超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)變形的機(jī)理和預(yù)防措施

摘要:論述了建筑結(jié)構(gòu)中大體積混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的機(jī)理,介紹了實(shí)際工程中正確處理變形裂縫的措施。

關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu);變形裂縫;大體積混凝土

中圖分類(lèi)號(hào): TU37516　　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B　　　文章編號(hào): 1003 - 0506 (2007) 02 - 0063 - 01

1　導(dǎo)致結(jié)構(gòu)變形的因素

　　導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)變形除了因動(dòng)、靜荷載作用引起外,結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)外的溫度變化,材料的收縮和徐變等同樣會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不能忽略的變形。這里就混凝土澆筑過(guò)程的水化熱、混凝土材料自身的收縮及建筑物所處環(huán)境溫度變化所造成的變形進(jìn)行討論。

1．1　水化熱

　　混凝土水化過(guò)程產(chǎn)生大量的水化熱,對(duì)大體積混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮水化的影響。在現(xiàn)行的《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》( JGJ /T55296)中的6．5節(jié)規(guī)定:混凝土結(jié)構(gòu)物中,實(shí)體最小尺寸大于或等于1 m時(shí),稱(chēng)大體積混凝土。這種厚實(shí)的結(jié)構(gòu)在升溫階段,混凝土處于塑性,約束應(yīng)力很小;但降溫時(shí),彈性模量很快增加,若處理不當(dāng),混凝土內(nèi)外溫差會(huì)很大,往往混凝土表面已經(jīng)硬化而內(nèi)部溫度仍很高,較大的溫度梯度造成了變形受約束而開(kāi)裂。如某礦一個(gè)主抽風(fēng)機(jī)基礎(chǔ),采用C25混凝土共1 300 m3 ,由于施工措施不當(dāng),拆模后就開(kāi)裂了。根據(jù)加固用化學(xué)灌漿液量反算,裂縫取平均寬0．36 mm計(jì),基礎(chǔ)中開(kāi)裂面積達(dá)800 m2。

1．2　混凝土脹縮

　　混凝土同樣有“濕脹干縮”現(xiàn)象,它們要經(jīng)過(guò)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間才趨穩(wěn)定。通常齡期1 a的混凝土收縮量約為總量(齡期以20 a計(jì))的80%,而齡期2個(gè)月為50%?；炷潦湛s主要來(lái)自水泥漿的收縮,水灰比越大,收縮越大。此外,水泥用量、水泥細(xì)度、構(gòu)件截面形狀以及環(huán)境條件(溫度、濕度等) ,對(duì)結(jié)構(gòu)收縮都有影響。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下極限收縮εy0 ( ∞) = 3．24×10- 4。實(shí)際結(jié)構(gòu)的最終收縮由于受上述各因素影響,需要用相關(guān)系數(shù)進(jìn)行修正:εy ( t) = 3．24 ×10- 4(1 - e- bt )M1M2 Mn。

1．3　環(huán)境(大氣)溫度影響

　　混凝土在常溫下的線膨脹系數(shù)ac = 1 ×10- 6(每攝氏度計(jì)) 。當(dāng)環(huán)境氣溫發(fā)生變化時(shí),結(jié)構(gòu)本身溫度也隨之而變化。即混凝土結(jié)構(gòu)隨氣溫的冷暖而發(fā)生縮脹,這種變化每年一輪回,而不象前2種因素那樣一次性完成。

2　減少變形“荷載”途徑

2．1　水化熱

　　(1)水化熱的升溫。在無(wú)任何熱損耗的條件下,大體積混凝土絕熱溫升估算:Tmax =WQ / (Cr)式中, Tmax為水化熱極值, ℃;W 為混凝土水泥用量,kg/m3 ; Q 為水泥水化熱量, J /kg; C為混凝土熱比,一般0. 92 ～1. 00 J / ( kg·K) ,取0. 96 J / ( kg·K) ; r為混凝土的密度,取2 400 kg/m3。

