超长混凝土结构的裂缝分析与控制.pdf
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1、工程施工 东北水利水 电 2 0 1 3 年第 3期 文章编号 1 0 0 2 0 6 2 4 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 0 2 8 0 2 超长混凝土结构的裂缝分析与控制 刘睿 ( 辽宁省水利水 电勘测设计研究院 , 辽宁 沈阳 1 1 0 0 0 6 ) 摘 要 随着水利事业迅速发展, 净水车间、 物资储备库、 地下交通等超长工程屡见不鲜, 随之 而来的是结构开裂 问题凸显了出来。本文分析 了超长混凝土结构裂缝产生的主要原因, 阐述 了当前混凝十裂缝控制 中存在的问题, 并结合温度作用分析 实例给出相应的处理方法。 关键词钢筋混凝土; 裂缝; 控制 中图分类号T V5 4 4 +
2、 9 1 文献标识码 B 混凝土抗裂性能差 , 出现裂缝的概率较大。混凝土开 裂会导致构筑物的耐久性降低 、 功能失效等问题, 严重时 还会影响结构的强度与使用性能。所以从设计到施工到养 护都要给予高度重视 , 把裂缝控制在国家现行规范允许的 范围内。潮湿、 腐蚀侵蚀 、 水压力水位变化等等因素 , 由于 环境类别较高, 对地下结构提出了更高的要求 , G B 5 0 1 0 8 - 2 0 0 8 1 地下工程防水技术规范 和 GB 5 0 0 1 0 2 O L O ( 混凝土 结构设计规范 严格规定裂缝宽度不得大于 0 2 I T l r ll 。 1 超长混凝土结构 的裂缝成 因 许多
3、混凝土结构出现不同形式的裂缝 , 这是一个比较 普遍的现象。近代科学关于混凝土强度的研究及大量工程 实践所提供的经验表明, 结构物的裂缝是不可避免的。肉眼 可见的裂缝范围一般为 0 0 5 r n l Y l ,不小于 O 0 5 r n r n的裂缝 称为宏观裂缝 , 宏观裂缝是微观裂缝扩展的结果。一般工业 与民用建筑中宽度小于 0 0 5 i n r n的裂缝对使用都无危险 性, 故假定具有小于 O o 5 mm裂缝的结构为无缝结构。 结构混凝土裂缝成因主要有以下几种 : 1 ) 混凝内外温差 过大时会产生温度裂缝 , 也是裂缝产生的主要因素之一。水 泥水化是个放热过程, 其水化热为 1
4、6 5 2 5 0 J g , 随混凝土水 泥用量提高, 其绝热温升可达 5 O 8 0。混凝土在浇筑后 , 由于体积大, 集聚在内部的水泥水化热不易散发 , 混凝土内 部温度将显著升高 , 这样在混凝土内部产生压应力 , 在外表 面产生拉应力, 由于此时混凝土的强度低 , 有可能产生表面 裂缝。在降温变化时, 混凝土浇筑后经过一段时间, 混凝土 从较高温度逐渐降温 , 引起混凝土收缩 , 同时由于混凝土中 多余水分蒸发、 碳化等引起的体积收缩变形 , 受到地基和结 构边界条件的约束, 不能自由变形, 导致产生开裂。2 ) 由荷 载作用产生的裂缝。当荷载产生的混凝土拉应力其大于混 凝土的极限拉
5、伸值时 , 则引起结构开裂。这一类裂缝在设计 阶段均进行了核算和控制。3 ) 施工缝 , 后浇带, 变形缝等设 2 8 置不合理 , 甚至取消设置 , 照成结构超长 , 容易引起混凝土 开裂。4 ) 施工没严格按设计的配合比进行计量配料, 混凝土 振捣不到位 , 养护时间不够等因素。 2 裂缝控制对策 2 1 设 计阶段 控制裂 缝 2 1 1 钢 筋 的配置 根据经验 , 在温度应力较大处配置一定数量的温度构 造钢筋 ; 在应力复杂位置 , 如突出的墙体 、 突变的墙段、 开 孔洞及埋套管的部位适 当增加一些构造钢筋 , 作局部增强 处理。另外 , 对受力钢筋进行优化 , 遵循“ 小直径 、
