连续浇筑钢筋混凝土超长结构裂缝控制新技术.doc

连续浇筑钢筋混凝土超长结构裂缝控制新技术
第1章 UEA补偿收缩混凝土的抗裂原理
在水泥中内掺10%~I2%UEA，可制成UEA补偿收缩混凝土，在限制条件下，UEA产生的膨胀能转变为0.2~0.7MPa的预压应力储存于结构中。这一预压应力可抵消结构中产生的拉应力，从而防止或减少收缩裂缝的出现。在限制条件下，掺入UEA后，混凝土产生限制膨胀来抵消混凝土由于干缩和冷缩引起的限制收缩，从而达到避免或减少混凝土开裂的目的，这就是UEA补偿收缩混凝土的抗裂原理。
UEA补偿收缩混凝土能完全补偿混凝土的干缩，并且能使混凝土在中期获得微弱膨胀，以补偿混凝土的冷缩。其补偿收缩模式可用图3-3-l表示。

图3.3-l中：
①——混凝土散热冷缩变形曲线；
②——气温变化引起的冷缩曲线；
③——③=①十②；
④——符合冷缩与干缩联合补偿的最终变形曲线。
ST——最大冷缩值；
S2——最大收缩值；
D——最终变形，亦即最终收缩（短时间）；
S c——弹性压缩；
Є2m——混凝土湿养膨胀阶段达到的最大限制膨胀率；
S k——混凝土的极限拉伸值。
在实际应用中，首先确定混凝土初始温度和水化热温升达到最高温度后的降温冷缩变形曲线②，其次确定气温下降曲线①和以后周期性变化引起的叠加冷缩曲线③。最后选定适宜的限制膨胀Є2m和湿养膨胀时间t来对冷缩和干缩进行联合补偿。最大冷缩值ST可根据最大降温值（℃）和混凝土的线膨胀系数计算。
当混凝土的最终变形（亦即最终收缩）D= Є2m- Є2 + Є e - ST < S k时，混凝土不会开裂。
第2章 抗裂分析、伸缩缝间距讨论及工程应用简介
北京当代购物中心工程的箱形基础，长90m，宽90m，底板厚70mm，墙厚350mm，配筋率为0.4%，钢筋直径为20mm，混凝土设计标号为C30，采用525号普通水泥，水泥单方用量366kg/m3，水灰比0.50，施工季节气温为7~l2℃。该工程采用UEA混凝土作结构自防水，内掺l2%UEA，UEA混凝土湿养膨胀阶段达到的最大限制膨胀率为4.28l0-4。该底板经1年观察，无裂缝。
第1节 抗裂分析
由于水热化引起混凝土内部绝热升温：
考虑基础上、下表面一维散热，散热系数为0.5~0.6，取0.6，则由于水热化引起的温升值为：
T1=0.6 T max=0.670.9=42.5（℃）
环境气温7~12℃，取其平均差值
所以，混凝土的最大冷缩值为：
S k =α（T1+ T2）=1.0l0-5（42.5十2.5）=4.5l0-4
混凝土1个月最大收缩值S2按下面经验公式计算：
Є2 （t）=3.2410-4（l-e-0.0lt）m1m2……m 10
m1、m2…m 10为各种因素影响系数。在这里只考虑水灰比和环境湿度影响，取m4=1.l2，m7=l.l3。
Є2 （30）=3.24l0-4（1-e-0.0130）1.211.13=4.510-4
混凝土的极限拉伸S k考虑配筋和徐变影响，按下式计算（负号表示受拉状态）：
S k =0.5Rf（1+P/d）10-4=0.52.0（1+0.4/2.0）10-4=1.2l0-4
考虑混凝土的徐变影响，偏于安全地假设为弹性极限的0.5倍，则
S k =1.210-4（1+0.5）=l.810-4
即混凝土的最终变形：
D= Є2m- Є2 - ST
=4.2810-4-1.510-4-2.510-4=-1.3710-4（负号表示受拉状态）
由于1.3710-4< S k =1.810-4，所以，混凝土不会开裂。
第2节 伸缩缝间距计算
混凝土收缩当量温差 ：
混凝土膨胀补偿当量温差
混凝土综合温差：
T=T1+T2+ T3-T4=42.5+2.5+11.5-42.8=13.7（℃）
地基硬质粘士，取水平阻力系数Cx=0.1MPa/mm。
C30混凝土弹性模量28d龄期为3.0104MPa。
混凝土伸缩缝间距（平均值）按下式计算：
则
由于|l.0l0-513.7|-|l.810-4|<0，该式在数学上无解，因此，物理概念上伸缩缝尽可取消。
若该工程采用普通混凝土施工，条件相同，则混凝土则和温差为：
T=T1+T2+ T3=42.5+2.5+11.5=56.5（℃）
伸缩缝间距则为
=20276mm~20.3m
即每20m要留一道伸缩缝，否则，混凝土会开裂。
以上分析就是UEA补偿收缩混凝土抗裂控制的依据。当然，在实际施工中，影响因素很多，每一种因素都可能导致钢筋混凝土结构的开裂。但在良好施工条件下，延长伸缩缝的间距是可以做到混凝土结构不裂的。
根据这一原理先后在十几个超长钢筋混凝土结构自防水重大工程中应用这一技术均获得成功。
北京当代购物中心工程原设计横向3条、纵向2条后浇带。采用UEA混凝土后，取消了原设计的5条后浇带，底板5600m3混凝土连续5d采用泵送混凝土浇筑完成。施工时，由2个混凝土搅拌站同时供应商品混凝土，水泥与UEA单方用量高达436kg/m3，施工季节为严寒冬季，最低气温-12℃。该工程已回填土1年，无任何开裂、渗漏现象。
北京九龙游乐园水下宫殿，位于北京十三陵水库中，内径49m，高15m，底板厚1.2m，墙厚1.0m，顶厚0.3m。龙宫周长160余米。原设计分7道后浇带，给施工带来许多麻烦。后采用UEA混凝土浇筑，取消了原设计的7条后浇带，不间断施工完成了该工程主体。经4年观察，不裂不渗。
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UEA补偿收缩混凝士的研究和发展为混凝土构筑物裂缝控制提供了新的手段。工程实践证明，采用UEA混凝土，可连续浇筑长90~140m不留缝而不开裂，也可不分块连续浇筑5000m3大体积混凝土，减少了分缝处理工作带来的麻烦，大大缩短了工期。