35m。规范的附注中又明确指出：如有充分依据和可靠措施时，上述规定可以增减。
2.后浇带的有效作用
后浇带是指现浇整体钢筋砼结构中，在施工期间保留的临时性温度和收缩变形缝，着重解决钢筋砼结构在强度增长过程中因温度变化、砼收缩等产生的裂缝，以达到释放大部分变形，减小约束力，避免出现贯通裂缝。后浇带应设在对结构无严重影响的部位，即结构构件内力相对较小的位置，通常每隔30-40一道，缝宽70-100CM。建议具体工程应结合建筑物长度、气候环境特点综合考虑，一般应控制在30m左右。填充封闭时间不宜过短，以能将总降温及收缩变形进行一半以上的时间为佳，从目前混凝土的收缩量来看，估计3～6个月方能取得明显效果，最短不少于45d。
3.设置膨胀加强带
由于普通混凝土存在收缩导致开裂破坏，结构设计一般是以设置临时性收缩变形缝的方法释放大部分收缩应力，经过一段时间后再以较大膨胀量的混凝土回填此缝。膨胀加强带的技术原理是在带内混凝土中掺加适量膨胀剂，通过水泥水化产物与膨胀剂的化学反应，使混凝土产生适量膨胀，在钢筋和临位混凝土的约束下，在钢筋混凝土中产生一定的预压应力，使结构的收缩拉应力得到大小适宜的补偿，从而达到防止混凝土结构开裂破坏的目的。
4.增加钢筋配置量及附加构造配筋
混凝土结构的设计可采取增加钢筋的配置量，减小钢筋的间距和减小每排钢筋的间距等措施，预防厚度较大构件出现水化热温降裂缝。
构造配筋应细而密，楼板钢筋宜采用φ8-φ12间距120-150mm，双向对拉。楼板中电缆线管置于截面中部，转角区及应力集中部位应用钢筋网片加强。构造配筋直径过大或过密则会增加混凝土自约束拉应力，对于板墙，应当把水平构造钢筋配置垂直受力筋外边。预应力结构加强非预应力配筋，应发展部分预应力混凝土结构。大体积混凝土不宜采用预应力方法控制温度收缩应力，遇有保护层过厚的结构应增设钢筋网。
5.采用跳仓法施工
跳仓法是充分利用了混凝土在5到10天期间性能尚未稳定和没有彻底凝固前容易将内应力释放出来的“抗与放”特性原理，它是将建筑物地基或大面积混凝土平面机构划分成若干个区域，按照“分块规划、隔块施工、分层浇筑、整体成型”的原则施工，其模式和跳棋一样，即隔一段浇一段。相邻两段间隔时间不少于七天，以避免混凝土施工初期部分激烈温差及干燥作用，这样就不用留后浇带了。
跳仓法施工：底板分段长度不宜大于40m，侧墙和顶板分段长度不宜大于16m。跳仓间隔施工的时间不宜小于7d，跳仓接缝处按施工缝的要求设置和处理。
三、结语
裂缝在超长混凝土结构中较常见且日趋增多，由于该裂缝的危害性及规范的局限性，设计人员及施工人员均应予以足够重视。对超长地下室混凝土结构裂缝采取“放”和“抗”相结合的措施是减轻超长混凝土结构裂缝比较有效的途径，但其中一些措施主要基于设计概念和定性分析，如何通过进一步的定量计算及实验验证，尚需做深入工作，具体工程在采用时应根据其各自特点，进行优化设计，制定出科学合理的技术保证措施，减少裂缝产生，确保工程质量。
参考文献：
超长无缝混凝土结构 篇5
随着建筑业的发展, 由于各个建筑个体的具体情况及建筑物使用功能的要求, 某些工程中不允许采用伸缩缝等永久性缝, 从而导致超长混凝土结构的产生。因此, 如何控制其裂缝范围是保证工程质量的关键。
我国建筑材料科学研究院从20世纪50年代就开始膨胀混凝土的研究, 经多年研究证明, 膨胀混凝土是解决混凝土开裂比较理想的材料[1]。当混凝土开始收缩时, 其抗拉强度已增长到足以抵抗收缩引起的拉应力, 从而防止和减少收缩裂缝的出现。在混凝土中掺加适量的膨胀剂, 通过水泥的化学反应, 使混凝土产生适量膨胀, 在钢筋和邻位限制下, 钢筋混凝土中产生0.2 MPa～1.0 MPa的预压应力, 可大致抵消混凝土收缩时产生的拉应力, 防止混凝土开裂。同时, 水化反应生成的钙钒石晶体属针状、棒状晶体, 填充、切断、堵塞混凝土的毛细孔, 使混凝土的抗渗能力大大提高, 抗渗标号可达S30, 从而达到混凝土结构自防水的目的。因此, 膨胀加强带的设置是超长混凝土结构无缝施工技术的关键所在。
1 超长混凝土结构无缝施工的涵义
对于民用建筑地下结构连续结构的施工, 超长无缝施工是将结构无缝设计理论与工程施工方法相结合, 在结构施工时, 把混凝土结构裂缝设定在一定的范围内, 从而达到防水抗裂的要求。在民用建筑工程中, 无缝施工是释放收缩应力的后浇缝。其设计思路是“抗放兼备”“以抗为主”的原则[2]。采用补偿收缩或膨胀型外加剂补偿收缩混凝土作结构材料, 其在硬化过程中产生膨胀作用, 由于钢筋的邻位约束, 在结构中建立少量预压应力, 从而实现“抗”“放”的原则路线[3], “抗”的原则是通过对混凝土结构设计, 增强混凝土结构的约束, 通过膨胀剂的掺入, 增强混凝土的限制膨胀, 产生预压应力, 使其出现抵抗裂缝, 在施工时, 采取一些附加应力的方法, 抵抗混凝土裂缝的出现;另一方面对于混凝土结构产生的干缩与冷缩, 在设计时采用低水化热水泥, 在施工时采用膨胀加强带的方法, 使得在施工过程中出现的应力尽早释放, 从而减少裂缝, 这是“放”的原则。
2 膨胀加强带的设置
2.1 膨胀加强带的作用
膨胀混凝土在混凝土硬化过程中产生适当膨胀, 在钢筋的邻位约束下, 在混凝土中建立起一定的自应力, 其自应力值按式 (1) 计算:
