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        超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制方法及應(yīng)用研究

        2012-12-28 14:36:48唐銎
        關(guān)鍵詞:約束預(yù)應(yīng)力裂縫

        唐銎

        (廣西華藍(lán)工程咨詢管理有限公司,廣西 南寧 530001)

        1 超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)

        國(guó)內(nèi)外目前對(duì)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)還沒有一個(gè)嚴(yán)格的定義。一般認(rèn)為大面積混凝土結(jié)構(gòu)就是指以整澆混凝土樓面結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度或?qū)挾仁欠癯^規(guī)范不設(shè)縫的限制要求為標(biāo)準(zhǔn)的。這里的大面積混凝土結(jié)構(gòu)即為超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)。超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)包括以下幾個(gè)方面的特點(diǎn):

        1.1 樓面一個(gè)方向或兩個(gè)方向超長(zhǎng),平面尺寸較大,樓板厚度<200mm。

        1.2 在混凝土收縮和溫度變化的作用下,混凝土澆筑后,樓面發(fā)生較大的變形,結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生較大的應(yīng)力,從而導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。

        1.3 引起超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生裂縫的主要原因包括溫度和收縮應(yīng)力。

        2 超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)開裂的類型及原因分析

        2.1 混凝土收縮引起的開裂

        在混凝土結(jié)構(gòu)中,基礎(chǔ)、豎向構(gòu)件及混凝土內(nèi)鋼筋約束著混凝土的收縮變形,混凝土中產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)混凝土中拉應(yīng)力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度或拉應(yīng)變超過混凝土的極限拉應(yīng)變,結(jié)構(gòu)就會(huì)產(chǎn)生裂縫。

        由于混凝土材料本身所具有的一種物理化學(xué)特性,混凝土收縮與應(yīng)力無關(guān)。實(shí)踐證明,混凝土密實(shí)度、水泥品牌和數(shù)量及其質(zhì)量、外加劑的品種、性質(zhì)和用量、養(yǎng)護(hù)方法和齡期、環(huán)境溫度和濕度、體積和表面積之比等都是影響混凝土收縮的因素。

        2.2 溫度應(yīng)力引起的裂縫

        作為物體受溫度作用的一種自然現(xiàn)象——熱脹冷縮,我們不應(yīng)忽視其溫度作用對(duì)建筑物的影響。太陽(yáng)熱輻射和空氣溫度在建筑物表面產(chǎn)生的日照溫度構(gòu)成了建筑物的環(huán)境溫度。應(yīng)力會(huì)隨著結(jié)構(gòu)或構(gòu)件變形受約束時(shí)產(chǎn)生。依據(jù)鋼筋混凝土溫度應(yīng)力產(chǎn)生的原因,可將混凝土溫度應(yīng)力概括為以下2種:

        2.2.1 外約束應(yīng)力。外約束應(yīng)力是由于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的全部或部分受到外界約束,溫度收縮變形時(shí)不能自由變形而引起的。實(shí)踐中常見的有:梁和地基約束了基礎(chǔ)板受到、柱子約束了框架梁的變形、梁柱約束了樓板、地基基礎(chǔ)約束了框架變形、墻板受到基礎(chǔ)的約束等等。

        2.2.2 自生應(yīng)力。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)本身的約束而產(chǎn)生的,且在整個(gè)斷面上,產(chǎn)生的拉應(yīng)力與壓應(yīng)力保持平衡的即為自生應(yīng)力。如在實(shí)踐中,當(dāng)混凝土冷卻的時(shí)候,由于內(nèi)外存在溫差,混凝土表面的溫度收縮變形收到內(nèi)部的約束,拉應(yīng)力就會(huì)在表面產(chǎn)生,從而出現(xiàn)內(nèi)部壓應(yīng)力現(xiàn)象;又如,內(nèi)部鋼筋在混凝土收縮時(shí)對(duì)其進(jìn)行制約等等。

        綜上所述,約束在研究溫度對(duì)結(jié)構(gòu)變形影響方面,是一個(gè)不可忽視的基本概念。當(dāng)溫度發(fā)生變化時(shí),無論是外約束還是內(nèi)約束,對(duì)于超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)來說,因?yàn)闇夭町a(chǎn)生的溫度變形無法自由釋放,結(jié)構(gòu)都會(huì)產(chǎn)生溫度應(yīng)力,此時(shí),如果混凝土抗拉強(qiáng)度小于應(yīng)力,就會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

        3 抗裂措施

        3.1 施加預(yù)應(yīng)力

        新技術(shù)的應(yīng)用成為解決溫度應(yīng)力的技術(shù)措施,幾乎所有的超長(zhǎng)混凝土框架結(jié)構(gòu)抵抗溫度變形和混凝土收縮變形的主要措施都是采用都將預(yù)應(yīng)力。在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中采用的是高強(qiáng)鋼筋,如果要使高強(qiáng)鋼筋的強(qiáng)度充分被利用,必須使其有很大的伸長(zhǎng)變形,鋼筋屈服后,構(gòu)件將出現(xiàn)不能允許的過寬裂縫和較大撓度,預(yù)應(yīng)力混凝土看作混凝土經(jīng)過預(yù)壓后,從原先抗拉弱抗壓強(qiáng)的脆性材料變?yōu)橐环N既能抗拉又能抗壓的彈性材料,溫度收縮應(yīng)力引起的拉應(yīng)力被預(yù)應(yīng)力所產(chǎn)生的預(yù)壓應(yīng)力所抵消,在正常使用狀態(tài)下,混凝土沒有裂縫出現(xiàn),甚至沒有拉應(yīng)力出現(xiàn)。對(duì)于部分預(yù)應(yīng)力框架結(jié)構(gòu),框架梁中配置拋物線型預(yù)應(yīng)力筋,同時(shí)抵抗豎向荷載以及水平方向的溫度和收縮變形,板中配置無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力直線溫度筋,如果結(jié)構(gòu)層高受到限制,通常采用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力扁梁框架或無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力平板結(jié)構(gòu)。

