超长基础底板混凝土配合比设计及抗裂计算分析.pdf

第 3 9卷第 1 2期 2 01 2年 1 2月 建筑技术开发 Bui l di n g Te c hn i qu e De v e l o p me n t Vo 1 3 9， No 1 2 De c 2 O1 2 超 长 基础 底 板 混凝 土 配合 比设 计 及抗裂计 算分析 张 中善 王欢 ( 1 中国建 筑第七 工程 局有 限公 司华北公 司 ， 天 津 3 0 0 3 8 1 2 天 津市建 设 工程质 量 安全监 督 管理 总队 ， 天津3 0 0 2 2 1 ) 摘要 通过工程实例 ， 介绍了超长基础底板混凝土原材料要 求 配合 比设 计 ， 通 过对 混凝土抗 裂进行 了细致分析 ， 从 理论上得 出了采用补偿收缩混凝 土实现超 长基础底板无缝连续浇筑 的可行性 。 关键 词 基础底板 ； 配合比设计 ； 抗裂计算 中图分类号 T U 5 2 8 0 6 2 文献标志码 A 文章编 号 1 0 0 1 5 2 3 X( 2 0 1 2 ) 1 2 - 0 0 3 5 0 3 S UPER LoNG BAS E PLATE CoNCRETE M I X RATI o DES I GN AND CALCULATI oN ANALYS I S Zh a n g Zh o n g s h a n W a n g Hu a n Ke y w o r d s I n t h i s pa p e r ， t h r o u g h t he e n g i ne e r i n g e x a mp l e s， pr e s e n t s t h e s u p e rl o n g c o n c r e t e ba s e r a w ma t e r i a l s mi x de s i g n， t h r o u g h t o t h e c o nc r e t e c r a c ki ng a r e a n a l y z e d，t he o r e t i c a l l y o bt a i ne d us i n g s hr i n ka g e c o mp e n s a t i ng c o n c r e t e f o un d a t i o n s l a b c o n t i n uo u s ca s t i n g o f s u pe r l o ng s e a ml e s s i mpl e me nt a t i o n f e a s i bi l i t y f o u nd a t i o n； mi x d e s i g n； c a l c u l a t i o n 1 工程概 况 天 津 美 术 馆 工 程 是 天 津 文 化 中心 四 大 场 馆 之 一 ，建 筑 面积 4 6 0 1 1 12 0 ， 建筑 高度 3 0 m， 该工 程地 下 1 层 、 地 上 4层 ， 结 构形 式为 钢框 架 一剪力 墙结 构 。 本 工 程 基 础 底 板 平 面 为 长 方 形 ， 东 西 长 8 1 6 i n ， 南 北宽 1 1 5 6 m， 基础 底 板 厚度 为 8 0 0 m in， 混 凝 土强 度 等级 为 C 4 0， 抗 渗等 级 为 P 6 。基 础底 板 采用无缝设计施工技术 ， 通过渗入 S YC S A膨胀剂 和设置 混凝 土膨 胀 加 强 带 的方 法 ， 从 而达 到 抗 裂 防 渗 和结 构 自防水 的 目的 。 2混 凝土 配合 比设计 2 1 原材料 要 求 1 ) 水 泥 ： 强 度 等 级 不 小 于 3 2 5， 本 工 程 采 用 的 水泥强度等级为 3 2 5的矿渣通硅酸盐水泥； 2 ) 砂 ： 中粗砂 ， 细度模 数 2 62 9， 含泥量 小 收稿 日期 ： 2 0 1 2 0 91 5 作者简介 ： 张中善 ( 1 9 7 1 ) ， 男 ， 河南 省淮 阳县人 ， 毕业 于北京 经济技 术研修学院 ， 高级工程师 ， 副 总工程师 ， 研 究方 向： 建筑施 工方面 的研究 。 于 1 ； 3 ) 石 子 ： 5 3 1 5 mm 连续 级 配 碎 石 ， 含 泥 量小 于 1 ； 4 ) 粉 煤灰 ： 二级 粉煤 灰 ； 5 ) 膨胀剂 ： 武汉三源 S YC S A高效膨胀剂。 2 2混 凝 土 配合 比 通 过 天 津 地 区各 种 材料 供 应 情况 ， 我们 对 基础 底板膨胀混凝土配 台比进行了设计和优化， 最终混 凝土配合 比通知单如表 1 。 