其中, σc为混凝土自应力;ρ为截面配筋率;Es为钢筋的弹模;ζp为混凝土限制膨胀率。由式 (1) 可知, 在配筋率和钢筋弹性模量确定的情况下, 膨胀混凝土自应力与膨胀率成正比。这样膨胀加强带部位的自应力增大, 对温度收缩应力补偿能力增大, 防止超长结构开裂, 其原理如图1所示。
图1中, 超长混凝土使用普通混凝土的温度收缩应力曲线为ABCDE, 其应力从两边向中间增长到B, D两点时, σ≥f (混凝土抗拉强度) , 开始发生开裂, 释放能量;仅采用小掺量膨胀混凝土进行补偿的超长混凝土结构, 能够抵消部分温度收缩应力, 其温度收缩应力曲线为FGHIJ, 应力从两边向中间随结构长度延伸而增长, 达到G, I两点时, σ≥f, 开始发生开裂, 掺膨胀剂的混凝土达到开裂时的结构长度较普通混凝土延长, 起到一定补偿作用[4]。当大面积采用小掺量膨胀剂混凝土, 适当部位局部加大膨胀剂量形成膨胀加强带, 对超长混凝土结构进行叠加式重复补偿时, 其温度应力曲线为FKLMJ, 当温度应力从两边向中间逐渐增长, 到达膨胀加强带部位 (K, M) 时, 由于加强带部位储存较大自应力 (或膨胀能) 对其进行补偿, 使其应力降低, 然后随长度增加重新增长, 但最终结构中部最大应力值小于混凝土抗拉强度, 即σ≤f, 保证超长混凝土结构不开裂, 这就是膨胀加强带的主要作用。
2.2 膨胀加强带数量的确定
膨胀加强带的数量及位置的确定应根据超长混凝土结构的特点、温度收缩应力的大小进行综合分析, 在工程误差要求的前提下, 将次要因素忽略, 简化其应力曲线, 以便进行计算。结合研究和工程应用, 以图1为计算模式进行分析。
在图1中, 当普通膨胀混凝土温度收缩应力从两边增长到G, I两点时, 两点的拉应力达到混凝土的抗拉强度, 如再增长结构就会发生开裂, 必须在G, I两点增设膨胀加强带, 进一步降低拉应力, 增设加强带后, G, I两点的拉应力降低到K, M点, 温度收缩应力从K, M两点重新增长, 但结构中点L处最大拉应力不超过混凝土抗拉强度, 结构不会发生开裂。这样G, L, I三个临界点拉应力为:
则:
联立以上四式, 可得:
由式 (6) 即可确定膨胀加强带的数量。其中, n为膨胀加强带的数量;f为混凝土的抗拉强度, MPa;E为混凝土的弹性模量;α为混凝土的线膨胀系数, 1×10-5;μ为泊松比, 取0.15 (单向受力时可不考虑) ;cosh为双曲余弦函数;Cx为水平阻力;H为结构长条板板厚;L为结构长条板板长。
2.3 膨胀加强带的布置原则
1) 加强带的数量及位置必须根据公式计算, 根据每条加强带的补偿能力确定其数量;
2) 加强带的宽度不宜太窄, 一般控制在2 m～3 m;
3) 膨胀加强带的位置宜布置在拉应力较大、配筋变化及截面突变的部位及应力集中部位;
4) 结构长度达到70 m以上时, 无论计算是否需要加强带, 都均要设置加强带。
2.4 膨胀加强带的构造形式
1) 连续式膨胀加强带构造。
如图2所示, 在收缩应力集中的位置, 设置膨胀加强带, 其宽度2 m～3 m, 带两侧架设密孔铁丝网, 目的是为防止两侧混凝土流入加强带。施工时, 带外侧用小膨胀混凝土, 到加强带时改用大膨胀混凝土, 到加强带另一侧时, 又改为小膨胀混凝土。如此循环下去, 可连续浇筑100 m～150 m的超长混凝土结构, 不留硬结茬, 并在不同结构部位使用不同膨胀性能的混凝土。
2) 底板间歇式膨胀加强带构造。
当混凝土供应或施工力量达不到连续作业要求而无法连续施工时, 可采用如图2所示的间歇式膨胀加强带做法。为提高底板后浇加强带部位的防水效果, 留置阶梯缝, 即先浇混凝土留置阶梯口 (绑扎两道钢板网) , 硬茬需做附加防水处理:底板两头端口竖向加橡胶止水条或钢板, 该止水条或钢板应从垫层竖向一直延伸到与外墙钢板相接, 防止水平方向水的渗入。下次施工需间隔3 d以上, 待混凝土达到足够强度后, 再浇膨胀加强带大膨胀混凝土, 紧接着浇小膨胀混凝土。
3) 后浇膨胀加强带构造。
当混凝土无法连续施工时, 也可以先浇筑加强带两侧的小膨胀混凝土, 两边硬茬均留置阶梯缝。间隔3 d以上, 待混凝土达到足够强度再浇加强带大膨胀混凝土。浇带两头端口竖向加橡胶止水条或钢板, 该止水条或钢板应从垫层竖向一直延伸到与外墙钢板相接, 防止水平方向水的渗入。
3 结语
超长混凝土结构的裂缝大部分是由于混凝土的收缩造成的。利用膨胀混凝土的补偿收缩性能, 可以减少甚至抵消混凝土的收缩应力, 从而减少收缩裂缝的产生。因此, 随着限制膨胀率的增大, 后浇缝的间距可以逐渐加大, 直至大于结构总长, 即实现无缝施工。因此膨胀混凝土的设置即是超长混凝土结构无缝施工的要点。
摘要：首先分析了超长混凝土结构无缝施工中采用膨胀加强带防止混凝土开裂的作用原理, 详细研究了膨胀加强带的设置方法和原则, 并分析了膨胀加强带的三种常用构造形式, 通过设置膨胀加强带, 减少了收缩裂缝的产生。
关键词：超长混凝土结构,膨胀加强带,无缝施工
参考文献
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[4]贺学民.金棕苑工程裂缝问题的分析研究[J].洛阳大学学报, 2004 (4) :72-74.
