应用补偿收缩砼裂缝控制技术方案(HEA外加剂).doc
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4、裂缝控制技术方案 上海新浦江城122-11地块工程应用补偿收缩砼裂缝控制技术方案一、 工程概况上海新浦江城由上海天祥华侨城投资集团投资兴建,上海中房建筑设计研究院设计。地下室约30000平方米(含人防车库),砼强度等级C35P6。该工程属超长,超厚大体积钢筋砼结构工程。由于该工程系大型民用建筑,结构复杂且质量要求十分严格,如何解决底板、墙体、顶板超长砼结构的收缩开裂,大面积、大体积砼温差收缩裂缝问题就成为施工技术的关键。根据本工程的实际情况,为确保砼底板、侧墙及顶板在施工和使用阶段不出现有害裂缝,结合业主及设计方施工方共同意见,建议采用中国建筑材料科学研究院指定生产厂武汉三源公司生产的HEA抗
5、裂防水剂配制成补偿收缩砼,解决砼冷缩和干缩问题,利用中国建筑材料科学研究院发明的超长钢筋砼结构无缝设计和施工方法(专利号:ZL93117132、6)专利技术,即利用膨胀加强带替代后浇,从而达到工程超长结构无缝施工和控制砼结构有害裂缝的目的。补偿收缩砼是指在所使用的配筋条件下能使砼内部建立0.20.7MPa的预压应力或者使砼所受的拉力低于砼抗拉强度的一种微膨胀砼。它能有效补偿砼的干缩和冷缩,同时水化形成的大量晶体物质钙矾石具有填充毛细孔缝的作用,使毛细孔变细、减小,增加致密性,显著提高了砼的抗裂防渗性。二、施工方法技术要点中国建筑材料科学研究院自八十年代末以来研制膨胀剂之后,在砼结构超长无缝施工
6、技术和裂渗控制技术领域进行了深入研究。根据砼补偿收缩的原理,从1990年开始探索取消后浇带的科研工作。首先在理论上搞清楚,后在工程上从小到大实践。1992年补偿收缩砼防水工法列为国家级工法(YJGF2292),1993年首次在建筑结构杂志上公布了“取消伸缩缝的设计新方法”,受到许多设计、施工单位的关注。至今,北京市建筑设计院、北京城建设计院、北京市政设计院、总后设计院、建设部设计院以及中南、华东、西北和西南建筑设计院、武汉、天津、广州、深圳、苏州、杭州等地的设计院以及上海现代设计集团等均采用了这一无缝设计新方法。建设部标准定额研究所编制的补偿收缩砼应用技术导则(编号RISN-TG002-200
7、6),已开始在全国推广应用。2.1 无缝设计的理论依据之一:应力分析“无缝设计”是相对的,根据工程结构具体情况,可无缝或少缝。这里的“缝”指的是释放收缩应力的后浇带或永久伸缩缝,不包括沉降缝。其设计思路是“抗放兼施,以抗为主”。即以掺HEA抗裂防水剂的补偿收缩砼作为结构材料,其在水化硬化过程中产生膨胀作用,该膨胀由于受到钢筋和邻位的约束,能在结构中建立一定的预压应力C,由此来抵抗收缩变形时产生的拉应力,防止砼开裂。必须指出,钢筋或邻位的约束(或限制)对于膨胀砼而言是至关重要的因素。膨胀砼用于超长结构无缝施工,其限制膨胀(2)设计和设定非常重要。2偏小则补偿收缩能力不足,无缝施工难以实现;2过大
8、,对砼强度有明显影响。经大量试验研究与工程实践证明,HEA替代砼中的胶凝材料12-12%,对强度无影响,限制膨胀率适宜,2(2.03.0)104,在配筋率0.2%0.8%的条件下,可在结构中建立0.20.7MPa预压应力,这一预压应力值可以抵消砼在硬化过程中因温度和干缩产生的拉应力,从而防止砼收缩开裂,或把裂缝控制在无害裂缝范围内(小于0.2mm)。基于这一“抗”的原理,采用HEA后浇带的间距延长至100m是安全的,比规范2040m增加一倍左右,在200m内可以不设置伸缩缝。这是无缝设计概念中的“少缝”含义,已成功应用于结构设计中。2.2 无缝设计的理论依据之二:变形分析根据我国著名的水泥砼专