6、 小间距” 有利抗裂的原则 , 在通过钢筋等强度代换后 , 建议将水平 钢筋间距控制在 1 0 0 m m 左右 , 一般不宜超过 1 5 0 r n m; 水 平钢筋常放在竖筋外侧有利于减少墙体竖向裂缝开裂。 2 1 2 水泥 的选择 宜选用中、 低水化热、 干缩性小的品种 , 宜选用普通硅 酸盐非早强型水泥或矿渣硅酸盐水泥 , 不宜用硅酸盐( 纯 硅 ) 水泥。在满足强度、 抗渗及和易性要求下 , 减少单位体 积混凝土的水泥用量和用水量。混凝土中掺入高效减水 剂、 缓凝剂等外加剂和适量粉煤灰 , 改善混凝土的流动性 、 保水性 , 降低水化热。 2 2 施工阶段控制裂缝 2 2 1 混凝土
7、备 料 配制混凝土时, 应严格控制水灰比和水泥用量。 控制混 凝土的入泵坍落度在 1 4 0 1 6 0 i n i n范围内 , 大于 1 6 0玎 u n 坍落度的混凝土不得超过 1 0 , 严禁现场加水。因为混凝土 坍落度过大 , 稍加振捣即出现石子下沉 , 浆体上浮 , 容易产 生收缩裂缝, 同时由于在混凝土拌合物有多余水量 , 混凝土 硬化后, 随着水分的蒸发比较容易出现干燥收缩裂缝。 2 2 2 混凝土 的浇筑温度 混凝土的浇筑温度, 是指混凝土从搅拌机出料后, 经过 2 0 1 3年第 3期 东北水利水 电 工程施工 路途运输、 泵送浇筑、 振捣等工序后的实际温度。如果浇筑 温度
8、过高将会引起较大的干缩 ,因此应合理组织混凝土的 供应, 降低混凝土的浇筑温度。在浇筑时应尽量扩大浇筑工 作面 , 降低浇筑速度和减小一次浇筑厚度 , 且在初凝前进行 第二次振捣 , 防止混凝土沉落。严格按施工规范保证养护时 间, 一般不小于 1 4 d 。在冬季施工时 , 在混凝土浇筑前, 模板 外镶贴聚苯泡沫板,同时加挂一层阻燃保温被 , 在两模板接 缝处再加挂一层保温被进行搭接 ;混凝土浇筑完毕后在墙 体顶部覆盖保温被 ; 3 0 h后拆除模板立即用温水在混凝土 表面喷雾 , 然后加挂一层较厚的塑料薄膜 , 塑料薄膜外根据 温度情况再加挂 1 2 层阻燃保温被,保温被彼此搭接不出 缝隙
9、, 搭接处用钢筋绑扎连接, 进行保温、 保湿养护 1 4 d 。 2 2 3设置后浇带、 膨胀带 当超长混凝土结构设置伸缩缝困难时 , 可以采用设置 后浇带的办法。 后浇缝又称为后浇带, 仅存在于施工期间, 间距一般控制在 3 0 4 0 m,后浇带应贯通顶板 、墙板和底 板 , 宽度为 7 0 0 8 0 0 mm。它有效解决设立永久性伸缩缝带 来的弊端 , 且对结构抗震和防水有利 , 可释放部分基础不 均匀沉降引起的应力, 简化了建筑构造 , 便于施工 , 可节约 一 些建筑防水材料 , 无伸缩缝结构的漏水处理也比设伸缩 缝漏水处理容易。当上部结构在地下室内柱网排列不均匀 或建筑平面不规则
10、 ,致使部分区域无法设置后浇带时, 可 增设膨胀加强带。 膨胀加强带混凝土采用 C 4 0 的微膨胀混 凝土浇筑。 3 温度作用分析工程实例 长海县城区应急供水工程净水车间 , 平面长 7 9 1 T I , 宽 4 1 8 I T I , 地上 2层 , 建筑高度 1 1 3 5 m, 采用现浇钢筋混凝 土框架结构 , 基础为柱下钢筋混凝土独立基础。二层东侧 1 2 1 3轴之间有个 2 3 5 m高的错层。为满足水工和工艺流 程需要 不能设置伸缩缝。结合该工程, 从结构布置、 温度 作用两个方面对超长混凝土结构的设计进行分析。 3 1 结构 布置 历年来对超长结构的研究均强调合理的结构布置
11、的 重要性 。此工程利用车间内水工构筑物, 采用周边楼盖搭 接到池边的结构布置形式。沿跨度方向布置次梁, 并与池 边用 3 O一苯板聚硫密封胶填塞 , 形成一端固定一端交接 的受力体系。楼板设计成单向板, 与次梁整浇 , 这样受力方 向就降低了温度应力影响 , 体现了结构“ 抗” 和“ 放” 的设计 原则。 3 2 温度作用 分析 目前 混凝土结构设计规范 对超长结构, 建议采取设 置伸缩缝的办法来控制温度变化的影响。对无法设缝的情 况并未给出具体的设计方法。此工程结合 公路钢筋混凝 土及预应力混凝土桥涵设计规范 的思路 , 对框架结构进 行温度变化对结构内力的分析。 梁板式结构如施工期间采取
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