取消后浇缝的工程设计.doc

取消后浇缝的工程设计
何广杰
摘　要　实际工程中,当结构较长时,为解决砼的收缩及温度应力,需留设伸缩缝或后浇缝,这对结构施工及按时投入使用都造成诸多不便。本文根据笔者在某花园住宅工程89m长地下室采用UEA补偿收缩砼,一次浇筑,不留后浇缝及膨胀带的工程实际情况,介绍UEA补偿收缩机理,并说明采用UEA的注意要点。
关键词　UEA砼　后浇缝　收缩应力　裂缝间距
1　概述
　　结构砼的收缩、温度应力是工程中难于 处理、而又必须面对的问题。这种收缩、温度应力产生于砼的收缩受到限制。砼的收缩按其产生的原因有:(1)在砼的水灰比 水用于水泥水化,而80%的拌合水将在砼硬化过程中逐步散失到大气中,导致砼的失水干缩,这是造成砼自身收缩的主要原因;此外,还有水泥凝胶体的凝缩,但这种收缩影响很小。(2)水泥水化过程伴有大量的热能释放,造成水化过程中砼的温度不断升高。按水泥水化反应速度、结构砼的尺寸及其散热条件,一般三至五天时砼的温度达到最高,之后水泥水化速度减慢,热能释放降低,当其少于砼向大气中散失的热量时,结构砼产生降温冷缩。(3)结构砼使用期间,受外界温度变化影响有热胀冷缩。当砼的收缩受到约束时,就会在结构砼内产生收缩拉应力,约束越强则产生的收缩拉应力越大,当其达到砼的极限抗拉强度时,就会导致结构砼的开裂,影响结构物的正常使用。
　　收缩应力是大体积、大尺寸结构砼的设计及施工中不容忽视的问题。过去解决砼的收缩拉应力问题,通常采用“导”的办法;对大体积砼采取控制温升措施,如采用低水化热水泥、降低砼的入模温度、设置循环冷却水管散热等等;对大尺寸的结构砼则采用设置伸缩缝及后浇缝的办法,减小结构砼收缩的影响。多年的实践经验证明,这种“导”的办法能较好地解决结构砼的收缩拉应力,但给施工及结构物的按时使用带来诸多不便,接缝处理不当,常有渗水、漏水情况,影响正常使用,增加工程投入。
　　UEA补偿收缩砼采用“抗”的办法解决结构砼的收缩应力,这种砼具有在硬化过程中,产生体积膨胀,受到相邻钢筋及边界约束限制,能在砼中建立一个预压的应力场(故这种砼又称自应力砼),有效地抵消结构砼收缩拉应力,保证结构砼不开裂。现在成功地利用UEA的工程实例很多,但也有使用不理想的情况。本文结合笔者在某花园一期工程89 m长地下室,采用UEA补偿收缩砼一次浇筑,不留后浇缝及膨胀带的工程实际,以及其他几个工程的使用情况,说明UEA补偿收缩砼的机理及施工注意要点。