超长无缝混凝土结构 篇6
无缝设计是相对的, 根据工程结构具体情况, 可无缝或少缝。这里的“缝”指的是释放收缩应力的后浇带或永久伸缩缝, 不包括沉降缝及施工工艺不当引起的裂缝。
其设计思路是“抗放兼施, 以抗为主”。即用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作为结构材料, 其在水化硬化过程中产生膨胀作用, 该膨胀由于受到钢筋和邻位的约束, 能在结构中建立一定的预压应力σc, 由此来抵抗收缩变形时产生的拉应力, 防止混凝土开裂。
膨胀混凝土用于超长结构无缝施工, 其限制膨胀率 (ε2) 的设定至为重要。ε2偏小, 则补偿收缩能力不足, 无缝施工难以实现;ε2过大, 对混凝土强度有明显影响。经国内同行的大量研究和工程实践, 限制膨胀率适宜 (ε2=1-3×10-4) , 在配筋率μ=0.2%-0.8%下, 可在结构中产生0.2~0.7Mpa的预压应力, 此预压应力大致可以抵消混凝土在硬化过程中因温度和干缩产生的拉应力, 从而防止混凝土收缩开裂 (或将裂缝控制在无害的范围内) 。基于这一“抗”的原理, 采用补偿收缩混凝土, 后浇缝的间距延长至60m是安全的。
该工程施工尺寸为:30m×122m×0.8m和30m×122m×0.18m。研究表明, 当H/L≤0.2时, 板在温度收缩变形作用下, 离开端部区域, 全截面受拉应力较均匀。在地基约束下, 将出现水平法向力σx;已有的经验可知, σx是设计主要控制应力, 是引起垂直裂缝的主要应力, 其σmax出现在截面的中点x=0处 (图1) 。
当法向应力超过混凝土抗拉强度R, 在中部出现第一垂直裂缝, 将板一分为二, 每块板的水平应力重新分布σx, 台σx>Rt, 则形成第二批裂缝……, 为防止这种有序裂缝的出现, 工业和民用建筑中以设置后浇带作为释放收缩应力和控制裂缝的主要措施之一。
研究表明, 掺膨胀剂的混凝土在硬化过程中产生膨胀作用, 在钢筋和邻位约束下, 钢筋受拉, 而混凝土受压, 当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时, 则:
式中:σc:混凝土预压应力, Mpa;
As:钢筋截面积;μ:配盘率, %;
Ac:混凝土截面积;
Es:钢筋弹性模量, MPa;
ε2:混凝土的限制膨胀率 (也即是钢
筋伸长率) %。
由上式可见, σc与ε2成正比关系, 而限制膨胀率随膨胀剂的增加而增大, 所以, 我们通过调整膨胀剂掺量, 可使混凝土获得不同的预压应力。根据水平法向力分布曲线, 我们设想在σmax地方给与较大的膨胀应力, 而在两侧给与较小的膨胀应力, 全面地补偿结构的收缩力, 控制有序裂缝的出现, 这就是取消后浇缝的理论依据。
2 抗裂分析计算
(王铁梦《建筑物裂缝控制》)
式中:H:混凝土板厚度, mm
E:混凝土弹性模量, Mpa
Cx:地基对混凝土的约束系数, N/mm2
a:混凝土线膨胀系数, 10×10-6
T:综合温差, ℃
εp:混凝土极限拉伸值, ×10-4
arcosh:双曲余弦的反函数。
该公式是用极限变形计算伸缩缝间距。有上式可见, 温差或收缩与结构材料的极限拉伸之间的关系一般总是|a T|大于|εp|, 他们的差距越大, 伸缩缝间距越小;差距越小, 伸缩缝间距越大。如果采取措施使|a T|趋近于|εp|, arccosh∞→∞, 则完全无需伸缩缝。由于提高混凝土的εp是十分困难的, 只有设法降低混凝土的水化热和收缩, 即控制裂缝原则是a T≤εp。
计算综合温差:
首先计算绝热温差:
式中:Tmax:绝热温升, ℃, 是指在基础四周无任何散热条件下、无任何热损耗条件下, 水泥水化的反应热全部转化为温升后的最高温度。
Q:水泥水化热, J/kg
W:每立方混凝土中水泥实际用量, kg/m3
C:混凝土的比热, J/ (kg·℃) , 取0.96×103J/ (kg·℃)
γ:混凝土的容重, kg/m3, 取2400 kg/m3
基础处于散热条件下, 考虑上下表面一维散热, 应用差分法得散热系数为0.60~0.65, 取0.62。
水化热实际升温:
6月大连温度在28℃左右, 考虑各种因素综合影响, 取混凝土入模温度为25℃, 故预测混凝土中心部位最高温度为:
综合温差T=T1+T2, T1为混凝土水化热最高温度与环境平均气温之差, T2为混凝土收缩当量温差 εy为混凝土收缩值。
膨胀剂在14天的限制膨胀率约 (2~4) ×10-4, 它可以补偿混凝土收缩, 从而降低混凝土收缩当量温差, 按配合比膨胀剂掺量, 可产生的膨胀系数ε2=2.0×10-4, 此时, T2=2.0×10-4/10×10-6=20℃, 即降低混凝土收缩当量温度为20℃, 因此, 由于当量温差补偿效应, T2是负数, 综合温差变成T=T1-T2, 从而达到使结构的a T≤εp的目的, 防止结构产生裂缝。
3 配合比设计及施工方案