3 补偿 收 缩混 凝土 抗裂计 算 根 据 我 国著名 的水 泥混 凝 土 专家 ， 中 国工 程 院 院士吴 中伟 教 授 关 于 膨 胀 混 凝 土 的 基 本 理 论 和观 点 ， 防止 混 凝土 开裂 ， 有如 下判 据 ： 1 2 一S 一 s ( t )l S K 式 中 ： ， 混 凝土 的 限制膨胀 率 ； 5 混凝土的冷缩率 ； ( t ) 混凝土在任意时间的收缩率； s 混凝土的极限延伸率。 若满足上述判据 ， 混凝土不会开裂； 若不满足上 述 判据 ， 则 混凝 土就会 开裂 。 3 5 第 1 2期 张 中善 ， 等 ： 超 长基础底板 混凝 土配合 比设计及抗裂计算分析 第 3 9卷 表 1混凝土配合 比 原材料 水泥 砂 石 水 减水剂 F A 矿粉 S YC S A 每混凝土用量 ( m k g ) 2 6 0 6 3 0 l l l 0 1 8 O l O 8 0 1 O 0 3 8 设计要求基础底板混凝土中 S YC S A的掺量 为 8 ， 补 偿 收 缩 混 凝 土 限 制 膨 胀 率 为 ，= 2 5 1 0。 3 1 由水 泥水化 热 引起 的 温差 的计算 由水泥水化热引起的混凝土绝热最高温升按下 式计算 ： T =( Q + Q ： + Q + Q ) ( R h C ) 式 中 ： 绝 热温 升 ( o C) ， 是 指在 基 础 四周 无 任 何散 热条 件 、 无 任何 热 损耗 的条 件 下 ， 水 泥 与 水 反 应 后 产 生 的 反 应 热 ( 水 化 热 ) 全 部转 化 为温 升 后 的 最 高 温度 ； 单位水 泥用 量 ， k g m ； 单位 S YC S A用量， k g m。 ； ，单位粉煤灰用量 ， k g m ； 单位矿粉用量 ， k g m ； Q ， 水 泥 水 化 热 ， P 0 4 2 5 水 泥 取3 5 0 k J k g ； Q 2 s YC S A水 化热 ， 取 2 4 6 k J k g ； Q ， 粉煤灰 水化 热 ， 取 1 5 0 k J k g ； Q 矿粉水 化 热 ， 取 1 8 0 k J k g ； 混 凝土 的密度 ， 实 际是 2 4 0 8 k g m ； C 混 凝土 的 比热 ， 取 0 9 6 k J ( k g K) 。 T =( 2 6 03 5 0+3 82 4 6+8 0 X 1 5 0+ 1 0 01 8 0 ) ( 2 4 0 8 X 0 9 6 ) =5 6 4 忽 略 钢 筋 混 凝 土底 板 沿 长 度 和 宽 度 方 面 的散 热 ， 只考虑 沿上下 表 面一维 散热 ， 散热 影响 系数 约为 0 6 0 ， 则 由水泥水化热引起的温升值 ： T 1=5 6 4 0 6 0 =3 4 混凝 土人 模 温 度 =2 5 C 施 工 时 环 境 温 度 T4=2 5 则预计混凝 土 中心平均温度 ： =T + = 3 4+ 2 5=5 9c I = 环境 气温 2 0 一 3 0 ， 取 平 均 温差 T o =( 3 0 2 01 2 =5 3 2混凝 土 冷缩值 的计 算 S = ( + ) ：3 9 1 0一 3 6 3 3 混凝 土干 缩值的计 算 混凝土随着多余水分的蒸发必将引起体积的收 缩 ， 其收缩量甚大， 机理 比较复杂， 随着许 多具体条 件的差异而变化 ， 根据 国内外统计资料 ， 可用下列指 数函数表达式进行收缩值的计算。即按下式计算混 凝土干燥收缩值 ： 混凝 土 1 5 d最大干缩值 8 ( t ) 按 下式计 算 ： ( t ) = s ? ( 1 一 e 叫 ) m l m 2 m 式 中 ： s ( t ) 任意 时 间的收缩 ( m m m m) ； 由浇灌 时 至计 算 时， 以天 为 单位 的时 间值 ； 标准状态下最终收缩值 ( mm mm) ， 取 3 2 4 1 0一 m 、 m ： 、 m 一 m 、 为各种 非标 准态 的 修正 系数 。 水泥品种影 响系数 ： m =1 0 水 泥细度影 响系数 ： m ， =1 0 水胶 比影响系数： m =1 0 胶浆 量影 响 系数 ： m =1 0 养 护时 间系数 ： m = 0 9 3 环境相对湿度系数 ： m = 0 7 其余系数 m7 =1 0 m8 =1 0 m8 ：1 0 m9 =1 3 ml o=1 0 ml 1=1 0。 ( t )= 0 m1 m 2 X m 3 ml 0 ( 1 一e 枷叭 ) =0 38 X 1 0一 3 4 混 凝土 结构抗 裂分 析计 算 3 4 1 混凝土极 限延伸率 在 抗 裂计 算 中 ， 混凝 土 的极 限延伸 值 通 常采 用 如 下经 验公式 ： S k = 0 5 R f ( 1+ l x d )1 0 式中： S k 混凝土极限延伸值 ； R 混凝土的抗拉强度标准值 ； 配筋率 ； d 钢筋直径。 