摘 要:從工程設計的角度,簡析了混凝土溫度收縮裂縫的成因和基本特點,提出了防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫的設計措施。
關鍵詞:超長混凝土結構;溫度變形;后澆帶;補償收縮
中圖分類號: TU 375; TU 378 文獻標識碼: B
引言
在建筑工程中,混凝土結構的裂縫較為普遍,裂縫的類型也很多,其成因基本可歸納為由外荷和變形引起的兩大類裂縫。其中由混凝土收縮和溫度裂縫以及這兩種變形共同引起的溫度收縮裂縫,是北方地區工程中最常見的裂縫。隨著建筑向大型化和多功能化發展,超長高層或大柱網建筑不斷出現,混凝土強度等級的提高、泵送混凝土工藝的應用,使超長混凝土結構易出現的溫度收縮裂縫有逐漸增多的趨勢。雖然這類裂縫屬非結構性裂縫,一般不會影響構件的承載力和結構安全,但會影響結構的耐久性和整體性,同時也給使用者在心理上造成不良影響。由于現行規范對防止和減輕溫度收縮裂縫的設計措施的規定較為原則化和局限性,因此,有不少的設計人員比較重視強度設計,而未認真考慮抗裂的構造措施。
基于以上原因,本文結合北方地區溫差大、氣候干燥這一特點,根據多年來的工程設計實踐經驗,提出了防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫的一些設計措施,供參考。
1 溫度收縮裂縫的基本特點
混凝土在硬化過程中發生收縮,溫度變化時會熱脹冷縮。當這兩種變形受到約束時,在結構內部就會產生收縮應力和溫度應力,這兩種應力超過混凝土的抗拉強度時,就會導致混凝土開裂而形成收縮裂縫或溫度裂縫。超長混凝土結構中較多見的是在收縮應力與溫度應力共同作用下產生的溫度收縮裂縫。
(1)該裂縫由收縮和溫度變形共同產生,其分布一般為收縮裂縫和溫度裂縫兩種裂縫的組合,隨環境濕度而變化,隨時間而發展,裂縫的開裂和危害程度往往較單一的收縮裂縫或溫度裂縫嚴重。
(2)根據具體工程中裂縫出現的時間、發展與變化及裂縫分布、形狀、尺寸等特征,裂縫一般可分為以收縮變形為主或以溫度變形為主兩種,實際工程中較常見的是以收縮變形為主的溫度收縮裂縫,一般發生在混凝土澆注后一年內,但多出現于澆注后半個月至數月之內。
(3)主要影響的部位及構件是底層和頂部數層梁板構件以及基礎梁、挑檐、欄板等外露構件。
(4)梁板裂縫呈現不同的分布特征,梁縫一般垂直于縱向,分布在兩側面,兩頭細、中間寬、棗核形。裂縫為表面、深進或貫通,單向板縫等間距平行于短邊。雙向板縫較重于單向板縫,兩個方向板縫縱橫交錯、不規則,縫多為貫通,板面縫一般寬于板底縫。
2 防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮應力的措施
2. 1 控制和降低溫度收縮應力的措施
2. 1. 1 有效設置后澆帶
(1)間距:規范規定為30～40 m。建議具體工程應結合建筑物的長度、氣候環境特點等綜合考慮,一般應控制在30 m左右。
(2)位置:小跨度開間或受力較小的部位,后澆帶一般可設置在梁跨1 /3處;平面布置時,要注意梁的布置宜平行于后澆帶,以免梁截斷太多;視具體情況,可沿平面曲折通過。
(3)寬度:規范規定為0. 8～1 m。建議預留的寬度要考慮滿足鋼筋錯開搭接的要求,允許>1 m。
(4)鋼筋:目前對后澆帶內梁縱向鋼筋的處理有兩種做法。第1種是梁板鋼筋均斷開后搭接,但由于梁鋼筋搭接、焊接處理困難,質量不易保證,容易給結構造成隱患。第2種是板鋼筋斷開、梁鋼筋直通不斷。這種做法目前在工程中采用較多,但由于截斷梁較多時鋼筋全部不斷會約束混凝土收縮,達不到預期的效果。
本文建議,梁上部鋼筋、腰筋及板墻鋼筋斷后錯開搭接,必要時先搭后補焊;梁下部鋼筋不斷,可適當加大配筋。這樣既可以大大減小梁鋼筋全部不斷對混凝土收縮形成的約束,又可避免梁鋼筋全部斷后造成的鋼筋搭接、焊接困難。這種處理方法在一些工程中的應用取得了較好的效果。
