連續(xù)澆筑鋼筋混凝土超長結(jié)構(gòu)裂縫控制新技術(shù)

第1章    UEA補償收縮混凝土的抗裂原理

在水泥中內(nèi)摻10%~I2%UEA，可制成UEA補償收縮混凝土，在限制條件下，UEA產(chǎn)生的膨脹能轉(zhuǎn)變?yōu)?span>0.2~0.7MPa的預(yù)壓應(yīng)力儲存于結(jié)構(gòu)中。這一預(yù)壓應(yīng)力可抵消結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生的拉應(yīng)力，從而防止或減少收縮裂縫的出現(xiàn)。在限制條件下，摻入UEA后，混凝土產(chǎn)生限制膨脹來抵消混凝土由于干縮和冷縮引起的限制收縮，從而達到避免或減少混凝土開裂的目的，這就是UEA補償收縮混凝土的抗裂原理。

UEA補償收縮混凝土能完全補償混凝土的干縮，并且能使混凝土在中期獲得微弱膨脹，以補償混凝土的冷縮。其補償收縮模式可用圖3-3-l表示。

圖3.3-l中：

    ①——混凝土散熱冷縮變形曲線；

    ②——氣溫變化引起的冷縮曲線；

    ③——③=①十②；

    ④——符合冷縮與干縮聯(lián)合補償?shù)淖罱K變形曲線。

    ST——最大冷縮值；

S2——最大收縮值；

    D——最終變形，亦即最終收縮（短時間）；

    S c——彈性壓縮；

    ?2m——混凝土濕養(yǎng)膨脹階段達到的最大限制膨脹率；

S k——混凝土的極限拉伸值。

在實際應(yīng)用中，首先確定混凝土初始溫度和水化熱溫升達到最高溫度后的降溫冷縮變形曲線②，其次確定氣溫下降曲線①和以后周期性變化引起的疊加冷縮曲線③。最后選定適宜的限制膨脹?2m和濕養(yǎng)膨脹時間t來對冷縮和干縮進行聯(lián)合補償。最大冷縮值ST可根據(jù)最大降溫值（℃）和混凝土的線膨脹系數(shù)計算。

當混凝土的最終變形（亦即最終收縮）D= ?2m- ?2 + ? e - ST < S k時，混凝土不會開裂。

第2章    抗裂分析、伸縮縫間距討論及工程應(yīng)用簡介

北京當代購物中心工程的箱形基礎(chǔ)，長90m，寬90m，底板厚70mm，墻厚350mm，配筋率為0.4%，鋼筋直徑為20mm，混凝土設(shè)計標號為C30，采用525號普通水泥，水泥單方用量366kg/m3，水灰比0.50，施工季節(jié)氣溫為7~l2℃。該工程采用UEA混凝土作結(jié)構(gòu)自防水，內(nèi)摻l2%UEA，UEA混凝土濕養(yǎng)膨脹階段達到的最大限制膨脹率為4.28×l0-4。該底板經(jīng)1年觀察，無裂縫。

第1節(jié)           抗裂分析

由于水熱化引起混凝土內(nèi)部絕熱升溫：

    考慮基礎(chǔ)上、下表面一維散熱，散熱系數(shù)為0.5~0.6，取0.6，則由于水熱化引起的溫升值為：

T1=0.6 T max=0.6×70.9=42.5（℃）

    環(huán)境氣溫7~12℃，取其平均差值

所以，混凝土的最大冷縮值為：

              S k =α（T1+ T2）=1.0×l0-5×（42.5十2.5）=4.5×l0-4

混凝土1個月最大收縮值S2按下面經(jīng)驗公式計算：

              ?2 （t）=3.24×10-4（l-e-0.0lt）m1·m2……m 10

    m1、m2…m 10為各種因素影響系數(shù)。在這里只考慮水灰比和環(huán)境濕度影響，取m4=1.l2，m7=l.l3。

?2 （30）=3.24×l0-4×（1-e-0.01×30）×1.21×1.13=4.5×10-4

    混凝土的極限拉伸S k考慮配筋和徐變影響，按下式計算（負號表示受拉狀態(tài)）：

    S k =0.5Rf（1+P/d）×10-4=0.5×2.0×（1+0.4/2.0）×10-4=1.2×l0-4

考慮混凝土的徐變影響，偏于安全地假設(shè)為彈性極限的0.5倍，則

     S k =1.2×10-4×（1+0.5）=l.8×10-4

    即混凝土的最終變形：

      D= ?2m- ?2 - ST

       =4.28×10-4-1.5×10-4-2.5×10-4=-1.37×10-4（負號表示受拉狀態(tài)）

  由于1.37×10-4< S k =1.8×10-4，所以，混凝土不會開裂。

第2節(jié)           伸縮縫間距計算

混凝土收縮當量溫差 ：

混凝土膨脹補償當量溫差

混凝土綜合溫差：

T=T1+T2+ T3-T4=42.5+2.5+11.5-42.8=13.7（℃）

地基硬質(zhì)粘士，取水平阻力系數(shù)Cx=0.1MPa/mm。

    C30混凝土彈性模量28d齡期為3.0×104MPa。

混凝土伸縮縫間距（平均值）按下式計算：

  則

    由于|l.0×l0-5×13.7|-|l.8×10-4|<0，該式在數(shù)學(xué)上無解，因此，物理概念上伸縮縫盡可取消。

若該工程采用普通混凝土施工，條件相同，則混凝土則和溫差為：

     T=T1+T2+ T3=42.5+2.5+11.5=56.5（℃）

伸縮縫間距則為

      =20276mm~20.3m

    即每20m要留一道伸縮縫，否則，混凝土?xí)_裂。

以上分析就是UEA補償收縮混凝土抗裂控制的依據(jù)。當然，在實際施工中，影響因素很多，每一種因素都可能導(dǎo)致鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的開裂。但在良好施工條件下，延長伸縮縫的間距是可以做到混凝土結(jié)構(gòu)不裂的。

根據(jù)這一原理先后在十幾個超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)自防水重大工程中應(yīng)用這一技術(shù)均獲得成功。

北京當代購物中心工程原設(shè)計橫向3條、縱向2條后澆帶。采用UEA混凝土后，取消了原設(shè)計的5條后澆帶，底板5600m3混凝土連續(xù)5d采用泵送混凝土澆筑完成。施工時，由2個混凝土攪拌站同時供應(yīng)商品混凝土，水泥與UEA單方用量高達436kg/m3，施工季節(jié)為嚴寒冬季，最低氣溫-12℃。該工程已回填土1年，無任何開裂、滲漏現(xiàn)象。

北京九龍游樂園水下宮殿，位于北京十三陵水庫中，內(nèi)徑49m，高15m，底板厚1.2m，墻厚1.0m，頂厚0.3m。龍宮周長160余米。原設(shè)計分7道后澆帶，給施工帶來許多麻煩。后采用UEA混凝土澆筑，取消了原設(shè)計的7條后澆帶，不間斷施工完成了該工程主體。經(jīng)4年觀察，不裂不滲。

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UEA補償收縮混凝士的研究和發(fā)展為混凝土構(gòu)筑物裂縫控制提供了新的手段。工程實踐證明，采用UEA混凝土，可連續(xù)澆筑長90~140m不留縫而不開裂，也可不分塊連續(xù)澆筑5000m3大體積混凝土，減少了分縫處理工作帶來的麻煩，大大縮短了工期。