楊錦輝

（廊坊師范學(xué)院，河北 廊坊 065000）

0 引言

目前，我國(guó)整個(gè)建筑市場(chǎng)正處在高速發(fā)展階段，經(jīng)常出現(xiàn)多功能化及大型化結(jié)構(gòu)。建筑結(jié)構(gòu)的大型化最直接的表現(xiàn)就是構(gòu)件尺寸變得越來越大。針對(duì)這些超長(zhǎng)大體積混凝土結(jié)構(gòu)，通常做法是從設(shè)計(jì)和施工方面入手，基本上都是采用技術(shù)成熟且穩(wěn)定可靠的后澆帶的方法來防止結(jié)構(gòu)收縮開裂。后澆帶方法優(yōu)點(diǎn)突出，但缺點(diǎn)也很明顯。分段施工，不僅會(huì)使結(jié)構(gòu)整體性變差，同時(shí)也會(huì)造成施工極其不方便而延長(zhǎng)工期。為了避免出現(xiàn)這些問題，可以考慮采用吳中偉教授提出的補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)，這種無縫設(shè)計(jì)與施工技術(shù)可以很好地代替后澆帶。其效果既有利于結(jié)構(gòu)整體性又方便施工，具有顯著的技術(shù)安全性和經(jīng)濟(jì)效益。

1 工程概況

廊坊師范學(xué)院A35-A 工程項(xiàng)目為二層框架結(jié)構(gòu)，主要功能是綜合藝術(shù)訓(xùn)練館。首層層高4.5m，二層層高4.2 m，混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C30。樓板平面尺寸為7.35m×27m，由于在樓板兩向均不設(shè)置構(gòu)造縫，屬于超長(zhǎng)大體積混凝土。該工程位于華北高抗震烈度區(qū)，對(duì)抗震要求較高，同時(shí)為了避免設(shè)置后澆帶影響工期，最終決定采用補(bǔ)償收縮混凝土及設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶措施來保證工程質(zhì)量和滿足工程工期要求。

2 影響混凝土裂縫形成的主要因素

混凝土構(gòu)件產(chǎn)生裂縫的原因非常多，也很復(fù)雜，歸納起來主要有結(jié)構(gòu)性裂縫和非結(jié)構(gòu)性裂縫兩大類：在結(jié)構(gòu)承受外荷載時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力超過結(jié)構(gòu)抗拉強(qiáng)度而產(chǎn)生的裂縫就是結(jié)構(gòu)性裂縫；由溫度、收縮、不均勻沉降等因素引起的結(jié)構(gòu)變形從而產(chǎn)生裂縫就是非結(jié)構(gòu)性裂縫［1］。在實(shí)際工程中出現(xiàn)非結(jié)構(gòu)性裂縫的概率更高。

2.1 溫度變形裂縫

混凝土的溫度變形由兩部分組成：①內(nèi)外溫差變形。裂縫由于混凝土在水化硬化過程中會(huì)產(chǎn)生大量水化熱，大量熱積聚在結(jié)構(gòu)內(nèi)部使溫度升高導(dǎo)致體積膨脹，而表面熱量散失降溫導(dǎo)致體積收縮，這種由溫度差使混凝土表里膨脹變形不一致產(chǎn)生的裂縫就是溫差變形裂縫。②降溫收縮裂縫。在結(jié)構(gòu)使用過程中，結(jié)構(gòu)混凝土溫度會(huì)隨周圍環(huán)境溫度的下降而降溫［2］。由于混凝土的本身抗拉強(qiáng)度相對(duì)抗壓強(qiáng)度來說非常低，所以當(dāng)由于溫度下降而收縮產(chǎn)生的收縮拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時(shí)便會(huì)產(chǎn)生降溫收縮裂縫。

2.2 干縮變形裂縫

新拌混凝土含有較多水分且在初凝階段強(qiáng)度還很低。在混凝土凝結(jié)過程中水分蒸發(fā)而造成干縮，一旦混凝土干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過抗拉強(qiáng)度時(shí)就會(huì)產(chǎn)生干縮變形裂縫。

3 補(bǔ)償收縮防治裂縫的主要原理

3.1 基本思路

由于混凝土本身的屬性及自身的缺點(diǎn)而造成的溫度裂縫和干縮裂縫的問題不可避免。為了有效預(yù)防這兩種裂縫的產(chǎn)生，我們應(yīng)該轉(zhuǎn)換思路，采用微膨脹主動(dòng)預(yù)防來代替過去采用后澆帶這種被動(dòng)防治的思路。