(5)澆注時間:按規范的要求,澆注宜在兩個月后進行,且澆注時的溫度宜低于主體混凝土的溫度。由于混凝土的早期收縮量大,相對于1年的收縮量,其半個月的收縮量達30 %～40 %, 1個月達45 %～55 % , 2個月達65 %～75 % ,半年達80 %～90 %。故應按規范執行,在兩個月后進行澆注。
(6)后澆注混凝土:采用無收縮或微膨脹混凝土,強度等級較主體混凝土提高5MPa。
(7)設計時,要特別交待施工單位應注意的問題:后澆帶兩側宜設鋼筋網片,防止主體混凝土流入后澆帶;后澆帶混凝土澆注前應清理鑿毛,澆注時振搗密實,并精心養護;保證后澆帶兩側支撐穩定可靠,后澆帶混凝土達到設計強度時方可拆除。
2. 1. 2 控制和抵抗溫度收縮應力的措施
(1)加強屋面保溫隔熱措施,采用高效保溫材料,嚴格滿足建筑節能設計標準。
(2)對屋面板、外廊板、陽臺板、外露室外現澆板(含施工期間主體暴露時間較長的室內現澆板)以及板跨> 4 m且采用泵送混凝土的雙向連續板等溫度收縮應力較大的板,均應在板面(即板的受壓區)配置≮Φ 6@200 mm的雙向鋼筋網片,或支座鋼筋隔一全跨貫通,但間距宜≯200 mm,每一方向配筋率宜≮0. 1 %。以上板在有受力鋼筋處,實配鋼筋尚應考慮溫度收縮應力的影響予以適當增大。
(3)對框架梁及所有的現澆梁,凡高度≥600 mm(外露梁高度≥500 mm)者,均應設置≮2Φ 12 mm的腰筋。腰筋宜細而密,間距應≯200 mm,每側腰筋配筋率宜≮0. 1 %。
(4)檐口板、外露欄板應雙向配筋,上下端頭各配≮2Φ 10 mm的溫度抵抗筋,并每隔15～20 m設置1道20 mm的溫度伸縮縫。
(5)現澆板混凝土的強度等級宜≯C 35。
2. 2 采用UEA補償收縮混凝土
2. 2. 1 設計思路
采取“以抗為主”的設計思路,利用UEA 補償收縮混凝土在硬化過程產生的膨脹作用,在結構中產生少量的預壓應力用以補償混凝土在硬化過程中產生的溫度和收縮拉應力,從而防止收縮裂縫或將裂縫控制在無害裂縫的范圍內。
2. 2. 2 具體做法
所有樓板均摻加10 % ～12 %的UEA,其膨脹率為2 ×10- 4 ～3 ×10- 4。每隔50 m設置1條2 m寬的膨脹加強帶,帶內混凝土摻加14 % ～15 %的UEA,其膨脹率為4 ×10- 4 ～6 ×10- 4。兩側設密孔鋼絲網,防止混凝土流入加強帶,可連續澆注100～200 m的超長建筑。
2. 3 采用預應力混凝土結構
預應力混凝土可增強梁板的剛度,梁板中所產生的預壓應力可抵消由于混凝土溫度變化和收縮產生的軸向拉應力,從而達到擴大溫度伸縮縫間距而不設后澆帶的目的。例如對珠海機場的調研,梁板在采用無粘結預應力混凝土后,平面尺寸84 m ×48 m未設后澆帶,其使用效果良好。如果為了滿足建筑層高的要求而采用該技術時,可考慮在采取必要的控制和抵抗溫度應力的具體措施后增大溫度伸縮縫的間距,但應結合工程實際進行具體分析。
3 結語
本文從工程設計的角度,簡析了混凝土溫度收縮裂縫的成因和基本特點,提出了防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫的設計措施。注重結構概念設計,對裂縫采取“放”、“防”、“抗”相結合的設計構思,通過有效設置后澆帶、控制和抵抗溫度收縮應力的綜合措施,對防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫比較有效。但其中的一些措施尚須深入研究,在具體工程中應用時應根據各自的特點,并結合北方地區8度抗震設防要求綜合考慮。
后澆帶內梁鋼筋斷與不斷一直有兩種不同的看法和處理方法。通過多年來在一些超長建筑上的設計實踐,提出了梁鋼筋下部不斷開、上部及腰筋可錯開搭接或先搭后焊的處理方法。
