超长混凝土结构无缝设计研究

李永为

摘要：在工程中,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。本文探讨了超长混凝土结构无缝设计。

关键词：超长；混凝土；结构；无缝设计

Abstract: in the engineering, the floor and the floor to strengthen take replace of the pouring belt, proved USES the long seamless concrete structure construction technology is a kind of effective new construction technology, to meet the engineering quality and the requirement of the construction model, simplified the construction process, shorten the time limit and reduce project cost. This paper discusses the seamless overlong concrete structure design.

Keywords: long; Concrete; Structure; Seamless design

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

随着我国社会经济的迅速发展和综合国力的不断增强，我国城市建设进程不断加快，为适应新的城市功能，我国建筑向大型化和多功能化发展，面积过万平方米、尺寸超百米的钢筋混凝土结构比比皆是。 若按传统的设计方法，必然需要设置多条甚至数十条后浇带或伸缩缝以防止结构收缩开裂。 如此多的后浇带或伸缩缝无疑会给设计和施工带来很大麻烦，同时还可能对结构整体抗震性能造成一定的影响。 因此，在超长混凝土结构工程中，如何取消后浇带或伸缩缝采用无缝设计施工，成为一个亟待解决的问题。

一、裂缝产生的原因

结构裂缝产生的原因很多,主要分为两种: 1、结构性裂缝( 如外力荷载作用、支座或基础变形引起的裂缝) ;2 、非结构性裂缝( 如温度变化、混凝土收缩等引起的裂缝) 。根据资料显示, 钢筋混凝土工程中多以产生非结构性裂缝为主,超长结构设计的根本也在于解决非结构性裂缝出现的问题。

混凝土收缩是由凝缩(水泥凝胶体本身的体积收缩) 和干缩( 混凝土失水产生的体积收缩) 组成, 主要表现为: 1、混凝土凝固时,早期失水过快而导致开裂; 2、混凝土硬化后,因干缩及内外温差的收缩,在一定约束条件下开裂; 3、养护不好,混凝土表面产生不规则的收缩裂缝。

温度变化裂缝: 气温的交替变化及不均匀性, 会使刚性楼面产生温度变形,在有阻力的情况下会产生内应力和变形, 甚至开裂,使结构的受力形态发生变化, 从而影响结构的安全性。

二、设置后浇带

1、 间距结合建筑物长度 气候环境特点综台考虑，后浇带间距一般控制在 30~40m左右 。

2、位置：小跨梁开同或受力较小的部位，一般设置在梁中部 1/3处。 平面布置时粱的布置平行于后浇带，以免粱截断太多 视具体情况可沿平面曲折通过。

3、宽度：综合考虑，后浇带宽度可取为800mm。

4、钢筋：后浇带部位的构件钢筋不截断，并增设不少于原配钢筋 20 的附加钢筋，深入后浇带两侧各 1000mm 这样可避免梁钢筋全部截断后造成的钢筋搭、 焊接困难。

5、浇筑时为最大限度减少混凝土施工过程的温度及收缩应力，后浇带的保留时间应不少于六个月，且浇筑时的温度宜低于主体混凝土浇筑时的温度。

6、 混凝土：采用微膨胀混凝土挠筑。

7、断面形式：一般避免留直缝，对于板可留斜缝；对于梁及基础可留企口缝。

三、超长结构无缝设计

超长混凝土结构即结构平面长度超过规范的要求的结构,在超长结构设计中很重要的一项工作就是如何控制结构裂缝,而裂缝控制是一项综合性很强的系统工程,涉及到建筑造型、设计方法、 结构形式与构造、 施工工艺、 建筑材料、 气候环境、工程地质等各种因素。 在设计中应综合考虑各方面因素,采取合理的构造措施。超长结构在实际工程中主要存在三个方面问题:一是在混凝土浇筑过程中水泥水化热使混凝土内外温差在结构内部产生压应力,表面产生拉应力。 当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,就会在混凝土表面产生裂缝。 另外在混凝土降温阶段混凝土逐渐散热冷却产生冷缩,加上混凝土硬化过程中本身的收缩,就会产生较大的收缩应力,当超过混凝土的极限抗拉强度时也会产生裂缝,有时会贯穿整个截面。 二是环境温度变化引起的结构材料自身热胀冷缩而产生的温度应力,这种应力存在于工程施工阶段和使用期间。 混凝土收缩和温度变化这种间接作用引起的变形和位移对于超静定混凝土结构可能引起很大的约束应力,导致结构构件开裂,甚至使结构的受力形态发生改变。

四、 施工基本原理

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:Ac•σc=As•Es•ε2

设:μ=As/Ac,

则σc=μ*Es*ε2......(1)

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的预压应力,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。

五、具体施工步骤与措施

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。

2、筏板膨胀加强带施工

（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。

（2）确定膨胀加强带的设置。

（3）膨胀加强带处的浇筑方向。4台混凝土泵分两组对向进行,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。

（4） 主要技术措施

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。

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。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。

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。

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。

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。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。

5、加强混凝土养护

掺UEA 混凝土的养护是保证工程质量的最重要的措施之一，要派专人负责养护工作，混凝土终凝后2 小时即开始养护，养护期不少于14 天。

梁楼板混凝土板表面必须覆盖二层草袋，并以每天浇水2-3次方式养护，或采取蓄水100mm 深的方式养护养护期内应保持混凝土内外温差不大于25℃.

超长大面积混凝土必须严格按有关技术规范要求组织施工，分区浇灌为好工程施工过程中应对监理如何控制混凝土，限制膨胀指标予以相当重视。在实际设计施工过程中，应把超长混凝土的裂缝控制看作一个系统工程不应该片面强调材料等单一因素的作用，而应把合理的材料选择与严密的设计方案、科学的混凝土配合比、严格施工组织和完善的工艺措施相结合，才能确保混凝土的 施工质量，达到混凝土结构抗裂的目的。

参考文献：

[1] 吴开成, 庄一舟, 干钢. 大跨预应力超长结构无缝设计及控制研究[J]. 空间结构, 2004,(03)

[2] 孙科学. 超长结构无缝设计的裂缝控制[J]. 建筑节能, 2006,(02)

[3] 方开敏, 宋光辉. 超长结构抗裂设计及实例分析[J]. 工程与建设, 2009,(06)

[4] 杨超. 浅谈超长结构无缝设计的应用[J]. 建材与装饰(中旬刊), 2008,(01)

注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。