在取代水泥用量的10%, UEA-FS可产生膨胀率约 (2-3) ×10-4, 取代水泥用量的12%时, 可产生膨胀率约 (4-6) ×10-4。
施工时, 设膨胀加强带, 带的两侧铺高密孔铁丝网, 并用立筋加固, 防止混凝土流入加强带。施工时, 带外用取代10%的小膨胀混凝土, 加强带用取代12%的大膨胀混凝土。到另一侧时, 又改浇注取代10%的小膨胀混凝土, 如此循环。
同时, 为保证混凝土质量, 我们还要采取以下措施:
3.1 加强计量管理和所用原材料的管理, 实行专人负责, 确保混凝土配比的实现;
超长无缝混凝土结构 篇7
1 混凝土结构设计和施工中的“缝”
混凝土结构设计中涉及的“缝”包括伸缩缝、沉降缝和防震缝, 可统称为结构缝。其中沉降缝和防震缝分别与地基条件及构筑物的规则性有关, 并不能通过构造或施工措施避免。伸缩缝是结构构造上的一种考虑, 是基于混凝土干燥收缩和热胀冷缩而设置的, 其中永久性伸缩缝 (通常称伸缩缝) 考虑的是长期热胀冷缩, 临时性伸缩缝 (通常称后浇带) 考虑的是干缩和施工期间的水化热。
混凝土的施工缝是在混凝土浇筑期间所形成的一种施工冷缝, 包括水平施工缝, 垂直施工缝和斜施工缝, 和现场的施工条件和施工力量相关。施工缝在施工中应尽量避免出现, 一旦出现必须及时处理。
后浇带主要针对伸缩缝而言, 既是设计手段, 又是施工措施。它是结构工程师为了避免设置伸缩缝, 在结构的相关部位要求施工期间预留的一个缝, 当已浇混凝土收缩基本完成后, 使用填充性混凝土封闭。
2 无缝抗裂设计的提出
在相当长的一段时间里, 对于超长钢筋混凝土结构, 为了解决收缩开裂的问题, 结合构筑物的沉降缝或抗震缝, 在一定位置设置永久性伸缩缝是较为普遍的做法。20世纪70年代以后, 应用膨胀混凝土的后浇带技术的出现, 成为一种取消永久伸缩缝的有效措施。
后浇带一般在混凝土浇筑40~60d收缩基本完成后封闭, 使结构成为一个连续的无伸缩缝的整体。这是一种“抗放兼施, 以放为主”的设计原则[2], 是针对普通水泥混凝土存在的收缩开裂问题, 先使用后浇带释放大部分收缩应力, 然后以膨胀混凝土封闭, 平衡残余收缩应力。
这种设计已列入设计规范[3]并已广泛采用。然而, 后浇带的凿毛、清理和封闭等给混凝土整体施工带来很多麻烦, 封闭不好, 常常会成为开裂和渗漏的隐患, 更重要的是, 后浇带是通过延长工期释放应力的, 通常会造成后期装修及设备安装滞后, 难以早日交付使用。能否取消后浇带, 是一个值得研究的新课题。
近年来混凝土膨胀剂向低掺量、高性能、高膨胀率方向发展, 明矾石膨胀剂 (EA-L) 、铝酸钙膨胀剂 (AEA) 、U型膨胀剂 (UEA) 、无水硫铝酸钙膨胀剂 (CSA) 等高效膨胀剂的研发成功, 使得膨胀混凝土 (EC) 的配制成为可能;随着高性能矿物质掺合料 (一级粉煤灰、硅灰等) 的应用, 混凝土呈自密实、高强化的趋势, 在普通混凝土 (RC) 中复合使用高效膨胀剂和高性能矿物质掺合料, 可以改善RC的多种性能, 得到高性能膨胀混凝土 (HPEC) , 而HPEC对超长钢筋混凝土结构的无缝抗裂设计和施工有极其重要的意义。
3 无缝抗裂设计的应力分析
无缝抗裂设计是相对的, 通过对不同工程的分析, 可以做到不设缝或少设缝。这里的“缝”, 特指永久性的伸缩缝, 其设计思路则是“抗放兼施, 以抗为主”。即使用不同膨胀率的HPEC浇筑结构的不同部位, 在水化反应过程中可产生不同的膨胀作用, 该作用受到钢筋和相邻混凝土的约束, 能在结构中获得不同的预压应力σc, 由此来抵抗收缩变形时产生的不同的拉应力, 防止混凝土开裂。我们知道, 当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时, 有:
式中:σc为混凝土预压应力;As为钢筋截面面积;Ac为混凝土截面面积;Es为钢筋弹性模量;ρ为配筋率;ε2为混凝土的限制膨胀率。
由 (2) 式可见, σc与ε2成正比关系, 而ε2的大小和膨胀剂掺量有关。我们通过调整膨胀剂掺量, 可使混凝土获得不同的预压应力。但是, ε2有其合理范围, 偏小, 则补偿收缩能力不足, 无缝施工难以实现;偏大, 混凝土强度会明显削弱, 造价也会提高。经大量研究与工程实践, 高效膨胀剂在水泥中的掺量达到8%时, HPEC的膨胀率和强度能达到一个较为均衡的状态[4]。此时, 中等强度HPEC的ε2为1×10-4~3×10-4;高强HPEC的ε2为0.5×10-4~1.5×10-4, 若配筋率ρ为0.2%~0.8%, 结构中可建立0.2~0.7N/mm2的预压应力, 该值基本可以抵消混凝土在硬化过程中因温度和干缩产生的拉应力, 实现超长钢筋混凝土结构的无缝抗裂设计和施工。
4 无缝抗裂设计的应变分析
根据吴中伟院士关于膨胀混凝土的基本理论和观点, 防止混凝土开裂, 有如下判据[5]:
式中, St为冷缩率;Sd为干缩率;Ct为受拉徐变率;Sk为极限延伸率。
