超长结构大体积混凝土无缝施工技术

超长结构大体积砼无缝施工技术【摘要】混凝土裂缝缝是其材料的的固有属性，本本文针对大体体积混凝土裂裂缝形成的主主要因素，采采用补偿收缩缩的办法，并并通过原材料料的选择和其其他施工方法法的综合应用用，有效地控控制了砼的裂裂缝，达到了了预期的效果果。【关健词】超长结构；；混凝土；裂裂缝；补偿收收缩；内应力力计算；引言随着我国建筑向向大型化和多多功能化发展展，其基础的的尺寸越来越越大，但迄今今，对于大体体积混凝土的的温度场变化化和温度裂缝缝产生的规律律性还缺乏系系统的研究，对对于混凝土的的温度变化及温度应应力还不能精精确计算。对对大体积砼，按按传统的设计计方法，必然然按规定设置置后浇缝以防防止结构收缩缩开裂，但后后浇带的施工工无疑会给结结构设计和施施工带来很大大麻烦，且延延长施工工期期。为此，应用吴中伟教教授提出的采采用补偿收缩缩混凝土，在在超长结构的的大体积混凝凝土中采用无无缝设计与施施工技术(注：这里所所说的“缝”指的是释放放温度和干缩缩应力的后浇浇缝，它不包包括沉降缝)，取消后浇浇缝，既方便施工，又又经济合理，具具有显著的技技术经济意义义。一、工程概况：：天津***中心心为商住一体体的综合性建建筑，呈L型分布，分分为A、B两区，其中A区长129.225m，宽86.3m，地上为两两栋高约140m高层建筑(剪力墙结构)和底层4层裙房组成成，基础底板板1500mmm，承台2500～2800mmm；B区长72.8m，宽67.4m，地上为50层主楼(剪力墙结构)和下部5层裙房组成成，基础底板板厚1400，部分1800mmm和2100mmm，混凝土强强度等级为C40P8。工程防水水原设计采用用柔性外防水水体系(SBS防水)。本工程于20005年8月15日开工，为为达到业主销销售的条件，10月15日前必须完完成地下两层层结构。但工工程存在几个个的难点：①结构超长，按按常规设计应应设多条收缩缩和沉降后浇浇带，施工复复杂；②地下水位高高，室外地坪坪-1.2000处即有地下下水，后浇筑筑缝处理不好好将留下渗漏漏隐患；③底板外防水水施工，工序序多，工期长长。针对工程程存在的难点点，经多方讨讨论，采用无无缝施工技术术，增加砼底底板的抗渗能能力，取消外外防水施工。为为此对混凝土土的裂缝的形形成和大小进进行了分析，对对裂缝的补偿偿进行了验算算。二、影响混凝土土裂缝形成的的主要因素混凝土构件产生生裂缝的原因因很多,大致可分为为两大类,即结构性裂裂缝及非结构构性裂缝,前者是由外外荷载引起,,而后者则是是由变形变化化等因素如温温度、收缩、不不均匀沉降等等引起。据有有关资料统计计,工程实践中中构筑物的裂裂缝大多属非非结构性裂缝缝。在混凝土土的非结构性性裂缝中,收缩裂缝、温温度裂缝又占占了相当大的的比例。2.1温度变形形裂缝混凝土的温度变变形由两部分分组成：①在混凝土硬硬化过程中，由由于早期水泥水化化热的集中释释放产生大量量热量，大体体积混凝土内内部因散热慢慢而使其温度度急剧升高，产产生内外温差差，内部混凝凝土膨胀，而而外部混凝土土经散热，温温度降低而收收缩，形成温温差裂缝。②由于环境温温度的变化，根根据混凝土热热胀冷缩的性性质，在温度度下降后混凝凝土必将产生生收缩而产生生拉应力，当当拉应力超过过混凝土的抗抗拉强度时，将将产生裂缝。2.2干缩变变形裂缝混凝土的干缩变变形是由于混混凝土中水分分蒸发而引起起的。当混凝凝土在空气中中硬化时，其其中的水分会会逐渐蒸发，使使水泥石中的的胶凝体逐渐渐干燥而产生生收缩，从而而产生干缩变变形。在混凝凝土受到某种种约束的情况况下，干缩变变形会使混凝凝土出现较大大的拉应力，特特别是在初凝凝阶段，由于于混凝土抗拉拉强度十分低低，容易引起起混凝土开裂裂。三、补偿收缩防防治裂缝的主主要原理3.1设计思思路针对混凝土裂缝缝存在的不可可避免性，中中科院院士吴吴中伟提出采采用补偿收缩缩的办法来减减少和避免裂裂缝，其原理理是利用外加剂的膨胀胀作用来防止或减少收缩裂裂缝。超长结构混凝土土的无缝设计计就是利用补补偿收缩的原原理，利用掺掺膨胀剂在水水泥硬化过程程中的膨胀作作用，在钢筋筋和邻位的约约束下，在结结构中生成一一定的预压应应力，抵抗收收缩变形时产产生的拉应力力。