大体积混凝土裂缝控制方法的研究

    转换层结构形式：第四层顶板为一块实心混凝土整板，将上部23层结构荷载过渡转换到板下框架体系。 转换层标高17. 1～19. 1 m，板厚2.0 m，转换层面积723m² ，板内上下各两层设纵横双向Ф32mm、@200mm ×200mm 钢筋网片； 中间又有两层Ф22mm、@200mm ×200mm 钢筋网片； 网片间@600mm ×600mm，设Ф22mm立筋，混凝土总量1610m³ ，混凝土采用C₅₀的商品混凝土。 板下框架柱网尺寸： 8.6 m ×8.8 m～8.4 m ×12 m不等。 转换板按施工组织设计分两层浇筑， 2 m厚C₅₀混凝土转换板分二次浇筑，第一层先浇0. 8 m厚，等它达到90%设计强度后，再浇第二层1.  2 m厚混凝土。 结构符合规定：“结构断面最小尺寸在0。 8 m厚以上、水化热引起混凝土内的最高温度与外界气温之差预计超过25 ℃的混凝土，称为大体积混凝土”。 ^{[ 1 ]11}

    (3)混凝土浇筑温度： 

 

    式中： T _C —混凝土拌合温度(它与各种材料比热容及初温度有关) ，按多次测量资料，有日照时拌合温度比当时温度高4～6 ℃，无日照时拌合温度比当时温度高2～3 ℃，我们按3℃计； T _P —混凝土浇筑时的室外温度，六月中旬，室外平均温度以21 ℃计； A ₁ +A ₂ +A ₃ —温度损失系数^{[ 1 ]33}。

 

    其中混凝土装卸时，每次为0.032 (装车、出料二次计) ， A ₁  = 0.032 ×2 = 0. 064；混凝土运输时， A ₂ =Q _t (Q为6 m³ 滚动式搅拌车每min温升系数0.0042 (即- 0.0042) ，混凝土泵送不计； t为运输时间，以min计算，从商品混凝土公司到工地约30min) ；浇筑过程中A ₃ =0.003 ×60 =0.18 (每次温度损失系数值取0.003，转运60次)。

   则混凝土内部中心温度：

   

    从温度计算得知，在混凝土浇筑后第三天内部实际温升为66℃，比当时室外温度( 21℃)高出45℃，必须采用相应的措施，防止大体积钢筋混凝土板因温差过大产生裂缝。

 

3.2　温度应力计算　

 

    计算温度应力的假定： (1)混凝土等级为C₅₀ ，水泥用量较大， 530 kg/m³ ； (2)混凝土配筋率较高，对控制裂缝有利； (3)底模对混凝土的约束可不考虑； (4)几何尺寸不算太大，水化热温升快，散热也快。 因此，降温与收缩的共同作用是引起混凝土开裂的主要因素。

 

先验算由温差和混凝土收缩所产生的温度应力σmax是否超过当时厚板的极限抗拉强度Rc 。

采用公式：

式中： E —混凝土各龄期时对应的弹性模量Et = E_c (1 - e- ^{0。 9 t} ) ( e = 2. 718自然对数的底， t - 混凝土龄期( d) ， E_c —混凝土28d时C50的弹性模量， E_t = 3. 5 ×105 Mpa^{[ 1 ]26} ) ； a —混凝土的线膨胀系数1. 0 ×10- 5 ； L —结构长度， 本工程厚板长度L = 44 m； T —结构计算温度： 该厚板最大绝热温升T max =102.26 ℃，实际温升最高在混凝土浇筑后第三天T ₃ = T max ×ζ= 102. 26 ℃ ×0。.36 = 36. 82 ℃； s —混凝土应力松弛系数^{[ 2 ]} ； coshβ—是双曲余弦函数，其中

 

    H —结构厚度，本工程厚板厚度H = 0。 8， H /L = 0.  8 /44 = 0。 018 ≤ 0. 2，符合计算假设； C _x —混凝土板与支承面滑动阻力系数，对竹胶模板，比较砂质土的阻力系数，取C _x = 30 N /mm²。 根据以上公式代入相应数据，得σ_max = 1.18MPa≤1.89MPa， 可知不会因降温时收缩引起裂缝。

 

3.3　配制混凝土时，采取双掺技术　

 

    (1)掺高效减水剂，使混凝土缓凝，要求初凝时间大于9h，以推迟水泥水化热峰值出现，使混凝土表面温度梯度减少；

    (2)加AEA微膨胀剂(掺量为水泥用量的10% )补偿混凝土收缩；

    (3)保证混凝土浇筑速度，不产生人为冷缩；

    (4)设加强带，在加强带处微膨胀剂掺量增加14%。

 

3.4　保温、保湿及补偿措施　

 

    根据气象预报，拟浇筑三天后的均温为21℃。 为防止因混凝土内外温差超过25℃而开裂，经研究、比较，在不可能降低水泥用量、掺粉煤灰及选用矿渣水泥的条件下，采取下列措施。

    (1)底模：除因模板支撑结构需要，满铺100mm ×50mm ×2000 mm木枋外，在木模板上满铺一层塑料薄膜，再铺一层竹胶板。 在浇筑前三天，浇水湿透；

 

    (2)在三层与转换板之间，四周用塑料编织布围护，使板下形成温棚，减少空气流动，达到保温作用；

    (3)在浇筑混凝土表面12h后，加塑料薄膜一层、麻袋二层覆盖；

    (4)设温度测试点，在有代表性的位置设测温点，随时了解混凝土浇筑后(特别是第二天)开始升、降温情况，随时准备增、减覆盖物；

 

    (5)加强对混凝土的保养，不断观察混凝土保湿状况，定时浇水保湿。

    在浇筑第二层1.2 m厚混凝土3d后，混凝土内部温度达56 ℃，更要加强保温保湿措施。

考虑到第一层混凝土板对上面第二层温度变形的约束，除认真控制混凝土内外温差外，该板结构设计在1.2 m厚板下， 400 mm处，设一层Ф22mm、@200mm ×200mm的钢筋网片，以防上层混凝土变形时拉裂下层混凝土。

 

3.5　温度测试　

 

    本工程采用建筑电子测温仪测温。 两次浇筑分别设了10个和7个测温断面，每个测温断面分别在上、中、下及覆盖层下埋设测温传感器，在浇筑混凝土后的5d内，每2h测读一次温度，同时监测气温。 实测结果与理论计算(中间断面点)对比如表1，可看出，理论计算与实测数据很接近，可作为以后制定保温保湿措施的依据。

 

 

4     结束语

 

    在不可能掺粉煤灰和不允许减少水泥用量的条件下，运用裂缝温度控制理论，找到影响裂缝的主要原因，采取有效措施。 。本工程转换板C₅₀大体积混凝土施工，经质监部门验收，未出现裂缝，施工质量优良。 在结构工程的设计与施工中，对于大体积混凝土结构，为防止其产生温度裂缝，除需要在施工前进行认真计算外，还要做到在施工过程中采取一系列有效的技术措施。 各项技术措施并不是孤立的，而是相互联系、相互制约的，设计和施工中必须结合实际，全面考虑，合理采用，才能起到良好的效果。