从 (3) 式可以看出, 对于大体积混凝土结构, 通过使用HPEC, 考虑受拉徐变的影响, 当HPEC的限制膨胀率和冷缩率、干缩率之差小于其的极限延伸率时, 该结构就不必设置伸缩缝。
我国著名的裂缝专家王铁梦教授通过对钢筋混凝土结构本构关系的分析与计算, 求得了平均伸缩缝间距 (或裂缝间距) 计算公式[6]:
式中, L为平均裂缝间距;H为底板厚度或侧墙每次施工高度;Ec为混凝土的弹性模量;Cx为基础的水平阻力系数;α为混凝土的线胀系数;arcosh为双曲余弦函数的反函数;Sk为配筋混凝土的极限拉伸值;T为综合温差, 普通混凝土T=T1+T2, 膨胀混凝土T=T1+T2-T3, T1为混凝土因水泥水化热而引起的温升值;T2为混凝土的收缩当量温差;T3为膨胀混凝土的膨胀当量温差。
根据式 (4) 可见, 当αT≤Sk时, 则有L→∞, 裂缝间距无穷大, 即无缝状态。
比较式 (6) 和式 (3) , 在极限条件下, 王铁梦的裂缝间距计算公式和吴中伟的防止混凝土开裂判据能够相互印证, 可以作为指导无缝抗裂设计和施工的理论基础。
5 无缝抗裂设计的实用化计算
从上述应力应变分析可以看出, 研究限制膨胀率ε2、限制收缩率S和极限延伸率Sk的大小, 以及各种外部因素对这些参数的影响规律, 是对HPEC补偿收缩能力计算的关键。
1) 限制膨胀率ε2
根据既有试验数据, 并经回归分析, 得出膨胀混凝土限制膨胀率ε2拟合公式为:
式中, t为龄期, d;α1~α9为偏离标准条件的修正系数, 分别与膨胀剂品种、膨胀水泥品种、混凝土强度等级、膨胀剂掺量、水泥用量、配筋率、粗集料、水灰比、养护制度相关, 不同工程, αi的值应有不同。
2) 限制收缩率S
限制收缩率S包括冷缩率St和干缩率Sd, 即S=St+Sd。
同样的, 根据已有的试验数据, 使用最小二乘法, 可以得出膨胀混凝土干缩率Sd的拟合方式和冷缩率St计算式分别为:
式中, t为龄期, d;R为混凝土限制干缩率与自由干缩率之比, 一般在0.6~0.8之间;β1~β5为偏离标准条件的修正系数, 分别与环境相对温度、构件尺寸、养护方法、掺和料、混凝土强度等级相关;α为混凝土热膨胀系数;T1为混凝土水化引起的温升;T2为气温变化温差。
式 (7) 、式 (8) 的实质是一组已知试验数据的集合, 通过对该集合的拟合, 延伸分析未知点, 其精度高, 保证率好, 但在使用前必须做大量的基础试验, 不同的工程, 数值拟合公式不能通用。深入研究HPEC的本构关系, 获得适应性好的解析关系式, 是下一步HPEC的研究方向。
3) 极限延伸率
配筋混凝土的极限延伸率为
式中, ftk为混凝土抗拉强度标准值;ρ为配筋率;d为钢筋直径。
如前所述, 徐变对补偿收缩防止开裂是有利因素, 它可使普通混凝土的长期极限拉伸增加1倍左右, 即提高了混凝土的极限变形能力。因此, 在计算混凝土的抗裂性能时, 在考虑徐变的情况下, 混凝土的极限拉伸可增加50%, 则:
通过以上的分析计算, 我们可以针对具体工程参数和施工条件, 对膨胀混凝土进行定量设计和计算, 将计算所得的ε2、S、Sk等带入上述抗裂判据公式, 使之满足抗裂判据条件, 即可实现无缝施工而不开裂。
6 无缝抗裂设计施工方法
在传统意义上的后浇带处, 设置HPEC加强带, 带宽不小于2m, 带的两侧铺设密孔铁丝网, 防止不同膨胀率的HPEC混合, 为保证密孔铁丝网的刚度, 每间隔300mm可使用马凳筋加固。施工时, 加强带外用膨胀率为1.0~2.0×10-4的HPEC, 加强带内使用膨胀率为1.5~3.0×10-4的HPEC, 其强度比加强带外的HPEC要高一个等级。如此循环下去, 可连续浇注100~150m超长结构。如果HPEC的供应或施工力量达不到连续作业要求时, 施工缝应留置在加强带处, 该侧铁丝网应加工成“└┒”形, 使已浇筑HPEC接搓形成台阶状。
对于长度和宽度均超限的大体积混凝土结构, 可将结构水平面分成大小为50m×60mm左右的方块, 方块之间使用带宽为2m的加强带分隔, 沿平面对角线方向进行施工。
7 无缝抗裂设计及施工应注意的问题
无缝抗裂设计主要针对的是大体积混凝土由于温度变化带来的伸缩问题, 取消后浇带的无缝设计必须根据结构特点灵活运用, 兼有伸缩、沉降、抗震作用的结构缝不能取消。从这个角度讲, 地基量沉降小、结构布局规整、整体刚度均匀的大体积混凝土结构适用于该技术。
在HPEC的施工中, 要合理确定膨胀剂和配合比;高性能矿物质掺合料后, 一定要选用硅酸盐水泥而不能是复合水泥;HPEC对养护条件的要求要高于普通混凝土, 养护期也较长, 在干燥炎热地区使用尤其要注意水分的保养。
8 结论
无缝抗裂设计和施工的核心技术是通过计算限制膨胀率, 确定膨胀剂的掺量, 合理提高混凝土早期的抗拉强度, 从而抵抗施工阶段由于温度作用所产生的拉应力。该技术能够以加强带取代后伸缩缝或后浇带, 实现超长混凝土的连续浇筑, 结构整体性好, 施工程序简捷, 模板周转增快, 最终能够达到缩短施工工期和节省工程费用的目的。
