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        地下通道側墻結構早期裂縫控制技術研究

        2022-06-22 08:01:36何貝貝
        建材世界 2022年3期
        關鍵詞:拆模側墻模板

        何貝貝

        (武昌首義學院城市建設學院,武漢 430064)

        大體積混凝土結構的裂縫控制是一個比較復雜的問題,結合工程經(jīng)驗和相關文獻資料會發(fā)現(xiàn),結構中最容易產(chǎn)生裂縫、最難控制的是墻體結構,且大體積混凝土裂縫一般出現(xiàn)在混凝土澆筑初期,故大體積混凝土側墻結構的早期裂縫控制問題備受關注。劉迪等[1-3]針對隧道類結構研究了針對大體積混凝土結構的裂縫控制方案。王亞西等[4,5]針對不同的裂縫控制措施的效果進行了研究,研究表明:水化熱抑制劑、冷卻水管有利于大體積混凝土結構的裂縫控制。

        以江蘇徐州某地下通道為例,借助midas Civil有限元軟件中的水化熱分析模塊,建立了該地下通道的結構模型,重點研究了其中某一現(xiàn)澆節(jié)段的大體積混凝土側墻結構,從施工方面的影響因素考慮,模擬了入模溫度、模板類型、拆模時間、養(yǎng)護時長四種工況,得到了不同工況下前10 d的溫峰時間、溫升值及開裂風險等結果,并根據(jù)結果提出相應的裂縫控制方案,使得側墻結構在施工過程中取得了良好的裂縫控制效果。

        1 工程概況

        華廈廣場西地塊防空地下室地下通道項目位于江蘇徐州,為框架剪力墻結構。地下通道按施工后澆帶劃分,每一節(jié)段長27 m,橫截面如圖1所示。底板下設有100 mm厚C15素混凝土墊層,底板厚1.1 m;側墻高3.5 m,厚度為1 m;頂板厚0.8 m。每一節(jié)段分兩次澆筑,第一次對底板與底板面以上0.3 m的側墻進行整體澆筑;第二次對余下的3.2 m側墻及頂板進行整體澆筑。側墻混凝土強度等級C35P10,混凝土配合比如表1所示;第二次澆筑的側墻部分屬于大體積混凝土結構,在澆筑初期,容易因為過大的內(nèi)外溫差產(chǎn)生溫度裂縫,影響結構的耐久性。

        表1 C35P10混凝土配合比 /(kg·m-3)

        2 模型建立

        根據(jù)前述結構參數(shù),建立的地下通道有限元模型如圖2所示。

        3 工況分析

        混凝土結構開裂是一個復雜的問題,會受到自身材料性能、結構尺寸、施工工藝等多個因素的影響,故對其進行裂縫控制時需要明確各因素對結構開裂風險的影響規(guī)律??紤]到該地下通道使用的材料、混凝土配合比、設計的結構尺寸以及施工季節(jié)等已經(jīng)確定,前期采用midas Civil進行影響因素開裂風險評估時,可考慮的變量不多,現(xiàn)從施工環(huán)節(jié)的四個因素:入模溫度、模板類型、拆模時間、養(yǎng)護時長入手,分析其對側墻結構開裂風險的影響,從中確定較優(yōu)的裂縫控制方案指導現(xiàn)場施工。

        針對該地下通道的側墻結構,設置的4種分析工況的具體參數(shù)如表2所示。

        針對同一種工況分別設置不同的參數(shù)條件,得出側墻結構在該參數(shù)條件下的溫峰時間及溫升值,同時結合目前認可度較高的“水化-溫度-濕度-約束”多場耦合機制的抗裂性評估理論與方法[6],采用混凝土最大拉應力與容許抗拉強度的比值——開裂風險系數(shù)η來評估其開裂風險,一般認為當η≥1.0 時,混凝土一定會開裂;當0.7≤η<1.0 時,混凝土存在較大的開裂風險;當η<0.7 時,混凝土基本不會產(chǎn)生有害裂縫。

        表2 工況分析表

        3.1 入模溫度

        入模溫度選取的參數(shù)值是15 ℃、20 ℃、25 ℃、30 ℃,其它影響因素設置如下:模板采用8 mm厚木模板、7 d拆模、無養(yǎng)護。

        不同入模溫度下側墻結構中心溫度的變化曲線如圖3所示,溫峰時間、溫峰值、溫升值的統(tǒng)計結果如表3所示。由圖3、表3可知,隨著入模溫度升高,溫峰出現(xiàn)的時間逐漸提前,扣除入模溫度后的溫升值也有所升高。主要是因為入模溫度越高,水泥水化反應的速度越快,導致溫峰出現(xiàn)的時間越早;同時較高的溫度環(huán)境會促進水泥水化得更充分,產(chǎn)生的水化熱更多,導致溫升值升高。

        不同入模溫度下側墻結構前10 d開裂風險變化曲線如圖4所示。由圖4可知,入模溫度越高,開裂風險越大;從15~30 ℃,開裂風險系數(shù)達到0.7所用的時間依次為7.8 d、6.2 d、4.8 d、3.9 d。

