补偿收缩混凝土超长结构裂缝控制

补偿收缩混凝土超长结构裂缝控制所谓超长结构，是指结构长度超过《混凝土结构设计规范》中伸缩许可间距者。中华人民共和国国家标准《混凝土结构设计规范》(GB50010-2002)第9.1条对钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距规定：室内或土中的框架结构为55m，露天35m；剪力墙结构相应为45m和30m；地下室外墙或挡土墙相应为30m和20m。规范给人们这样一个印象，解决超长钢筋混凝土结构因干缩和由温度收缩应力引起开裂的唯一办法就是设置伸缩缝和分期浇筑。但大量工程实践证明，留缝并不能较好地解决混凝土构造物的开裂问题。例如，北京十三陵水库九龙宫的“海下通道”在施工中留有几道后浇缝，但在混凝土拆模后发现，20m为一段的混凝土墙体出现了贯穿性裂缝。据报道，对伸缩缝间距W30m的现浇混凝土结构所调查的8项工程中，裂缝率占100%；而超长30m的现浇混凝土结构所调查的30项工程中，裂缝率仅占26.7%。说明了按现行规范伸缩缝间距W30m的工程也有可能产生较严重的裂缝。对现浇大体积混凝土的航务工程伸缩缝间距V20m的裂缝率为34.9%,超长20m的裂缝率为32.7%[19]，超长的裂缝率与非超长裂缝率几乎相同。这使得人们不由地对混凝土构造物的伸缩缝间距与实际发生裂缝的可能性有无直接关系产生怀疑。从大量的国内外设计实践和各国的设计规范中可看出，国内外对有关结构物长度问题上存在两个学派和设计方法。一是留伸缩缝学派，另一个是不留伸缩缝学派。留缝派的设计方法是建筑物每隔一定距离必须留缝；无缝派的设计方法是取消伸缩缝。就所查找到的资料显示，无论哪一学派的设计方法都是由经验决定的，尚未看到系统的理论依据。既然留缝派和无缝派都不能很好地解决混凝土结构的开裂问题，就应该寻找比较积极的技术途径来解决这类问题。补偿收缩混凝土使混凝土的抗裂性能得到了改善，是超长结构裂缝在一定程度上得到有效控制的最佳途径之一。

面从收缩应力角度对补偿收缩混凝土超长结构裂缝控制进行分析。工民建的整体式基础，箱形基础的底板，楼板等，其特点是厚度（或高度）H远小于长宽尺寸L，当H/LW0.2时，板在温度收缩变形作用下，离开端部区域，板的全截面受拉应力较均匀。在地基和梁柱约束下，将出现水平法向应力O。从工X程实践可知，O是设计主要控制应力，是引起垂直裂缝的主要应力，其最大值oX出现在板截面的中点处。max当o 超过混凝土的抗拉强度（Rt）时，板中部出现第一条垂直裂缝；开max t裂后，每块板的水平应力重新分布，最大应力o'出现在每块板的中部，当o'X X>Rt,又形成第二批裂缝，……见图4。这种裂缝的有序排列经常在工程中见到。为防止这种有序裂缝的出现，工程中靠设置伸缩缝或后浇带来释放收缩应力。这是控制裂缝的主要措施之一。图4应力与裂缝的分布示意图水平法向应力公式：=—EaT(1—coshHEmacoshHE式中，C—水平阻力，H—板厚，E—混凝土弹性模量X由公式可见，伸缩缝或后浇带只在较短的间距（L）范围对消减收缩应力（Oma）起显著作用，超过一定长度，即使设伸缩缝或后浇带也没有意义。按理论ma计算，消减omax的有效间距为20〜60米。下面谈到的膨胀加强带间距也应设在niax此范围内。根据水平法向应力曲线，设想在O处给予较大的膨胀应力O，而在两侧maxc给予较小的膨胀应力，见图5，使结构的收缩应力得到大小适宜的补偿，从而控制有序裂缝的出现。图5膨胀应力oc补偿收缩应力omax示意图在工程中，如何实现上图的收缩补偿应力曲线呢？请参看下面的示意图（图6）。图6膨胀加强带示意图在最大收缩应力o处，设置膨胀加强带，带宽2〜3m，两侧架设快易收max口网或密孔铁丝网，目的是防止两侧混凝土流入加强带。施工时，加强带两侧用限制膨胀率较小的补偿收缩混凝土浇筑，膨胀加强带内用的填充用膨胀混凝土浇筑。根据工程具体情况及现场施工组织能力，或选择“连续式”膨胀加强带，实现连续浇筑；或选择“间歇式”膨胀加强带（待两侧补偿收缩混凝土浇筑完成后不早于7天封闭），实现超长钢筋混凝土结构无缝施工中“抗”、“放”结合的裂缝控制原则。膨胀加强带的作用可以通过图7所示的模型加以解释。图7膨胀加强带原理图从图7中可以看出：超长混凝土结构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，a三Rt,开始发生开裂，max t收缩能释放；仅采用小膨胀补偿收缩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的延伸而增长，达到G、I两点时，a三Rt，开始产生开裂，补偿收缩混max t凝土的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。当大面积采用补偿收缩混凝土、适当部位局部使用填充用膨胀混凝土形成膨胀加强带，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，由于加强带部位存储较大自应力（或膨胀能）对其进行补偿，使其应力降低，然后随长增加重新增长，但最终结构中部最大应力值小于混凝土的抗拉强度，即aWRt，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［20］。max t1987年底，北京十三陵水库九龙宫的