参考文献
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超长无缝混凝土结构 篇8
混凝土是一种抗拉强度较低的胶凝性复合脆性材料, 韧性与体积稳定性较差, 易产生裂缝, 尤其是在混凝土从塑性状态逐步向固态发展的施工阶段, 混凝土处于由低强度向设计强度发展的过渡时期, 该过程中极限拉应力是一个由小到大逐渐增长的变量, 一旦因温度收缩变形等因素产生的拉应力超过当时的极限拉应力, 就会产生裂缝。环形超长无缝混凝土结构是指首尾相连的圆环形、椭圆形或多边形结构, 且其长度超过规范规定设置变形缝长度而又没有设置缝的一类结构, 多用于体育场馆等公共建筑, 该类结构往往较为复杂, 属于裂缝敏感结构, 对裂缝控制要求高且难度大。近年来, 纤维混凝土作为一种新型复合材料在国内各类工程中得到成功应用, 其中, 聚丙烯纤维以其强度高、耐久性与加工性好、质轻、价低及在低掺量下对混凝土的抗裂、抗渗效果改善显著等优良性能, 得到广泛的应用。本文在分析聚丙烯纤维混凝土特征与施工工艺基础上, 探讨其在环形超长混凝土结构裂缝控制中的应用。
1 聚丙烯纤维增强混凝土机理与效果
1.1 纤维混凝土的分类与特征
1.1.1 纤维混凝土的分类
纤维混凝土种类较多, 可按不同标准对其进行分类。按弹性模量大小可分为高弹性模量纤维 (如钢纤维、碳纤维、芳族聚酰胺纤维等) 混凝土和低弹性模量纤维 (如聚丙烯纤维、聚乙烯醇纤维、聚酰胺类纤维、聚酯纤维、纤维素纤维等) 混凝土;按纤维种类可划分为钢纤维混凝土、合成纤维混凝土、碳纤维混凝土、玄武岩纤维混凝土、玻璃纤维混凝土等[1], 其中, 合成纤维包括:聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、聚酰胺 (尼龙) 纤维、聚丙烯睛 (睛纶) 纤维、聚酷 (如涤纶) 纤维、聚乙烯醇 (维纶) 纤维等。
1.1.2 聚丙烯纤维混凝土的特征
聚丙烯纤维混凝土是目前研究较多、应用较广的一种合成纤维混凝土, 与钢纤维相比, 因其弹性模量较小被作为混凝土中的次级增强材料, 该类纤维具有密度低、直径小 (当量直径0.02~0.1mm) 、数量多 (0.9kg/m3的掺量即可获得700~3000万根的纤维单丝) 、在混凝土中纤维平均间距较小等特征, 这些特性可有效抑制混凝土塑性阶段和硬化早期因离析、泌水、温度收缩等原因引起的原生裂缝的产生和发展, 钝化原生裂纹尖端的应力集中, 连续和均匀化介质内的应力场, 减小混凝土的干缩, 从源头微观层次上阻止混凝土的裂缝和发展, 防止其性能劣化[2]。工程上应用较多的聚丙烯纤维有经表面改性的束状单丝纤维、网状纤维、微孔纤维、膜裂纤维等。
1.2 聚丙烯纤维增强混凝土的作用效果
1.2.1 混凝土的抗裂性
实际工程中, 为便于施工, 混凝土搅拌过程所使用的水往往比水泥水化所需要的水多, 混凝土浇筑后的塑性阶段强度很低, 常会因多余水分蒸发等因素而使混凝土产生塑性收缩裂缝。同时, 硬化早期的混凝土也可能会因干缩、温度收缩及碳化收缩而引起收缩裂缝。聚丙烯纤维掺入混凝土后, 在强制搅拌过程中单丝纤维能均匀分布于混凝土中, 并在混凝土内部构成有一定密度的三维乱向支撑体系。在微裂缝向细裂缝发展时, 会碰到不同方向的多条纤维, 从而使收缩变形引起的微裂缝受到纤维的限制, 纤维在弹性模量很低的塑性混凝土中传递应力, 使混凝土中收缩应力下降, 阻止微裂缝的扩展并延缓新裂缝的出现。同时, 均布于混凝土中彼此相粘连的大量细小纤维可“承托”骨料, 降低混凝土表面的析水量与集料的沉降, 减少塑性裂缝的产生。
1.2.2 混凝土的抗渗性
混凝土是一种非均质的多相混合体, 常因组分间的变形不协调、温度收缩等原因, 在混凝土内部引起一些以微观或宏观裂缝为代表的缺陷, 造成混凝土抗渗性能降低。混凝土的渗透性主要取决于混凝土中毛细现象产生的微渗水和孔隙及裂缝产生的宏渗水, 由收缩产生裂缝形成的透水通道引起的宏渗水, 是抗渗性能降低的主要因素, 避免混凝土产生裂缝是提高混凝土防水抗渗的有效途径。在混凝土中掺加聚丙烯纤维可有效抑制早期裂缝的产生, 减少初始收缩裂缝尤其是贯通裂缝的数量, 提高混凝土的抗渗性能。
1.2.3 混凝土的抗冻性
混凝土中掺入聚丙烯纤维后, 其内部各向随机均匀分布的纤维将负担部分因温度降低而引起的混凝土收缩应力, 阻止温度裂缝的扩展, 同时, 聚丙烯纤维混凝土抗渗能力的提高, 也有利于其抗冻能力的提高。
1.2.4 混凝土的韧性与抗冲击性
聚丙烯纤维刚度较低, 荷载传递能力较差, 但其在混凝土内部形成的一种三维乱向均匀分布网状增强系统, 改变了混凝土的内部结构、缓解了内部应力集中的程度、限制了微裂缝的发展、有效地减小了裂缝的数量与尺度, 增强了材料介质连续性, 当混凝土受冲击荷载作用时, 纤维可起到吸收能量、分担应力、阻断冲击波引起的局部应力集中、阻止混凝土中裂缝扩散与发展的加强筋作用, 达到改善混凝土耐受变形的能力及脆性, 明显提高其韧性及抗冲击与抗疲劳性能。