同时对结结构太长的结结构，可在应应力集中的地地方设置膨胀胀加强带来取取代后浇带，以以给予较大的的膨胀应力，来来实现无缝设设计。3.2外加剂的的选择为实现混凝土在在施工中不留留施工后浇带带的目的，达达到其自身的的抗裂和防水水作用，我们们对目前市场场是的各种膨膨胀剂进行了了调查，目前前市场上的种种类鼓胀剂和和防水剂种类类较多，效果果普遍较好，但但各类外加剂剂功能单一，只只具有抗裂或或防水作用，对对外加剂实行行抗裂抗渗双双标控制的品品种不多，通通过对市场的的调查，最终终选择了具有有双标控制的的一种外加剂剂---CSSA。CSA是一种低碱性性、低掺量、高韧性、后后期收缩小的的膨胀剂，其主要矿物物组分为无水水硫铝酸钙(C4A3S)。CSA的抗裂防防水机理：在在混凝土中掺掺入CSA抗裂防水剂剂后，CSA与水泥反应应生成大量的的钙矾石，与与掺加的聚合合物组分共同同填充混凝土土的毛细空，使使混凝土更加加密实，后期期收缩降低。同同时在掺入外外加剂后，通通过水泥的化化学反应，使使混凝土产生生适量的膨胀胀，在钢筋的的临位限制下下，在钢筋混混凝土的内部部产生0.3～1.0MPPa的预压应力力，这一压应应力可大致抵抵消混凝土在在硬化过程中中产生的收缩缩拉应力，从从而防止或减减少混凝土收收缩开裂，并并使混凝土致致密化，提高高了结构的防防渗能力，达达到结构自防防水能力，同同时有效地控制了了混凝土的微微裂缝。四、内部应力的的计算1、混凝土补偿偿收缩的方法法膨胀混凝土补偿偿作用的大小小,主要决定于于其膨胀能和和限制程度。目目前国内外都都采用“试验—估算”法来选定限限制膨胀率来来补偿收缩。根据吴中伟教授的研究成果得：D=ε2m+εr+εp-S±C为了简化计算，我我们将εr(弹性变形)、εp(塑性伸长)和C(徐变)忽略不计，将将补偿收缩通通式偏安全地地简化成：ε2m-（S22+ST）=D≤│SK│式中：ε2m--补偿收缩混混凝土限制膨膨胀值；S2-混凝土的干干缩值；ST-混凝土的冷冷缩值；D-剩余变变形，D＞0时，混凝土土内无拉应力，D＜│SK│时，混凝土土不会产生裂裂缝；式中各值的计算算方法：(1)S2，即即混凝土的收收缩变形εy(t)，S2=εy(tt)=εy0(1--e-0.001t)*M1M2……M10----------------(1))εy0为标准状状态下最终收收缩值，取3.24××10-4，M1，M2……M10为各种非非标准条件的的修正系数，可可从有关专著著或手册中查查到。(2)ST，为为混凝土最大大冷缩值，ST=(T11-T2)**αα为混凝土的膨膨胀系数α=1×10-55℃。T1(t)=TTj+Th··ξ(t)-----------------(2)Tj为混凝土浇浇筑温度，ξξ(t)为t龄期降温系系数，可查表表Th为混凝土最最大绝热温升升，Th==(Wc+kkF)Q/ccρT2(t)=TTq+4h’’(H-h’)[T1((t)-Tqq]/H2---------------((3)Tq为施工期大大气平均温度度，H为混凝土计计算厚度，H=h+22h’；h为混凝土的的实际厚度，h’为混凝土虚虚厚度，h’=k·λ/β，k折减系数，λ为混凝土导导热系数，β为表面传热热系数；(3)SK，为为混凝土的极极限拉伸值，可可采用有关专专著经验公式式进行计算：：εp=7..5ƒt(0.11+μ/d)100-4(lnnt/ln228)----------------(4)式中εp-配筋后的混混凝土极限拉拉伸；ft-混凝土抗裂裂设计强度，MPa；μ-配筋率μμ×100；d-钢筋直径，cm。2、混凝土补偿偿收缩的实际际计算(1)补偿收缩缩混凝土ε2m设计值的确确定在***工程的的大体积混凝凝土中，混凝凝土设计等级级C40，采用场425#矿渣硅酸盐盐水泥，水泥粗骨料细骨料水外加剂CSA粉煤灰矿粉26611017341758.8443010014.142.760.662.0%0.170.110.38水灰比=0.550，Rf=1..75×100-4MPaa,容重τ=24000kg/m33。