9、家,中国工程院院士吴中伟教授关于膨胀砼的基本理论和观点,防止砼开裂,有如下判据:2(StSdCT)SK (1)式中2 限制膨胀率;St 冷缩率;Sd 干缩率;CT 受拉徐变率,徐变CT对补偿收缩防止砼开裂是有利因素;SK 极限延伸率。满足上述判据,就不必设伸缩缝,否则应设伸缩缝。当不掺HEA时,规范规定约30m设一道伸缩缝,以避免收缩应力从自由端沿长向积累,引起中段开裂。我国著名的裂缝专家王铁梦教授通过对结构物应力应变分析与计算,求得了平均伸缩缝间距(或裂缝间距),计算公式如下。详见(工程结构裂缝控制一书)L1.5 arcosh|T | /(|T |Sk) (2)式中H 底板厚度或侧墙高度(m
10、m);E 砼弹性模量(MPa);Cx 基础的水平阻力系数Nmm3,配筋砼1.01.5Nmm3; 砼的线性膨胀系数,取1.0105;T 为综合温差,普通砼TT1T2,膨胀砼T1T2T3(T1砼因水泥 水化热而引起的温升值;T2砼的收缩当量温差;T3膨胀砼的膨胀当量温差);T约束体与被约束体的相对自由温差变形(mm); SK砼的极限拉伸值; arcosh双曲余弦函数的反函数。该公式是用极限变形计算伸缩缝间距。这表明王铁梦的裂缝间距计算公式在极限状态下其本质同吴中伟的防止砼开裂的判据公式完全一致。由上式可见,温差或收缩很重要,一般总是T大于SK。它们的差距越大,伸缩缝间距越小;差距越小,伸缩缝间距越
11、大。如设法使约束程度下降,即可增大伸缩缝的间距。如CX 0,则L ,即在理论上建筑物任意长度均可取消伸缩缝。这就需要降低温差或减小砼收缩,提高砼的极限拉伸SK。然而,提高砼的SK是十分困难的,只有设法降低砼的水化热和收缩,即控制裂缝原则是TSK,这是“抗”的办法。工程实践表明,在砼中掺入适量的HEA,由于砼的膨胀可补偿砼的冷缩和干缩,可显著地减少T,从而延长伸缩缝的间距。2.3大体积砼裂缝的成因从材料方面看, 水泥水化是个放热过程, 根据水泥品种的不同, 其7天水化热为300400J/Kg。在绝热情况下,砼内部温升可达4070。水泥的水化热大部分集中在前7天释放,在自然环境中,由于存在发热和散
12、热两种因素,砼的内部温度一般在24天达到最高,然后逐步降温,这样就会产生冷缩,温度每下降10时,产生冷缩值约110-4,相应地就会产生较大的收缩拉应力;另一方面,大体积砼的散热较慢,这样内外就会出现很大的温差,从而在内部产生温差应力,这就是大体积砼开裂的主要原因。2.4补偿收缩大体积砼抗裂基本原理大体积砼工程因散热降温引起的冷缩比干缩更容易引起开裂,常规的温度控制措施(如使用冷骨料加冰水,覆盖保温、内部加循环水等)往往既复杂又费钱。吴中伟院士提出,采用水化热低又有一定膨胀性能的补偿收缩砼,同时加以适当的温控措施,就可以做到既经济合理,又能有效地解决大体积砼的开裂问题。他提出了砼冷缩和干缩的联合
13、补偿模式,即当|2-Sd-St|SkCt 式中2 限制膨胀率;Sd 干缩率;St 冷缩率(随温度而变化,当降温为10时St约为110-4);Ct 受拉徐变,Sk 极限延伸率(根据砼配筋的不同是可变动的,一般情况下Sk =(23)10-4 ;有时为110-4 ,配筋很大时 Sk 可达到410-4。砼开裂是由于抗拉强度低,可变性差而引起的。在一般钢筋砼结构中,限制收缩时即产生拉应力,引起变形,当拉应力大于本身的抗拉强度时即产生拉应力,引起变形, 当拉应力大于本身的抗拉强度时即导致砼结构的开裂,由上式表明,要想使2-(SdSt-Ct)的绝对值小于Sk的绝对值,就必需提高限制膨胀率或者降低干缩率或冷缩
14、率。根据这理论,在本工程中我们拟采用掺加HEA抗裂防水剂的技术来提高砼膨胀率,利用高效(缓凝)减水剂、粉煤灰等技术措施来降低砼中的水泥用量和产生的水化热,从而减少砼冷缩值,这种“抗”的方法能较好地解决大体积的裂缝控制问题。这意味着在大体积砼施工时,采用补偿收缩砼,放宽了温控指标,一般不必再用冷却骨料, 在砼中埋设冷却水管等传统施工方法, 这样可以大大节约昂贵的施工费用。采用HEA和施工技术相结合的方法,把大体积砼内外温差控制在25之内是可行的。三、施工技术方案3.1膨胀加强带的设置u 将原设计中的温度后浇带改为膨胀加强带,带宽2米。u 施工中采用掺HEA抗裂防水剂的补偿收缩砼,HEA的掺量为1
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