        綜上所述,降低入模溫度,可以降低結構的溫升值,降低開裂風險,有利于側墻結構進行裂縫控制。根據(jù)施工組織設計,該側墻結構預計施工時間為4~5月,考慮到入模溫度控制越低,造價越高,推薦入模溫度控制在20 ℃左右。

        表3 不同入模溫度下側墻結構中心點溫度參數(shù)統(tǒng)計

        3.2 模板類型

        模板類型選擇目前工程上最常用的木模板和鋼模板,其它影響因素設置如下:入模溫度20 ℃、7 d拆模、無養(yǎng)護。

        不同模板類型側墻結構中心溫度的變化曲線如圖5所示。由圖5可知,鋼模板在26 h達到溫峰46.3 ℃;跟木模板相比,溫峰時間提前了21 h,溫峰值降低了16.1 ℃;且鋼模板的降溫速率明顯大于木模板。主要是因為鋼模板的散熱性比木模板好,混凝土中的熱量不易積聚。根據(jù)圖6不同模板類型側墻結構前10 d開裂風險變化曲線可知,鋼模板在前8.5 d的開裂風險均高于木模板,且鋼模板開裂風險系數(shù)達到0.7所用的時間為3.4 d,比木模板的6.2 d提前了2.8 d。主要是因為達到溫峰之后,鋼模板良好的散熱性導致降溫速率過快,容易產(chǎn)生溫度裂縫。

        綜上所述,選擇木模板更有利于側墻結構早期的裂縫控制,推薦使用木模板。

        3.3 拆模時間

        拆模時間選取的參數(shù)值是3 d、4 d、5 d、6 d、7 d,其它影響因素設置如下:入模溫度20 ℃、模板采用8 mm厚木模板、無養(yǎng)護。

        不同拆模時間側墻結構中心溫度的變化曲線如圖7所示,拆模前的溫度變化是一樣的,拆模后,結構的降溫速率明顯提高。這是因為模板拆除后,加快了混凝土結構的散熱。降溫過快就會導致混凝土結構的開裂風險增加。由圖8所示的開裂風險曲線可知,拆模時間越早,結構開裂風險系數(shù)達到0.7所用的時間就越短,3 d拆模所需時間4.5 d,而7 d拆模的時間為6.2 d,延長了1.7 d。

        綜上所述,延遲拆模時間,可降低開裂風險,有利于側墻結構進行裂縫控制,推薦第7 d拆模。

        3.4 養(yǎng)護時長

        針對基本工況:入模溫度20 ℃、模板采用8 mm厚木模板、7 d拆模、無養(yǎng)護,根據(jù)運算結果可知,側墻結構在前6.2 d無開裂風險,在6.2~7.8 d具有較大的開裂風險,7.8 d之后一定會開裂,故還須采取其它的裂縫控制措施,比如增加保溫保濕養(yǎng)護。針對該側墻結構,其側面和頂面按覆蓋4 cm厚的草袋同時進行灑水保濕來考慮,養(yǎng)護時長選擇1 d、2 d、3 d。

        不同養(yǎng)護時長側墻結構中心溫度的變化曲線如圖9所示,前7 d的溫度變化是一樣的,拆模后,施加保溫保濕養(yǎng)護會延緩結構的降溫速率,溫度曲線會高于無養(yǎng)護時的情形。由圖10所示的開裂風險曲線可知,施加保溫保濕養(yǎng)護會降低結構的開裂風險,養(yǎng)護時間越長越有利于降低開裂風險。針對側墻結構,如果施加3 d的保溫保濕養(yǎng)護,有利于將開裂系數(shù)控制在1.0以內(nèi),降低開裂風險。

        綜上所述,施加保溫保濕養(yǎng)護且適當延長養(yǎng)護時長,有利于側墻結構進行裂縫控制。

        4 工程應用

        根據(jù)此次數(shù)值分析的結果,推薦該側墻結構的裂縫控制方案為入模溫度控制在20 ℃左右,采用木模板,7 d拆模,拆模后使用4 cm厚的草袋進行保溫保濕養(yǎng)護,養(yǎng)護時長3 d。采用此方案后,側墻結構前10 d基本無有害裂縫產(chǎn)生,裂縫控制效果較好,現(xiàn)場效果如圖11所示。

        5 結 論

        a.根據(jù)對27 m×3.2 m×1 m厚的大體積混凝土側墻結構的數(shù)值分析結果來看,降低入模溫度,選擇合適的模板類型,延長拆模時間,增加養(yǎng)護時長,均有利于降低側墻結構的開裂風險,有利于改善裂縫控制的效果。

        b.在實際應用中,須根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整數(shù)值分析的結果,根據(jù)開裂風險系數(shù)的大小,在允許范圍內(nèi)還可以增加其它裂縫控制措施,如在混凝土中加入水化熱抑制劑、布置冷卻水管等。

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