(重慶建工住宅建設(shè)有限公司,重慶400015)

超大面積混凝土地面無縫施工技術(shù)

張意，陳怡宏，謝唯楊，宋德榮，段文川

(重慶建工住宅建設(shè)有限公司,重慶400015)

該文對超大面積混凝土地面結(jié)構(gòu)的裂縫發(fā)生機(jī)理及其內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行理論研究，并在此基礎(chǔ)上對施工階段應(yīng)力進(jìn)行開裂驗(yàn)算，總結(jié)出了無縫施工設(shè)計(jì)與工藝要求，為超大面積混凝土地面無縫施工提供了依據(jù)。

大面積混凝土；無縫施工；裂縫控制；收縮裂縫；溫度裂縫；施工裂縫；跳倉法

1 研究背景

近年來，超大面積混凝土地面工程在工業(yè)、商業(yè)、公共建筑等領(lǐng)域越來越多地應(yīng)用。而目前無縫施工的短距離應(yīng)力釋放技術(shù)、應(yīng)力計(jì)算、跳倉間距確定、配合比優(yōu)化、混凝土溫度監(jiān)測、動(dòng)態(tài)養(yǎng)護(hù)等都缺少系統(tǒng)理論的指導(dǎo)，單憑經(jīng)驗(yàn)判斷造成了工程許多本可以消除的有害裂縫的出現(xiàn)，嚴(yán)重影響了結(jié)構(gòu)的耐久性。

本文對超大面積混凝土地面結(jié)構(gòu)的裂縫發(fā)生機(jī)理及其內(nèi)力計(jì)算進(jìn)行理論研究，并在此基礎(chǔ)上對施工階段應(yīng)力進(jìn)行開裂驗(yàn)算，總結(jié)出了無縫施工設(shè)計(jì)與工藝要求，為超大面積混凝土地面無縫施工提供了依據(jù)。

2 混凝土開裂機(jī)理分析

2.1 收縮裂縫

混凝土的收縮是在不受外力的狀態(tài)下因變形產(chǎn)生的混凝土自身體積的減小。在實(shí)際工程中最主要是考慮其中的兩大類：干燥收縮和溫度收縮。

素混凝土（含低配筋混凝土）收縮量計(jì)算公式是工程界目前引用較多的方法，有助于我們對混凝土的收縮變形產(chǎn)生原因有一個(gè)清晰的理解。

式中：

εy——收縮，t（時(shí)間）單位d（天）；

b——經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，一般取0.01，養(yǎng)護(hù)較差時(shí)取0.03；

M1、M2、…Mn——修正系數(shù)（非標(biāo)準(zhǔn)條件下）。

2.2 溫度裂縫

鋼筋混凝土是多相非均質(zhì)體，其中混凝土的各組分材料線膨脹系數(shù)都不同，并且鋼筋與混凝土的線膨脹系數(shù)也不同。線膨脹系數(shù)不同引起的變形就不同，不同變形引起內(nèi)部的相互約束，形成內(nèi)部應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)變大于混凝土極限拉伸應(yīng)變時(shí)，就產(chǎn)生溫度裂縫。

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)溫度應(yīng)力計(jì)算采用溫度收縮應(yīng)力計(jì)算公式。

σ*＝-EαT·[1-chβx/chβ(L/2)]H(t,τ)≤ftk

式中：

E——彈性模量；

τ——T=T1+T2+T3（水化熱溫差、收縮當(dāng)量差、氣溫差的代數(shù)和）；

L——結(jié)構(gòu)允許長度；

α——線膨脹系數(shù)；

H(t,τ)——松弛系數(shù)；

ftk——極限拉伸。

2.3 施工裂縫

施工過程中，施工措施不到位是裂縫產(chǎn)生的主要因素。包括材料選擇、施工縫處理、振搗、養(yǎng)護(hù)等問題。

主要原因分析：

（1)水泥與骨料的不良影響正常膠接，振搗不密實(shí)造成水泥與骨料未結(jié)合良好，降低了混凝土抗拉強(qiáng)度，在應(yīng)力作用下極易產(chǎn)生裂縫；

