大型地下室多变截面底板大体积混凝土裂缝控制的研究与应用

 
时间日期:2009-5-4        已被阅读次:[1808]
 
张建基1,徐建邦1,卢卓敏1,王伯成2
(1.广东省六建集团有限企业,广东 佛山, 2.重庆大学 重庆)

  [摘 要] 重点研究了多变截面底板大体积混凝土的产生机理和裂缝控制策略,并结合工
       程实例,详细讨论了多变截面大体积混凝土裂缝的控制技术,为同类裂缝控制
       工程的技术选择提供了借鉴。
  [关键词] 大体积混凝土;多变截面;裂缝控制

  1 多变截面大体积混凝土结构裂缝的产生机理
  综合国内外的研究成果,“大体积混凝土”应该理解为:当混凝土尺寸大到对温度和湿度变化的影响已不可忽略时,就属于大体积混凝土。大型地下室一般由厚大的底板(或由板、承台梁、承台组成的结构厚度变化的筏板)、长墙、顶板及多层地下室的楼板组成,其底板是混凝土结构裂缝的高发部位,特别是当地下室底板截面多变、厚度不一时,做好裂控制是多变截面底板大体积混凝土施工的控制重点。
  对于非荷载裂缝(本文不讨论荷载裂缝,仅讨论非荷载裂缝),是混凝土施工期间由混凝土水化热或混凝土失水收缩引起体积变化,其变形受到约束而产生约束应力,当约束应力大于混凝土的抗拉强度时就出现裂缝。这类非荷载裂缝常在大体积混凝土结构中出现,是工程建设中裂缝防治的重点。
  混凝土浇筑后,由于结构收缩或者温度变化导致混凝土变形会受到较多约束,当约束过大,混凝土受到的拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时,即导致混凝土开裂。
  地下室底板结构受到地基约束,不同的地基有不同的水平阻力系数,不同埋深的底板还受到地基“嵌固”阻力;同时,由于底板厚度不同、截面多变化、水化热引起的混凝土温度、内外温差,在不同部位有明显差异,也都会成为结构不同程度的自身约束,这类多变截面大体积混凝土裂缝控制的难度比单纯的厚大底板更难。
  2 多变截面混凝土结构裂缝的控制策略
  混凝土结构裂缝防治的基本原则是“抗”和“放”的有机结合。“抗”是指通过提高混凝土性能,合理的配筋和结构构造处理等措施来提高结构的抗裂能力;“放”是通过降低结构的约束和自约束等程度,从而达到减少或释放约束应力的目的。“抗”和“放”原则的妥善应用对结构裂缝的防治有明显效果。
  2.1 混凝土原材料的选择
  混凝土不但要满足强度和抗渗等级的要求,还必须满足施工现场对混凝土施工性能的要求,在混凝土的运输、浇筑以及成型过程中不离析,易于操作,具有良好的工作性能,有助于混凝土裂缝的防治。
  ① 水泥
  选用的水泥应具有质量稳定、水化热低、含碱量低、活性好、标准稠度用水量小,有较好的富余强度,泌水性小,收缩较小的水泥。
  ② 掺合料
  混凝土中的掺合料不但起到分散、填充作用,改善混凝土的施工性能,尤为重要的是掺合料还参与水泥的水化作用,对混凝土的强度发展、密实度、抗渗性能都有较大贡献。
  ③ 骨料
  粗骨料应选用石质坚固、连续级配好、粒形好、没有碱骨料活性的碎石,细骨料选用没有碱骨料活性的中粗砂,骨料均应严格控制含泥量、有机杂物含量等。
  ④ 外加剂
  最常用的外加剂是减水剂,能使混凝土的塌落度增大,不泌水,不离析,有合适的凝结时间,能降低混凝土的单位用水量,改善混凝土中毛细孔的数量、结构和分布状况,提高混凝土的耐久性。
  在混凝土中添加聚丙烯纤维, 能抑制裂缝或裂纹的出现,阻止基体中原生缺陷或微裂纹的进一步扩展,一定程度地增强混凝土的抗裂能力,预防混凝土产生早期热裂缝。
  2.2 混凝土配合比的设计与优化
  在原材料及混凝土配合比确定后,应采用适当试验或方法,优选出适宜于多变截面底板大体积混凝土和混凝土长墙的配合比,从材料和配合比上防治裂缝。
2.3 混凝土的浇筑与养护
