摘要:混凝土結構結構具有徐變、收縮特性會導致結構中產生拉應力，使結構可能出現有害裂縫。這些一直都是結構設計中值得探討的課題。本文采用理論分析和工程實例相結合的方法, 從完善結構設計、優化混凝土配比等方面提出了鋼筋混凝土超長結構設計的綜合技術措施, 可供同類工程借鑒。
關鍵詞：超長混凝土結構; 后澆帶; 混凝土外加劑;
Abstract: The concrete structure has creep, shrinkage characteristics; it will lead to tensile stresses in the structure, so that the structure may have harmful cracks. These have always been worth discussing in structural design. This paper take the method of combining theoretical analysis and engineering examples, put out the measures of long structural design of reinforced concrete technical to improve the structural design and optimize the concrete mix, for similar projects for reference.
Key words: long concrete structure; poured band; concrete admixtures
中圖分類號：TU377 文獻標識碼： A 文章編號：
1工程概況
廣州亞運村運動員村國際區共一層地下室，地上三層局部四層，地面以上結合建筑使用功能，分成8個獨立區域。各區域之間以100mm寬防震縫分開。地下室為超長結構，總長約417米，結合建筑功能，沿長度設置兩條防震縫，將地下室從左到右分為A、B、C三個區域，縫寬100mm。
本工程A區長約136米，B區長約194米，C區長約87米,都超過了混凝土規范規定的55m伸縮縫最大間距的要求。對于這種超長結構,在混凝土收縮或溫度作用下,很有可能開裂并形成有害的貫通裂縫,影響地下室建筑防水和結構的耐久性,甚至可能影響建筑的正常使用。
2超長混凝土結構特點分析
混凝土是一種凝膠體人造石料，混凝土構件具有徐變、收縮特性，控制和減少混凝土的徐變、收縮量是超長混凝土結構施工的關鍵因素。
1)徐變。徐變的主要原因是混凝土構件在長期荷載作用下，混凝土凝膠體的水份逐漸壓出，水泥石逐漸粘性流動，微細空隙逐漸閉合，細晶體內部逐漸滑動，微細裂縫逐漸發生等各種因素的綜合結果，影響混凝土徐變的主要因素有以下幾點：
(1)混凝土在長期荷載作用下產生的應力大小;
(2)加荷載時混凝土的齡期。加荷時混凝土齡期越短，則徐變越大;
(3)混凝土的組成成份和配合比。
混凝土中骨料本身沒有徐變，它的存在約束了水泥膠體的流動，約束作用的大小取決于骨料的剛度(彈性模量)和骨料所占的體積比。當骨料彈性模量小于70Gpa時，隨骨料的彈性模量降低，徐變顯著增大。骨料的體積比越大，徐變越小。試驗表明，當骨料的含量由60%增大為75%時，徐變可減少50%。混凝土的水灰比越小，徐變越小，在常用的水灰比(0.4～0.6)范圍內，單位應力的徐變與水灰比呈近似直線關系。
(4)養護及使用條件下的溫度與濕度。
混凝土養護時溫度越高，濕度越大，水泥水化作用就越充分，徐變越小。
2)收縮。
混凝土在空氣中結硬時體積減小的現象稱為收縮。混凝土澆筑完畢后在凝結之前由于沉實泌水、蒸發，干集料或干燥底層吸收使混凝土水分損失，體積因而減少，產生塑性收縮。混凝土收縮的主要原因是在硬化初期水泥石在水化凝固過程中產生的體積變化，后期主要是混凝土內自由水份蒸發引起的干縮。
(1)混凝土的組成和配比是影響混凝土收縮的主要原因。水泥的用量越多，水灰比較大，收縮就越大。骨料的級配好、密度大、彈性模量高，粒徑大可以減少混凝土的收縮，粗骨料的所占的體積比越大、強度越高，對收縮的制約就越大。
(2)干燥失水是引起混凝土收縮的重要原因，高溫濕養可以加快水化作用，減少混凝土中的自由水份，因而可以使收縮減少。
在建筑工程中，由于超長結構溫度、收縮徐變等內應的疊加和結構累計，是造成混凝土裂縫的主要原因，而有效控制裂縫的展開可采取多種方式，如設置若干道變形縫，以釋放大部分變形。另外可采用優化混凝土的配合比設計以減少混凝土的收縮、提高混凝土的極限拉伸強度等方法，以抵抗施工溫度、徐變、收縮等變形產生的應力。