（2)澆筑后養(yǎng)護(hù)不及時(shí)或不到位，混凝土表面水分蒸發(fā)過快，產(chǎn)生較大干縮裂縫；

（3)泵送混凝土的膠凝材料用量偏高和水灰比偏大。導(dǎo)致混凝土的水化熱增加、混凝土收縮增大。

3 超大面積混凝土地面ANSYS開裂驗(yàn)算

以某超大面積混凝土地面工程（尺寸180m×114m）為例，計(jì)算工程施工階段收縮應(yīng)力，采用ANSYS分析使用階段各因素影響，并進(jìn)行無縫施工開裂驗(yàn)算分析。如圖1-圖5。

圖1 地面做法示意圖

圖2 約束與網(wǎng)格劃分平面圖

圖3 1/4第一主拉應(yīng)力分布圖

圖4 第一主拉應(yīng)力分布圖

圖5 第二主拉應(yīng)力分布圖

第一主拉應(yīng)力最大值為1.19MPa，第一主拉應(yīng)力最小值為-0.038MPa（為壓應(yīng)力）。第二主拉應(yīng)力最大值為0.49MPa，最小值為-0.065MPa；均小于混凝土抗拉極限強(qiáng)度1.27MPa。經(jīng)后期的檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)未出現(xiàn)裂縫，說明分析符合實(shí)際情況。

4 超大面積混凝土地面結(jié)構(gòu)無縫施工設(shè)計(jì)與工藝控制

4.1 設(shè)計(jì)控制

4.1.1 設(shè)計(jì)利用混凝土后期強(qiáng)度

在設(shè)計(jì)超大面積混凝土地面結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)盡可能利用混凝土后期強(qiáng)度增長。即在施工過程中以60d或90d的混凝土強(qiáng)度作為混凝土配合比設(shè)計(jì)、強(qiáng)度評(píng)定和竣工驗(yàn)收的依據(jù)。

4.1.2 減小結(jié)構(gòu)約束

在施工時(shí)，應(yīng)盡可能的減小混凝土板的約束。減小約束主要是以下幾個(gè)方面。

（1）減小與周邊墻體約束。根據(jù)工程實(shí)際情況，澆筑混凝土板時(shí)與周邊墻體隔斷，成為能夠自由收縮的板，可較大程度減少對混凝土板收縮約束。如圖6。

圖6 板與周邊墻體斷開澆筑

（2）減小與柱子間約束。在結(jié)構(gòu)允許的情況下，澆筑板時(shí)在柱子周邊隔斷。施工做法與（1）相似。

圖7 空鋪防水卷材

（3）減小混凝土層間約束。設(shè)置“滑動(dòng)層”，即素混凝土層和鋼筋混凝土層之間設(shè)置減少約束的一層?！盎瑒?dòng)層”可以是防水材料層，不僅起到結(jié)構(gòu)防水作用，而且可顯著減少層間約束所產(chǎn)生的應(yīng)力，降低對上一層的約束。如圖7。

4.1.3 配筋設(shè)計(jì)

超大面積鋼筋混凝土地面結(jié)構(gòu)配筋的設(shè)計(jì)應(yīng)遵循小直徑、小間距的原則。一般采用鋼筋Φ8～14mm和100～150mm間距。應(yīng)增配構(gòu)造筋，特別是在裂縫容易出現(xiàn)的薄弱部位。全截面的配筋率不宜小于0.3%。

4.2 跳倉法施工

超大面積混凝土地面結(jié)構(gòu)無縫施工的關(guān)鍵是對裂縫的控制。跳倉法是充分利用混凝土在早期尚未穩(wěn)定和沒徹底凝固前容易將內(nèi)應(yīng)力釋放出來的“抗與放”特性，將大面積混凝土平面劃分成若干個(gè)區(qū)域，按照“分塊規(guī)劃、隔塊施工、分層澆筑、整體成型”的原則施工。

4.3 材料控制

4.3.1 水泥

水泥應(yīng)選擇質(zhì)量穩(wěn)定、活性好、需水量小、含堿量低的底水化熱水泥，應(yīng)與混凝土外加劑適應(yīng)性好。

4.3.2 骨料

粗骨料應(yīng)選用強(qiáng)度高、級(jí)配良好、線膨脹系數(shù)小的，產(chǎn)地規(guī)格必須一致，宜選用多棱角石灰?guī)r碎石。