3.2 外加劑的選用

目前建筑市場(chǎng)上的膨脹劑和防水劑種類繁多，單一功能效果都很好，但符合本工程的施工中不留后澆帶要求的多功能外加劑不多。經(jīng)過綜合分析比較，本工程選用CSA，CSA是一種低堿性、低摻量、高韌性、后期收縮小的膨脹劑［3］。

4 基本應(yīng)力的計(jì)算

4.1 混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)償收縮的基本計(jì)算

為了分析膨脹混凝土在膨脹力和限制程度兩方面因素影響下的補(bǔ)償作用，可采用吳中偉教授提出的計(jì)算公式：

為了方便計(jì)算，可將其中的混凝土彈性變形εS，混凝土徐變b 以及混凝土塑性伸長(zhǎng)εm不作考慮，將上式精簡(jiǎn)為：

其中：①εzm為混凝土的限制膨脹值，LZ是混凝土的干縮值。

εS(0)是為混凝土最終標(biāo)準(zhǔn)收縮值［4］，可取值為3.24×10-4，B1·B2……B10為相應(yīng)修正系數(shù)。②LT為混凝土最大冷縮值

λ 為混凝土的溫度膨脹系數(shù)，可取值1×10-5mm/℃。

Ta為混凝土入模溫度，Tb為澆筑混凝土溫度升高值，η（t）為養(yǎng)護(hù)時(shí)間降溫系數(shù)，可查相關(guān)表獲得。

Tc為施工期間平溫氣溫值，Ha為混凝土的理論厚度，Hb為混凝土的實(shí)際厚度，Hc為混凝土虛鋪厚度，Hc＝L·λ/?。

L 為折減系數(shù)，λ 為混凝土導(dǎo)熱系數(shù)，?為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。

③Mk為混凝土的極限拉伸值，公式為：

其中Rf為混凝土抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，μ 為相應(yīng)的混凝土配筋率，d為其中所配規(guī)格，單位（cm）。［5］

4.2 廊坊師范學(xué)院A35-A工程混凝土的實(shí)際計(jì)算

本工程中，混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)C40，采用42.5礦渣硅酸鹽水泥，配比見表1。

表1 混凝土配比

相應(yīng)參數(shù)：W/C＝0.671，Rf=1.71MPa ，堆積密度為2482kg/m3，配筋率μ=0.876%，鋼筋規(guī)格為1.8 cm，e=2.718。

①求LZ（混凝土干縮值），結(jié)果見表2。

表2 干縮值計(jì)算表（LZ）

②求LT（溫度收縮值）

本工程項(xiàng)目施工期間氣溫：白天中午最高氣溫31℃，夜晚最低氣溫21℃，η（t）＝0.602，據(jù)前式可得表3。

表3 冷縮值計(jì)算表（LT）

③求混凝土的極限拉伸值，結(jié)果見表4。

表4 極限拉伸值計(jì)算表1

表5 極限拉伸值計(jì)算表2

⑤計(jì)算值與實(shí)測(cè)值對(duì)比

表6 混凝土膨脹實(shí)測(cè)值

通過表6 各數(shù)據(jù)可發(fā)現(xiàn)，實(shí)測(cè)混凝土膨脹值分別為1.6、1.8、2.6，7d、14d、28d 各齡期的安全系數(shù)都遠(yuǎn)大于國(guó)家要求值的1.15，也就是說，整個(gè)工程項(xiàng)目混凝土結(jié)構(gòu)不會(huì)出現(xiàn)裂縫。

5 效果與分析

混凝土結(jié)構(gòu)工程最大的缺點(diǎn)是混凝土肯定會(huì)產(chǎn)生收縮裂縫，尤其是大體積混凝土結(jié)構(gòu)。如果運(yùn)用補(bǔ)償收縮理論，采用合理配比并輔以切實(shí)有效的施工技術(shù)，則可以非常有效地避免產(chǎn)生裂縫，使整個(gè)混凝土結(jié)構(gòu)既符合安全要求又能滿足使用功能要求。

按照相關(guān)要求，本工程項(xiàng)目在使用后3 個(gè)月的時(shí)間進(jìn)行跟蹤檢測(cè)，整個(gè)結(jié)構(gòu)未出現(xiàn)裂縫，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計(jì)預(yù)期要求。通過本工程案例，充分說明針對(duì)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)，根據(jù)補(bǔ)償收縮理論進(jìn)行科學(xué)的無縫混凝土配合比計(jì)算，在具體施工過程中再嚴(yán)格按照相關(guān)施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，就可以避免出現(xiàn)收縮裂縫現(xiàn)象，方便施工班組連續(xù)不停歇施工，給企業(yè)帶來縮短工期和提高效率的綜合效益。