1.2.5 混凝土的抗压和抗拉强度
与高弹性模量的钢纤维和碳纤维等不同, 聚丙烯纤维弹性模量低、延伸率较高、物理化学性质较稳定, 掺入混凝土后对混凝土的抗压强度、抗拉强度和抗折强度的改善和影响不显著, 可视同普通混凝土进行设计与施工。当聚丙烯纤维的掺量超出一定范围后, 混凝土的抗压强度无明显提高, 甚至可能会略有降低, 但其弯曲拉伸及抗剪强度、最大强度过后的残余强度、峰值强度后的变形能力及韧性等方面的指标均有不同程度的提高。
聚丙烯纤维的掺入, 除使混凝土的抗裂、抗渗、抗冻、抗冲击等性能得到提高外, 抗冲刷与耐磨性、耐火性等方面综合性能也可得到有效改善。
2 聚丙烯纤维混凝土的工程应用与施工
2.1 聚丙烯纤维混凝土的工程应用
日臻完善的聚丙烯纤维混凝土技术已成为改善混凝土性能最为有效和广泛使用手段之一。聚丙烯纤维增强混凝土的机理及其优良的特性与作用效果, 决定了聚丙烯纤维混凝土有着广泛的工程应用前景, 已在国内外许多建筑与水利水电工程中成功应用。从已有工程应用实例及其特征方面看, 聚丙烯纤维混凝土的主要工程应用范围或部位可概括为:有较高抗裂要求的超长超宽超厚或超薄结构及易引起应力集中和裂缝的带洞口与刚度突变结构或构件;有较高抗渗防水要求的各类建筑物的楼屋面板、地面、露天建 (构) 筑物、地下商业街、地下停车场、地下室、水池、游泳池、集料池等底板和墙体, 以及水下、水利、海岸工程等;有较高抗裂抗渗及粘稠性要求的喷射混凝土工程, 如地下室基坑支护、隧道支护、护坡工程、建筑物穹顶和拱桥底部修补喷浆、水池及筒仓结构的预应力绕丝喷浆护面等;有较高抗裂、抗磨损和抗冲击疲劳性能要求的桩头和桩帽、高速与普通公路路面、桥面铺装层、机场跑道与停机坪、高速水流冲刷的溢流面、泄洪洞、消力池、溢洪道泄流槽、闸门门槽以及排沙孔道等部位的水利水电工程。
2.2 聚丙烯纤维混凝土的施工
混凝土中掺入聚丙烯纤维对水泥水化不会产生任何影响, 因此, 不需要调整配合比, 一般只需在基准混凝土中掺入0.6~1.2kg/m3、纤维长度为15~30mm的聚丙烯纤维即可, 即聚丙烯纤维混凝土所用的水泥、粗细骨料、水、外加剂等技术条件及配合比与普通混凝土相同。
聚丙烯纤维混凝土制作工艺流程为:先将砂、石、水泥进行干拌, 然后将其与聚丙烯纤维一起搅拌, 最后再加水搅拌形成聚丙烯纤维混凝土。搅拌时间以纤维在混凝土中均匀分散为准, 可以与不加聚丙烯纤维时搅拌时间基本相同或稍加延长, 一般为3~5min, 搅拌过度或延长搅拌时间不会影响纤维的分布和纤维强度, 也不会造成结团和改变其工作性能。聚丙烯纤维比表面积很大, 吸附水较多, 纤维的加入会增加混凝土拌合料的粘稠度, 降低流动性和坍落度。如施工浇筑困难时, 为改善拌合物的和易性, 一般不宜增加用水量, 可掺加适量的引气剂、减水剂或高效减水剂, 也可掺入质量分数不超过10%粉煤灰。纤维混凝土运输与普通混凝土没有区别, 因为纤维的均匀分布阻止了混凝土中水的移动, 需要适度地增加一定的振捣时间, 根据不同的混凝土振捣的时间也不一致, 一般情况下每点振捣30~40s。
成型与养护:聚丙烯纤维是一种惰性材料, 不影响混凝土的成型特性, 能适应多种表面处理工艺, 如压实成型、手抹刀挤抹、动力抹压、表面涂层处理、涂颜色、干刷等, 抹面时不可使用过于毛糙的工具, 以免带出纤维, 加入纤维的混凝土表面出浆较慢较少, 泌水较少, 抹面较涩且相对困难, 收面工序宜适当推后至接近终凝时进行, 施工中不必追求表面光滑, 抹面次数不宜过多, 以免影响纤维网对抑制塑性裂缝的作用。纤维混凝土养护无特殊要求, 与普通混凝土养护方法和过程相同。
3 工程应用实例
南昌国际体育中心体育场高51.85m, 地上六层, 整个场地平面呈环形, 外环是直径为292.6m的圆, 周长919m, 内环是短轴137.5m、长轴194.5m的椭圆, 整个工程规模巨大, 设总坐席数57195, 不设伸缩缝, 施工难度大, 工期短。
针对该环形无缝超长混凝土结构对温度收缩敏感、结构复杂洞口多应力集中现象严重、对裂缝控制要求高等特点, 在温度收缩应力较大区域采用了聚丙烯纤维混凝土, 即沿体育场环向布置8条阻裂聚丙烯纤维混凝土带 (图1) 。实践表明, 聚丙烯纤维混凝土对防止及抑制环形超长无缝结构温度收缩等因素引起的裂缝是有效的, 提高了该类结构抗裂和抗渗等性能。工程完工至今未发现因温度收缩等引起的裂缝, 无渗漏现象。
4 结语
混凝土作为一种复合型脆性材料, 内部不可避免地存在着微裂缝等自身原始缺陷问题, 利用纤维增强混凝土, 是改善混凝土固有缺陷、提高混凝土综合性能、扩大混凝土结构应用范围的有效途径。工程实践表明, 聚丙烯纤维混凝土对防止及抑制环形超长无缝结构温度收缩等因素引起的裂缝是极有效的。
参考文献
[1]何松华, 赵碧华, 刘永胜.纤维混凝土技术的研究新进展[J].商品混凝土, 2009 (3) :49-51.