4.3.3 外加劑

外加劑應(yīng)選擇與水泥相適應(yīng)的，其對混凝土拌和物的工作性能影響很大，并對改善硬化混凝土孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)密實(shí)度，從而提高混凝土抗裂性有至關(guān)重要的作用。

4.3.4 摻合料

因?yàn)閾胶狭系膬?yōu)良性能，摻入混凝土中已是混凝土發(fā)展的一個(gè)趨勢，是節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展的需要。就目前建筑市場而言，摻合料應(yīng)用最為廣泛的是煤粉灰，煤粉灰摻量一般不超過膠凝材料總重量的25%。

4.4 施工控制

（1）混凝土攪拌質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制，減小運(yùn)輸距離，控制坍落度損失。

（2）入模混凝土坍落度應(yīng)控制在180±200mm為宜。

（3）應(yīng)采用預(yù)拌混凝土，應(yīng)嚴(yán)格執(zhí)行混凝土檢驗(yàn)制度。

（4）保障混凝土澆筑、養(yǎng)護(hù)質(zhì)量。

4.5 現(xiàn)場監(jiān)測

現(xiàn)場監(jiān)測主要為混凝土溫度和應(yīng)變以及鋼筋的應(yīng)力應(yīng)變。根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析混凝土結(jié)構(gòu)受力和約束，發(fā)現(xiàn)溫度或應(yīng)變異常，應(yīng)及時(shí)采取措施，調(diào)整養(yǎng)護(hù)方案，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)養(yǎng)護(hù)。

4.6 裂縫處理

因超大面積混凝土地面結(jié)構(gòu)裂縫形成機(jī)理十分復(fù)雜，對某些復(fù)雜工況下的工程仍可能出現(xiàn)可見裂縫，但大多對結(jié)構(gòu)安全不構(gòu)成威脅，但從用戶心理接受和使用功能考慮，應(yīng)采取必要正確的處理措施。

5 工程應(yīng)用

5.1 工程概況

某工程建筑面積為84461.37m2，建筑高度22.35m，結(jié)構(gòu)類型為框架結(jié)構(gòu)。地坪總面積2萬多m2，長172.5m，寬127.6m。地坪墊層C20混凝土，剛性層為C30鋼筋混凝土。

5.2 應(yīng)用情況

原設(shè)計(jì)為設(shè)置伸縮縫和后澆帶施工，但后澆帶需待兩邊混凝土收縮基本穩(wěn)定（45～60d）后才能進(jìn)行膨脹混凝土澆筑，在業(yè)主要求的45d內(nèi)無法完成。為縮短施工工期，變更采用短距離釋放應(yīng)力的無縫施工技術(shù)。

經(jīng)計(jì)算，300～500厚鋼筋混凝土層尺寸為29×25m，整個(gè)區(qū)域被分為30個(gè)網(wǎng)格，網(wǎng)格間進(jìn)行跳倉澆筑?；炷敛捎帽盟突炷粒滞栖囘\(yùn)輸。相鄰兩塊混凝土澆筑間隔7d以上。

實(shí)際地面施工工期32d，滿足了業(yè)主要求。地面平整沒有出現(xiàn)可見裂縫，施工質(zhì)量達(dá)到和超過了預(yù)期要求，得到眾多專家高度評(píng)價(jià)。

圖8 跳倉施工

圖9 跳倉施工效果

6 結(jié)論

本文提出了超大面積混凝土地面數(shù)值分析方法。在此基礎(chǔ)上建立了完整的超大面積混凝土地面無縫施工技術(shù)措施體系。針對超大面積混凝土地面施工,從原材料選擇、配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)及構(gòu)造措施優(yōu)化、施工過程控制、過程監(jiān)測等方面提出全面的控制體系。

責(zé)任編輯：孫蘇，李紅

Crack-free Construction Technology for Super Large Concrete Floor

The occurrence mechanism and internal force calculation of the cracks in super large concrete floor structure are theoretically studied,and checking calculation on stress craze under construction is done based on the study.It can offer some references for the same crack-free construction.

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A

1671-9107（2014）07-0038-03

2014-04-24

張意（1981-），男，江蘇沛縣人，研究生，高級(jí)工程師，主要從事建筑施工質(zhì)量技術(shù)管理工作。

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.07.038