        3.2 后澆帶的設(shè)置

        施工中,應(yīng)加強(qiáng)和控制后澆帶的施工質(zhì)量。所謂后澆帶,就是指在建筑施工中為防止現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)由于溫度、收縮不均可能產(chǎn)生的有害裂縫,按照設(shè)計(jì)或施工規(guī)范要求,在基礎(chǔ)底板、墻、梁相應(yīng)位置留設(shè)臨時(shí)施工縫,將結(jié)構(gòu)暫時(shí)劃分為若干部分,經(jīng)過構(gòu)件內(nèi)部收縮,在若干時(shí)間后再澆搗該施工縫混凝土,將結(jié)構(gòu)連成整體。如果施工中處理不好后澆帶,非但工程達(dá)不到預(yù)期效果,而且還會(huì)致使結(jié)構(gòu)存在安全隱患,從而使結(jié)構(gòu)防水效果大打折扣。實(shí)踐中,我們總結(jié)了以下幾種方法,對(duì)后澆帶間混凝土進(jìn)行加強(qiáng)控制:為了提高其抗裂能力,相對(duì)于先澆混凝土,后澆帶處的混凝土應(yīng)相應(yīng)地提高一個(gè)強(qiáng)度等級(jí);為了防止因?yàn)闈仓r(shí)間差導(dǎo)致后澆帶混凝土與后澆帶兩側(cè)主體結(jié)構(gòu)混凝土(兩側(cè)混凝土已完成一部分收縮)形成較大的收縮差,應(yīng)采用補(bǔ)償收縮混凝土、低收縮混凝土、膨脹劑摻量較周圍混凝土大的補(bǔ)償收縮混凝土;為了使新混凝土和舊混凝土之間緊密結(jié)合,防止在交界面出現(xiàn)裂縫,應(yīng)利用預(yù)應(yīng)力筋在后澆帶處交叉搭接。后澆帶處混凝土的施工質(zhì)量十分重要,是確保達(dá)到設(shè)計(jì)要求的關(guān)鍵。兩側(cè)混凝土結(jié)合面需按施工縫處理,兩側(cè)混凝土做成企口形式,其接縫要嚴(yán)格按照施工圖施工。后澆帶兩側(cè)混凝土應(yīng)在施工前鑿毛,然后再清理沖刷干凈后澆帶,為了便于粘結(jié),再均勻涂刷一層水泥漿或與混凝土內(nèi)成分相同的水泥砂漿,最后進(jìn)行不少于15d的潮濕養(yǎng)護(hù),以確?;炷恋臐仓|(zhì)量。需要重視的是:為了減少后澆帶封閉后的溫度變化,后澆帶澆筑混凝土?xí)r的溫度不應(yīng)大于主體澆筑混凝土的溫度,其主要目的是降低后澆帶處溫度應(yīng)力,減少開裂。

        3.3 添加膨脹劑

        部分工程為了補(bǔ)償混凝土收縮的影響,需要在混凝土中添加膨脹劑,膨脹劑的功能主要發(fā)揮于早期,初期時(shí)混凝土收縮變形比較大,早期裂縫能被解決,中國(guó)建筑科學(xué)研究院的UEA補(bǔ)償收縮混凝土在實(shí)踐中是首選,在水泥中摻入10~12UEA膨脹劑拌而制成的補(bǔ)償收縮混凝土,其限制膨脹率為2~4×10,在鄰位的和鋼筋約束下,可在結(jié)構(gòu)中建立0.2~O.7MPa的預(yù)壓應(yīng)力,混凝土硬化過程中干燥和水化熱引起的拉應(yīng)力能大致可以被抵消。

        3.4 釋放約束

        由于混凝土收縮和溫度變化,邊緣部分的大面積混凝土結(jié)構(gòu)變形最大,為此,橫向開裂可能在邊柱處出現(xiàn),所以,為了提高柱子的變形能力或者降低柱子的抗側(cè)剛度,大部分的工程都需要采取一定的措施加以補(bǔ)償,例如:把邊柱與混凝土梁板結(jié)構(gòu)之間做成鉸接,把一個(gè)大柱在原位分成兩個(gè)小柱或者采用鋼柱;為了釋放水平剪力,減少結(jié)構(gòu)受約束的長(zhǎng)度,使得溫度應(yīng)力降低,亦可安裝適當(dāng)數(shù)量的橡膠支座在結(jié)構(gòu)的兩端。對(duì)于100米長(zhǎng)的框架,跨度均為10米,在結(jié)構(gòu)的兩端各放松一根柱子,則結(jié)構(gòu)的有效約束長(zhǎng)度為原來的0.8倍,溫度應(yīng)力的降低幅度為0.3~0.5,這對(duì)解決超長(zhǎng)框架的溫度應(yīng)力有顯著的影響。

        [1]李雁英.大面積混凝土結(jié)構(gòu)溫度收縮應(yīng)力與裂縫控制及動(dòng)力分析 [D].大原理工大學(xué),2008.

        [2]李歡.超長(zhǎng)混凝土樓板的裂縫控制措施分析[J].科技信息,2011(11).

        [3]張建華.超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫成因與溫度作用效應(yīng)分析[J].科技信息,2011(11).

        [4]朱文煜.超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)裂縫產(chǎn)生原因和控制方法[J].中國(guó)水運(yùn):下半月,2011(4).

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