　　(2)減少水化熱“升溫”導(dǎo)致的溫差變形: ①采用低水化熱的水泥; ②采用能降低早期水化熱的混凝土外加劑; ③采用摻合料(加粉煤灰等) ; ④采取措施增加骨料的摻合用量,減少水泥用量。

　　(3)控制溫度。對(duì)大體積混凝土在養(yǎng)護(hù)期應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件,使混凝土內(nèi)部和外表的溫差不超過(guò)25℃。為此,宜采用保溫性能好的模板,并防止模板表面受到暴雨“急冷”或迎風(fēng)向的迅速散熱等情況的發(fā)生。

2．2　材料的收縮

　　混凝土材料的收縮,取決于所用材料的用量和性質(zhì)。施工中應(yīng)盡可能地降低水灰比,減少水泥漿用量,加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)及創(chuàng)造濕潤(rùn)環(huán)境。摻外加劑是處理因水化熱降溫和混凝土自身收縮引起開(kāi)裂的較好方法。當(dāng)采用UEA作外加劑,摻入量為8%～14%時(shí),其限制膨脹率為2 ×10- 4 ～2 ×10- 6。對(duì)比前述混凝土極限收縮εy的討論,在混凝土中合理?yè)饺險(xiǎn)EA類(lèi)外加劑,就可以抵消因收縮而產(chǎn)生導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂的大部分拉應(yīng)力。在處理超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)中,處理因水化熱、材料收縮2種因素造成混凝土開(kāi)裂的常用方法是預(yù)留“后澆帶”。其原理是一種“化整為零”“放”的方法,即在施工過(guò)程中人為地使混凝土結(jié)構(gòu)“變形”、區(qū)段單元變小。這樣可導(dǎo)致對(duì)混凝土脹縮變形的約束相對(duì)減小(相應(yīng)的約束應(yīng)力也有所減小) 。因?yàn)橛伤療峤禍卦斐傻氖湛s和硬化過(guò)程造成的收縮是一次性的,后澆帶處理得當(dāng),可以防止這種原因造成的裂縫。后澆帶的預(yù)留目的與時(shí)間: ①讓前述的2種變形盡量完全釋放,水化熱的升溫大約在澆筑后2～5 d,而其降溫時(shí)間需要10～30 d; ②因?yàn)楹鬂矌У臐仓喈?dāng)于將原來(lái)“化整為零”不連續(xù)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)“拼零為整”,復(fù)原后的結(jié)構(gòu)屬超長(zhǎng)結(jié)構(gòu),稱(chēng)之為“合攏”,合攏后的這個(gè)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)將承受年溫差變化的脹縮。因此,施工后澆帶的合攏時(shí)間不宜選擇地區(qū)溫度的極點(diǎn)時(shí)間(最冷或最熱) ,而應(yīng)選擇年度氣溫差較小的季節(jié),以保證鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)承受的溫差變形最小。

2．3　大氣溫差造成的脹縮

　　由于混凝土材料的收縮齡期1 a僅完成80%,而膨脹劑的膨脹量1 a內(nèi)基本已完成,二者達(dá)不到完全同步,因此還會(huì)有一定的殘余量。對(duì)此在實(shí)際工程中可采取以下措施: ①通過(guò)溫度應(yīng)力驗(yàn)算,增大抗溫度應(yīng)力配筋; ②對(duì)某些結(jié)構(gòu)采取減少年度溫差的措施(如保溫隔熱等) ; ③采用預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu); ④提高混凝土的抗拉強(qiáng)度(如采用纖維混凝土等) ; ⑤按規(guī)范要求合理設(shè)縫。

3　結(jié)語(yǔ)

　　由水化熱降溫和混凝土材質(zhì)收縮引起的裂縫,其內(nèi)應(yīng)力將隨裂縫的產(chǎn)生而釋放,這種裂縫可以通過(guò)修補(bǔ)堵縫的方法加以處理;而大氣溫差造成的裂縫,照此處理則是無(wú)法解決的。