  在规定的施工段内连续浇筑,不能产生施工冷缝;合理设置若干个后浇带;控制好预拌混凝土的质量,保证混凝土性能的同一性;根据浇筑条件及环境变化,及时调整配合比的用水量和外加剂;将泵送混凝土的输送管用湿麻袋覆盖;进行温度监测,进行保湿蓄热养护。
  3 多变截面大体积混凝土裂缝控制工程实例
  3.1 工程特点
佛山市中医院医疗综合大楼(以下简称“医疗大楼”)地下室多变截面底板分区面积及其浇筑量见表1所示,混凝土总浇筑量15042 m3。其中主楼底板厚度为950mm,裙楼底板厚度为550mm;主楼承台厚度为3000mm,裙楼承台厚度为1800mm,电梯井承台厚度为3000~4450mm;最大承台共有3处(均为电梯井),22400mm×15000mm×3000~4450mm共2处,5000mm×19200mm×3000~3870mm共1处。
由于平面尺寸大、体积大的底板结构厚度变化复杂,板底深浅不一,地基的“嵌固”明显,底板受到的约束条件远比一般工程严峻;同时因底板各部分厚薄不一、散热条件的差异,各部分因水化热温升的不同,也会有明显的差异,从而形成自约束,其结构的表面积大也容易造成水分散失。因此,温度裂缝和收缩裂缝的控制有较大难度。
  3.2 裂缝控制技术
  以混凝土结构裂缝防治的“抗”和“放” 基本原则为理论基础,通过分析医疗大楼多变截面底板大体积混凝土的原材料选择、混凝土配合比的设计与优化、混凝土的浇筑与养护,制定了裂缝控制的实施技术。
  ①医疗大楼的多变截面底板大体积混凝土工选用旋窑生产的质量良好的湖南韶峰水泥、优质的珠海电厂Ⅱ级粉煤灰、北江中砂和番禺花岗岩碎石。
  通过正交试验进行配合比优化,测定混凝土的干缩值作为参数,优选出多变截面大体积底板混凝土的配合比,如表2所示。塌落度160mm±20。
②结合医疗大楼的多变截面底板大体积混凝土工程,发挥混凝土结构裂缝防治的 “放”,设置后浇带,降低结构的约束和自约束等程度,从而达到防治裂缝开展的目的。
  ③优化混凝土配合比设计,使水化热最高温升得到控制,采用“薄膜严密覆盖+2层麻袋”进行保湿蓄热养护。
  ④本着“重点监控,兼顾一般,节省、够用”的原则,选取温差大、受温度变化影响大的结构部位布设测温点,根据混凝土结构内部、表面和环境温度的监测结果,及时通过调整覆盖层厚度及干湿程度,控制混凝土内外温差和降温速度。
  ⑤施工期间,商品混凝土的供应能力可达180m3/h以上,完全可以满足单位时间混凝土最大需求量。
  3.3 实施效果
  在医疗大楼多变截面底板大体积混凝土工程施工中,合理设置后浇带,成功浇筑底板结构,其表面未出现肉眼可见裂纹。
  4 多变截面大体积混凝土裂缝控制技术的推广应用前景
  ①本文中提出的多变截面大体积混凝土结构裂缝控制技术,是应用普通混凝土高性能化技术,采用优质原材料,正交法试验配制出适合工程特点和裂缝防治的混凝土技术,具有施工操作方便、抗裂效果好的特点,有利于提高多变截面底板大体积混凝土的施工质量,可在同类工程中推广应用。
  ②多变截面底板大体积混凝土工程采用的合理设置后浇带,“化整为零”的施工方法,有利于提高底板混凝土的抗裂性能,可在其它底板大体积混凝土工程中推广应用。
  参考文献:
  1、黄宗襄,高层与公共建筑施工实例[M],上海,同济大学出版社,1999
  2、阎培渝,等,大体积补偿收缩混凝土与延迟钙矾石生成现象-答游宝坤同志的质疑[J],混凝土,2002.(1)17-18
  3、王铁梦,工程结构裂缝控制的综合方法[J],施工技术,2000.(5)5-9
  4、JGJ55-2000,普通混凝土配合比设计规程[S],北京,中国建筑工业出版社,2000.
     
 
 
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