伸縮后澆帶是為在現澆鋼筋混凝土結構施工過程中，克服由于溫度、收縮、徐變而可能產生有害裂縫而設置的臨時施工縫，其需根據設計要求保留一段時間后再澆筑，將結構連成整體。本工程后澆帶的嚴格意義是基于混凝土的徐變、干縮和施工期間的水泥水化熱的考慮而設置的臨時性伸縮縫，在60天后用填充性膨脹混凝土回澆。減少超長混凝土結構的徐變、干縮和施工期間的水泥水化熱，防止結構裂縫的產生和發展的施工關鍵措施是優化混凝土配合比設計、加強施工養護等。
3. 超長地下結構設計
作為超長結構混凝土，為了控制或減少混凝土的徐變、干縮和施工期間的水泥水化熱應力，即控制結構裂縫的產生和發展，應優化混凝土配比，進行合理的配比設計，并對結構進行合理的后澆帶設計。
3.1材料選擇
1)水泥：選擇水化熱較小的水泥，控制水泥用量，盡可能使水灰比較小，以減少混凝土的施工溫度和收縮;
2)骨料：選擇級配好、密度大、剛度(彈性模量)大、粒徑大，(彈性模量)較大、雜質少的骨料，并盡可能使骨料的體積比應大于75%，如選擇沖洗的砂、圓礫等骨料。
3)摻合物：選擇燒失量不大于3%，有較小的細度，質量均勻較好的礦物摻合料，增加混凝土的密實度，改善和易性。
4)外加劑：摻加緩凝劑有利于控制混凝土早期水化熱，本工程結構復雜，鋼筋密集，常會影響混凝土的澆筑速度，摻加混凝土緩凝劑有利于避免因澆筑速度等原因形成的施工冷縫，而且可緩和溫度升高引起的混凝土強度變化。應用高效減水劑以降低水泥用量。
3.2配合比設計
超長結構混凝土配合比設計應控制水泥用量，盡量降低水灰比，水灰比是決定水泥石和截面區空隙的關鍵因素，較小的水灰比可減少混凝土的收縮。
粗骨料的所占的體積比越大、強度越高，對混凝土收縮的制約就越大，因此配合比設計時應盡量使粗骨料的體積比大，但應滿足一定的要求。
總之，依據超長結構施工控制的機理分析可知，通過優化混凝土配比設計，可從混凝土膠體材料的本身減少收縮、徐變等應力，以及提高混凝土的抗拉強度來抵抗混凝土的內應力變形是一種超長結構混凝土施工控制的有效途徑之一，所以施工之前，結合本工程結構超長和清水混凝土特點，應精心進行混凝土的配比選材、試配設計，來滿足工程需要。
混凝土配合比設計應嚴格依據相關規范的要求控制配比中的堿含量，防止堿集料反應的發生，當使用B種低堿活性集料時，其混凝土含堿量不超過5Kg/m3，當使用C種低堿活性集料時，其混凝土含堿量不超過3Kg/m3。
3.3結構后澆帶設計
根據國家規范《混凝土結構設計規范》(GB50010-2010)鋼筋混凝土結構伸縮縫的最大間距按下表規定采用。
鋼筋混凝土結構的伸縮縫最大間距(m)(節選)
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結構類型 |
室內或土中 |
露天 |
|
框架結構 |
裝配式 |
75 |
50 |
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現澆式 |
55 |
35 |
|
剪力墻結構 |
裝配式 |
65 |
40 |
|
現澆式 |
45 |
30 |
本工程A區長約136米，B區長約194米，C區長約87米，均超過規范限定的伸縮縫最大間距。為此，本工程設計若干后澆帶將地下室進行施工階段的臨時分段，控制混凝土早期收縮徐變時各段施工段結構的長度，減低裂縫產生的風險。后澆帶的澆筑時間為同層結構混凝土澆筑60天后用高一標號微膨脹混凝土灌澆”，在同一位置底板、側壁、頂板貫通設置，上部結構相應位置也一起設置。后澆帶寬度為800，分段后各段最大長度原則上控制在55米以下，局部布置困難位置長度控制在60米左右;后澆帶位置的底板、外墻部位防水、結構采取加強構造設計。
1)A區地下室結構后澆帶設計：
在A區的2-6軸至2-7軸之間、5-6軸至5-7軸之間設置2道伸縮后澆帶，將A區施工期間臨時劃分為3部分。后澆帶寬為800，在地下室基礎底板、外墻、頂板貫通設置，伸縮后澆帶的最大間距為55.5m、最小間距為39.9m。
2)B區地下室結構后澆帶設計：
在A區的6-5軸至6-6軸之間、7-6軸至7-7軸之間和9-2軸至9-3軸之間設置3道伸縮后澆帶，將B區施工期間臨時劃分為4部分。后澆帶寬為800，在地下室基礎底板、外墻、頂板貫通設置，伸縮后澆帶的最大間距為60m、最小間距為46.1m。
3)C區地下室結構后澆帶設計：
在A區的9-10軸至9-11軸之間、10-4軸至10-5軸之間設置2道伸縮后澆帶，將C區施工期間臨時劃分為3部分。后澆帶寬為800，在地下室基礎底板、外墻、頂板貫通設置，伸縮后澆帶的最大間距為35.5m、最小間距為28.6m。具體后澆帶設計位置如下圖所示：
4結語
廣州亞運城國際區地下室為超長混凝土結構, 在設計中采用澆筑的混凝土采用低水化熱水泥，并適當添加混凝土外加劑等措施，結合后澆帶的合理設置，有效減小了混凝土的收縮。在工程投入使用至今未發現有害的貫通裂縫, 證明這是一種方便可行的技術措施，可供同類結構設計時借鑒。
參考文獻
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