配筋率μ=0.888%,钢筋直径d=28mmm,e=22.718,,m=0.3384,1mm厚混凝土3d降温系数ξ(3)=0.6022,非标准状态态系数M2=1..13,M44=1.211,其余均为1,混凝土线膨膨胀系数a=1×110-5/℃。经查表M1M2……M10=1.110；(1)求S22（干缩值）S2=εy(tt)=εy0(1--e-0.001t)*M1M2……M10则经过计算：计算项目7d14d28dS2(10-44)0.240.470.87(2)求STT（冷缩值）ST=(TT1-T2))a已知实际情况可可知：白天温温度30℃，夜间温度22℃，ξ(t)=00.602，根据上式(2))、(3)计算可得：：计算项目7d14d28dT158.0048.2736.27T240.836.2331.02St(10-44)1.721.200.53(3)求Skk(极限拉伸值)Sk=εp=77.5ƒt(0.11+μ/d)100-4(lnnt/ln228)计算项目7d14d28dSk(10-44)0.931.271.6(4)根据εε2m-（S2+ST）=D≤│SK│的要求，即满足要ε2mm≥（S2+ST）-SK‘的要求计算项目7d14d28dS2+St(110-4)1.961.671.40Sk(10-44)0.931.271.6ε2m≥1.030.4---3、计算与实测测检验对比在实际施工中经经实际对混凝凝土膨胀率的的实测，其实实测值为：检查项目水中7d水中14d水中28d膨胀率1.61.82.6(此数据为天津津市检测中心心、天津市质质量检测站第第24站2005--512488-1报告数据)通过实际检测和和计算结果对对比，各期的的安全系数均均大于1.15，，因此，结结构不会出现现裂缝。五、裂缝形成的的其它原因的的施工措施温度变形与混凝凝土的浇筑温温度、水泥结结硬过程中产产生的水化热热引起的温升升、施工季节节以及环境温温度的变化有有关。1)、水泥为减少水泥的水水化热，在水水泥的选择上上，采用了天天津振兴水泥泥厂生产的低低热矿渣硅酸酸盐水泥。同同时减少水泥泥用量，降低低混凝土的温温升值，在满满足设计和混混凝土可泵送送性的前提下下，在底板C40P8混凝土将4225#水泥用量控控制在266kg／m3。2)、掺外加剂剂，控制水灰灰比为增加混凝土的的和易性和可可泵性，除添添加具有防水水剂、膨胀剂剂、减水剂、缓缓凝剂4种功能的复复合外加剂和和CSA外，还添加加了粉煤灰30Kg和矿粉100Kg。提高了混混凝土的和易易性，使用水水量减少200％左右，并并延长了初凝凝时间；3)、严格控制制骨料级配和和合泥量选用25mm连连续级配碎石石，细度模数数2.5的中砂。砂、石含泥泥量控制在11％以内，并并不得混有有有机质等杂物物，杜绝使用用海砂。4)、严格控制制混凝土入模模温度施工过程中对碎碎石洒水降温温，保证水泥泥库通风良好好，中午采用用冰块降温，使使入模温度控控制在25℃左右。5)、合理划分分施工为了减少裂缝出出现的概率，加加快施工进度度，在施工中中划小应力计计算单元，减减少应用的累累计值，同时时便于小流水水作业施工，在在施工时，取取消施工后浇浇带，适当增增加施工缝，根根据工程的实实际情况，在在施工中划分分为八个施工工段，每段面面积为500m2左右，每个个施工段间隔隔施工，时间间间隔不低于于7天，在流水水段施工时间间上有冲突时时，进行了跳跳仓施工，满满足了前期释释放部分应力力的需要。6)、做好混凝凝土表面处理理与养护混凝土保温保湿湿养护是控制制温度和干缩缩变形的关键键环节。保温温养护的目的的主要是降低低大体积混凝凝土的内外温温差值以降低低混凝土的自自约束应力，其其次是降低大大体积混凝土土的降温速度度，充分利用用混凝土的抗抗拉强度，以以提高混凝土土的抗裂能力力，以达到防防止或控制温温度裂缝的目目的。同时，在在养护过程中中保持良好温温度和防风条条件，防止混混凝土的干缩缩变形。每段段混凝土施工工结束终凝后后，在周边砖砖砌180mm高砖围护，进进行蓄水养护护，并根据大大体积混凝土土的内外温差差的变化调整整养护水的厚厚度，最厚时时为150mm，一般情况况下为110mm，蓄水养护14天后撤水进进入下道工序序施工。六、效果与分析析混凝土收缩是一一种必然现象象,因此对普通通混凝土而言言,要完全防止止收