2　结构砼收缩温度应力分析

　对就地浇筑的砼构件,取单位宽度的砼板带,并假定在其厚度内应力均匀分布,如图1。列微元体方程: 　　　　　　　　　　　dN＋τdx＝0　　　　　　（1）
结构砼任意点位移U由约束位移Uσ及综和温差αT组成:　U＝Uσ＋αT　　（2）
结构砼的约束应力　　　（3）
地基约束应力　τ＝－CxU　　　　（4）
式中　Cx为地基约束系数,由(1)～(4)式可得微分方程:－β2U＝0　　　（5）
式中　β＝,求解(5)式并利用x＝0，U＝0及x＝，σx＝0可得:
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（6）
相应砼中应变
　　　　　　　　　　　（7）
分析可知:降温、收缩砼产生拉应变,升温砼产生压应变。按式(7)当x＝0时εc＝εc，max，当εc，max达到砼的极限拉应变εp时砼将开裂,由此条件,并考虑αT与εp反号,取绝对值,可求得最大裂缝间距值Lmax，按文献［1,2］取Lmin＝Lmax，［Lcr］
＝（Lmin＋Lmax）最后
有:　　　　　　（8）
式(8)中αT为广义应变,这里指砼的降温冷缩应变αΔT和失水干缩应变εy之和;εp是砼的极限拉应变,它与结构砼的配筋率、钢筋直径、砼的抗拉强度及龄期有关,并应考虑徐变的影响。砼是脆性材料,抗拉应变较小,分析表明:通常情况下｜αT｜＞｜εp｜。
　　由式(8)分析,当｜αT｜≤｜εp｜，则［Lcr］＝∞,即一次可以浇筑任意长度的结构砼,而不需留设伸缩缝或后浇缝。实际上收缩和降温冷缩是砼的固有性质,借用预应力的概念,通过预压应变的建立以压抗拉,达到控制砼收缩的目的是一种积极的思路。

3　UEA补偿收缩砼的工程应用

3.1　UEA补偿收缩砼的机理
　　UEA补偿收缩砼的配制,是在通常的砼配合比设计后,用U型膨胀剂等量替代部分水泥制成微膨胀砼。试验表明:这种等量替代一般为(10～12)%,这对砼的和易性、强度等基本无影响,而能在水化过程中生成大量的膨胀结晶物(钙钒石)不断填充孔隙,制成密实、收缩小　而又产生适度膨胀的砼,受到相邻钢筋及边界约束时,能在砼中建立(0.02～0.05)%的预压应变,相应的预压应力可达(0.2～0.7)MPa;当U型膨胀剂的掺量增加,这种建立起来的自应力就会增大,但砼的坍落度降低较多,对砼的和易性、强度也有一定的影响。所以工程中视结构砼的位置、受力情况等,U型膨胀剂的掺量常取为(10～15)%［3］,而U型膨胀剂掺量(14～15)%通常用于膨胀带内,这样建立的预压应变能有效地抵消砼的收缩应变,从而使砼处于拉而不裂的应变下。
3.2　某工程采用UEA的使用情况
　　某花园住宅小区F、G幢楼,位于广州市南洲路,平面为L型,地面九层,地下一层(车库),长89m,宽20m。本工程基础采用预应力管桩。工程场地原为农田池塘,场地平整后地下水位仍较高,平均为－0．4m,桩基施工1996年5月完成,地下室施工时已进入雨季。由于场地限制,业主和施工单位都希望地下室能尽早投入使用,作为民工及材料临时用房,为此宜减少、甚至不留施工后浇缝。按规范要求该地下室至少应设1～2道后浇缝,如此地下室施工期间至少40～60天将有浸水可能,不能满足业主要求,给施工带来很多问题。工程设计中,采用了UEA补偿收缩砼一次浇筑,不留后浇缝的做法。施工时按设计分析,本着简化施工程序、加快施
工进度、结合施工质量控制,只是在底板面上0.5m高侧墙上设置了施工缝,并通过止水钢板解决防水问题。施工完成14天、28天龄期时现场详查,整个地下室除底板有两处因砼振捣不密实有渗水外,未发现有砼收缩温度裂缝。经局部补渗后投入使用,现　已有一年时间,经过两个雨季考验,证实达到设计目的,满足使用要求。现将设计分析说明于后。
3.2.1　分析干缩和降温冷缩的影响
　　由于地下水位较高,使结构砼从施工到使用一直处于高湿度环境,所以砼因失水干缩的影响很小;而投入使用后,因为地下室不受太阳直射,大气温度变化引起的温度应力影响较小,因此需要注意的是砼在水泥水化中降温冷缩的影响。
3.2.2　按结构砼裂缝控制理论进行分析
　　本工程地下室底板按承受水压力计算,板厚取为300mm;配筋为Φ14间距200mm双层双向,砼强度等级C25。因底板较薄,散热好,沿构件基本不需考虑内外温差影响,按均匀温度场进行分析。按文献［1,2］及有关资料,预计底板砼浇筑后两周,可基本完成降温,故取14天龄期进行分析:
　　按14天计算砼的弹性模量Ec＝E0（1－e0．09t）＝2．01×104N／mm2，取Cx＝0．03N／mm3介于粉质粘土与软粘土之间,实际上还应计算桩基础的约束作用。由有关工程实测及资料,预估砼温降30℃,并按文献［4］取εy＝1．5×10－4，εp＝2．5×10－4(已考虑徐变影响),代入式(8)中有:

不考虑砼失水干缩影响时即εy＝0则:［Lcr］＝52．70（m）；而当考虑UEA补偿收缩应变取为2．5×10－4按εp、εy分析取值代入(8),得:［Lcr］＝∞。
　　由上面的计算分析可知:(1)考虑αT及εy时是最不利的情况,和实际情况有出入,计算得［Lcr］也最小。(2)考虑实际情况不计失水干缩影响,则［Lcr］已较大,这正是许多地下实际工程大体积砼施工时,只要作好砼的保温保湿并采取适当的降低水化热措施,基本能解决砼的收缩应力问题,可以一次浇筑较长的结构砼。(3)当采用补偿收缩砼UEA时,即使考虑砼的失水干缩也能使［Lcr］＝∞,即不需要设缝。说明本工程不设后浇缝是安全的。
　　实际施工时,实测砼的入模温度24℃,温度抽测显示三天左右时温度最高达51℃,这和预估值接近。砼的养护:本工程底板砼养护方法是,砼浇筑终凝后进行蓄水养护以保温保湿并控制温降速度,两周后改用定时洒水养护;对侧墙的养护比较困难,实际作法是,拆模后外侧采用湿粘土部分回填,内侧用两层草袋木件斜撑,浇水养护两周,之后用定时洒水养护。龄期时现场详查结果,未发现砼有收缩温度裂缝。

4　采用补偿收缩砼的注意要点

　　UEA补偿收缩砼的工作原理是易于接受的,但它的良好工作性能是否正常发挥,达到按现有的施工工艺,对水平浇筑的砼构件,采用二、三层草袋浇水及蓄水养护法,能作到保温保湿,确保砼硬化过程中收缩较小,避开失水收缩与温降峰值重叠。而对侧墙等竖向浇筑的砼构件,很难做到保温保湿,精心的施工也只能作到采用二、三层草袋木件支撑,定时浇水。如本工程拆模后部分回填含水率高的湿粘土不失为因地制宜的办法;而涂刷养护膜是值得推荐的竖向结构砼构件养护的办法。

5　结 语

　　根据结构砼的收缩应力分析,结合工程应用实际有以下几点:
　　(1)对砼的收缩应力,按其产生原因,针对具体工程条件具体分析,通过减小失水干缩和降温冷缩达到控制砼的收缩应力,是一种方式;同时采取措施避开两种峰值收缩变形同时发生,考虑砼塑性达到减小砼的收缩应力,也是一种考虑。
　　(2)补偿收缩砼能够很大程度上补偿砼的收缩,但应对施工质量控制严格把关,特别注意砼的养护工作,注意砼水化过程中的保温保湿,这是达到设计目标的关键。
　　(3)对地下室大体积、大尺寸结构砼考虑其位置及环境条件,按本工程分析,90 m长结构砼一次整浇,不留后浇缝及膨胀带是可行的。
作者单位：何广杰（西南交通大学建工系,成都　610031)
参考文献
1　王铁梦.建筑物裂缝控制.上海科学技术出版社,1987
2　赵志缙.高层建筑基础工程施工.中国建筑工业出版社,1994
3　游宝坤,吴万春等.抗裂新材料U型砼膨胀剂.施工技术,1987(5)
4　游宝坤 ,吴万春.取消伸缩缝设计新方法.建筑结构,1993(1)