大型购物广场超长结构无缝设计 篇9
工程实例为某大型购物广场工程。
1 工程概况
该购物广场工程位于广东省某市城区内, 为一层地下室平台上的三塔建筑。南边为两栋地下一层地上20层的商住公寓, 北边为一栋地下一层地上4层的购物广场。此次研究的对象为北边4层的购物广场。
该购物广场地上部分总建筑面积为41883.44m2, 平面形状为162m×64.8m的矩形形状, 见图1。柱网尺寸为8.1m×8.1m, 屋面标高为22.650m。本建筑采用框架结构体系, 并通过在电梯井处设置剪力墙形成少墙框架结构。典型框架梁截面为300x800和300x600, 次梁截面为250x600, 楼板厚度为120mm。结构嵌固端为地下室顶板, 本地区抗震设防烈度为6度, 设计基本地震加速度为0.05g, 设计地震分组为第一组, 基本风压为0.35k N/m2。由于本建筑为人流密集的大型的多层商场, 所以根据建筑工程抗震设防分类标准GB50223-2008, 本建筑抗震设防类别应划为重点设防类 (乙类) , 应按高于本地区抗震设防烈度一度的要求加强其抗震措施。综上, 本工程框架和抗震墙的抗震等级均为三级。
由于建筑使用功能的需要, 对该结构做不设温度缝的设计。
2 温度应力分析
2.1温度场的建立
温度场与建筑结构所处的温度坏境有关, 不仅受坏境最高温度、最低温度的影响, 而且还与温度场建立的温度有关。根据《建筑结构荷载规范》均匀温度作用的标准值应按下列规定确定:
对结构最大温升的工况, 均匀温度作用标准值按下式计算:
式中:△TK——均匀温度作用标准值 (℃) ;
Ts, max——结构最高平均温度 (℃) ;
T0, min——结构最低初始平均温度 (℃) 。
对结构最大温降的工况, 均匀温度作用标准值按下式计算:
式中:Ts, min——结构最高平均温度 (℃) ;
T0, max——结构最低初始平均温度 (℃) 。
结构最高平均温度Ts, max和最低平均温度Ts, min宜分别根据基本气温Tmax和Tmin按热工学的原理确定。对于有围护的室内结构, 结构平均温度应考虑室内外温差的影响;对于暴露于室外的结构或施工期间的结构, 宜依据结构的朝向和表面吸热性质考虑太阳辐射的影响。
结构的最高初始平均温度T0, max和最低初始平均温度T0, min应根据结构的合拢或形成约束的时间确定, 或根据施工时结构可能出现的温度按不利情况确定。混凝土的合拢温度一般可取后浇带封闭时的月平均气温, 钢结构的合拢温度一般可取合拢时的日平均温度。
综上所述, 结合本工程实际情况和计算简化的原则, 结构最高平均温度Ts, max和最低平均温度Ts, min, 分别取当地年平均最高气温和年平均最低气温。通过查阅当地气象资料, 分别为35℃和5℃。本工程的施工时间为3、4月份, 后浇带的封闭时间为5~7月份 (考虑后浇带混凝土的养护时间不少于27d) 。所以结构的最高初始平均温度T0, max和最低初始平均温度T0, min分别取当地5-7月份的最高温度和最低温度, 分别为25℃和20℃。温差计算如下:
《混凝土规范》9.1.3条中指出:“当增大伸缩缝间距时, 尚应考虑温度变化和混凝土收缩对结构的影响。”混凝土收缩可通过等效当量温度来考虑, 但结构间隔30~50m设置后浇带时, 可考虑后浇带封闭之前混凝土收缩完成60%;同时混凝土水化热产生的温差在后浇带封闭之前已经得到平衡, 计算时可不考虑该等效当量温度。
2.2温度应力计算
温度应力计算采用PMSAP通用有限元分析软件, 全楼楼板定义为壳单元, 升温和降温的温差定义为温荷1和温荷2输入。程序按线弹性理论计算结构的温度效应, 对于钢筋混凝土结构, 考虑到温差的时间特征, 会出现徐变而引起应力松弛等非线性因素, 实际的温度应力将小于按照弹性计算的结果, 所以取徐变应力松弛系数为0.3。依据《建筑结构荷载规范》的规定, 其组合值系数为0.6, 频遇值系数为0.5, 准永久值系数为0.4。计算结果见表1, 二层楼板温降工况下x向应力等值线见图2。
2.3计算结果分析
通过计算结果可知, 二层楼板的平均温度应力为1.1~1.5 MPa, 小于混凝土 (C30) 的抗拉强度标准值 (2.01MPa) , 仅在扶梯洞口边缘和电梯井筒附近出现了较大的应力, 平均为2.2 MPa。其原因主要为楼板开大洞导致的应力集中以及电梯井筒处剪力墙对楼板的约束较强, 导致井筒附近出现了较大的楼板应力。对此部分楼板应加大楼板钢筋配筋面积;而在各层楼板平均温度应力中二层楼板应力最大且逐层递减, 其原因为结构的底部楼层受到约束最强, 所以产生的温度应力最大。
3设计技术措施
经过上述计算分析, 对本工程结构的温度应力问题主要采取以下措施予以解决:
(1) 留设后浇带, 后浇带间距30~40m, 带宽800~1000mm, 后浇带内钢筋采用搭接接头, 后浇带混凝土在60天后浇筑。后浇带封闭时间应选择低温时节, 后浇带浇筑完毕后亦须加强养护。
(2) 楼板设计, 对所有超长的楼层楼板配筋均采用双向通长的配筋方式。对结构的二层和屋面层适当加大楼板配筋率。结合重力荷载作用下的配筋面积, 二层和屋面层楼板x向配筋为8@150通长, 其余楼层为8@200通长。对二层楼板温度应力大于2.0MPa的区域采用10@100双层双向配筋。楼板底部钢筋在支座处应拉通设置, 否则应按受拉锚固设计。
(3) 楼层梁设计, 楼层梁应按拉弯或压弯构件计算, 并与原配筋计算结果 (不考虑温度荷载) 包络设计。框架梁上部两根负筋通长, 二层和屋面层的次梁上部两根支座筋通长, 其余楼层采用不少于2根14的架立筋与支座筋搭接, 搭接长度满足受拉搭接要求。梁两侧腰筋总配筋率不少于0.2%, 腰筋在支座处满足受拉锚固设计, 即按抗扭腰筋设置。对二层梁轴力较大的洞口边缘和电梯井筒附近的梁适当加大通长筋和腰筋面积。
(4) 框架柱和剪力墙设计, 框架柱和剪力墙配筋与原配筋结果取包络。对平面两端和受阳光直射的剪力墙适当加大配筋率至0.3%。
(5) 采用收缩小的水泥、减少水泥用量、在混凝土中加入适宜外加剂。混凝土应低温入模。施工时应做好新浇混凝土的养护工作。施工单位应在混凝土浇筑施工组织设计编制中协调搅拌站、监理、设计及甲方管理部门对混凝土浇筑、振捣、养护及塌落度控制做出技术方案, 并严格执行, 特别是塌落度的控制更应严格且得到搅拌站的同意。
(6) 保温隔热施工应结合主体施工进度尽快进行, 屋顶花园覆土施工应在主体完工后尽快进行。
4结束语