本工 程底板 混凝 土 强度等 级为 C 4 0 ， 混凝 土 R ：2 3 9 MP a ， 配筋 率 为 =0 6 ， 钢 筋直 径 取 d= 2 2 m m。混凝 土 的极 限延伸 率 ： S = 0 5 R f ( 1+ l x d )X 1 0 ： 1 5 21 0 第 3 9卷 张中善 ， 等 ： 超 长基础底板 混凝 土配合比设计及抗裂计算分析 第 1 2期 徐变使混凝土的极 限延伸增加 ， 提 高混凝土的 极 限变 形能力 。混凝 土 的实际极 限延 伸值 ： S k = 0 5 R f ( 1 + l d )x( 1 + 0 5 )1 0 ：2 28 X 1 0一 3 4 2 混 凝 土最终 变形 值 补偿 收缩 混凝 土最 终 收缩变 形 ： D=l 2 一 S 一 ( t ) l=l 2 5 x 1 0 一 一 3 9 1 0一一 0 3 8 x 1 0“ l=1 7 81 0 一。而极 限延伸率 S =2 2 8 x 1 0 ， 这说明 ， 掺入 S YC S A高性 能抗 裂防水剂后 ， 混凝土的剩余 变形值小于混凝土极 限 延伸 率 。 即D=l s ： 一 S 一 s ( t ) l S ， 故采用补偿收缩 混凝 土进 行超 长结 构无 缝施 工不 会 开裂 。 对 于普通 混凝 土 而言 ， 最终 收缩 变形 ： D =I ( s + ( t ) ) =4 281 0 。 即 DS ， 混 凝 土 的 最 大变 形 值 大 于 混凝 土 的 极限延伸值 ， 故普通混凝土易开裂。 我 国著名 的裂 缝专 家 王铁梦 教授 通过 对结 构物 应力 一应变 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) ： L= 1 5、 _ a r c h 1 l ( 1 a T S ) 式 中 ： 日 混凝 土 板厚 度 ； E 混凝土弹性模量 ( MP a ) ， C 4 0混凝土 的 弹性 模量 为 3 2 51 0 ； c 约束系数 ， 取 0 3 N mm ； 混凝土 的线性膨胀系数 ， 取 1 01 0 。 ； 卜为综合温差 ； Js 混凝 土 的极 限拉伸 值 ， 取 2 2 81 0 混凝 土 收缩 当量温 差 ： T =0 3 8 1 01 0 1 0一 =3 8 混凝 土膨 胀产 生 的补偿 当量 温差 ： T 6=2 51 0一 11 0一 =25 混凝 土综 合 温差 ： T ： T 3+ + 一 一 =1 7 8 L= 1 5、 _ a r c h 1 a T l ( I a T S ) =1 5 8 0 03 2 51 0 0 0 0 0 3 a r c h l 1 7 8 1 0 l ( 1 1 7 8 x 1 0 I 4 l 一 2 2 8 x 1 0 ) 因为 l l S =l 1 7 8 1 0 一 l 一2 2 81 0 一 = 一 0 5 1 0 一 0 ， a r c h 1 l ( 1 l S ) 在数学 上无 解 ， 因此 在理 论 上 ， 伸 缩 缝 间距 可 取 消 ， 实 现 混 凝土 无缝 连续 浇 筑 。 4混凝 土浇 筑 为有 效 的 避 免 裂 缝 的 产 生 ， 本 工 程 加 强 带 按 补 偿 收缩 混 凝 土应 用 技 术规 程( J G J T 1 7 8 2 0 0 9 ) 规定 进 行 设 置 ， 膨 胀 加 强 带 之 间 的 间距 控 制 在 3 0 6 0 m。本工程底板厚度大 ， 采用后浇式结合 间歇 式 的施工 方法 ， 间歇式施 工 方法如 图 1所示 ， 底 板膨 胀 加强带 随下一 段 底 板 混 凝 土一 起 浇 筑 ； 后 浇 式施工方法如图 2所示 ， 加强带在两侧底板混凝土 浇筑 3 d后 进行 浇筑 。 L 2 。 。 一 图 1 间歇式膨 胀加强带 1一先浇筑的补偿收缩混凝土 ； 2一施工缝 ； 3一钢板止水带 4一后浇筑的补偿 收缩混凝土 ； 5一密孔铁丝网 ； 6一与膨胀 加强带 同时浇筑 的补偿收缩混凝土 L2 0 o 0 图 2 后浇式膨胀加强带 1一补偿收缩混凝 土； 2一施工缝 ； 3一钢板止水带 ； 4一膨胀加强带混凝土 5 结语 在 实 际施 工 过 程 中 ， 对 混 凝 土质 量 的影 响 因素 很多， 比如 ， 基础的不均匀沉降、 周围环境温湿条件、 施工组织等原 因都可能导致混凝土开裂。 参考文献 1 王铁梦 工 程结 构 裂缝 控制 s 北 京 ： 中 国建 筑工 业 出版社 ， l 9 9 7 1 5 8 1 6 5 2 J G J T 1 7 8 -2 0 0 9 补偿 收缩混凝 土应用技术规程 S 中国建筑 工业 出版社 ， 2 0 0 9 3 7