超大面積混凝土地面無縫施工技術

(重慶建工住宅建設有限公司,重慶400015)

超大面積混凝土地面無縫施工技術

張意，陳怡宏，謝唯楊，宋德榮，段文川

(重慶建工住宅建設有限公司,重慶400015)

該文對超大面積混凝土地面結構的裂縫發生機理及其內力計算進行理論研究，并在此基礎上對施工階段應力進行開裂驗算，總結出了無縫施工設計與工藝要求，為超大面積混凝土地面無縫施工提供了依據。

大面積混凝土；無縫施工；裂縫控制；收縮裂縫；溫度裂縫；施工裂縫；跳倉法

1 研究背景

近年來，超大面積混凝土地面工程在工業、商業、公共建筑等領域越來越多地應用。而目前無縫施工的短距離應力釋放技術、應力計算、跳倉間距確定、配合比優化、混凝土溫度監測、動態養護等都缺少系統理論的指導，單憑經驗判斷造成了工程許多本可以消除的有害裂縫的出現，嚴重影響了結構的耐久性。

本文對超大面積混凝土地面結構的裂縫發生機理及其內力計算進行理論研究，并在此基礎上對施工階段應力進行開裂驗算，總結出了無縫施工設計與工藝要求，為超大面積混凝土地面無縫施工提供了依據。

2 混凝土開裂機理分析

2.1 收縮裂縫

混凝土的收縮是在不受外力的狀態下因變形產生的混凝土自身體積的減小。在實際工程中最主要是考慮其中的兩大類：干燥收縮和溫度收縮。

素混凝土（含低配筋混凝土）收縮量計算公式是工程界目前引用較多的方法，有助于我們對混凝土的收縮變形產生原因有一個清晰的理解。

式中：

εy——收縮，t（時間）單位d（天）；

b——經驗系數，一般取0.01，養護較差時取0.03；

M1、M2、…Mn——修正系數（非標準條件下）。

2.2 溫度裂縫

鋼筋混凝土是多相非均質體，其中混凝土的各組分材料線膨脹系數都不同，并且鋼筋與混凝土的線膨脹系數也不同。線膨脹系數不同引起的變形就不同，不同變形引起內部的相互約束，形成內部應力，當應變大于混凝土極限拉伸應變時，就產生溫度裂縫。

鋼筋混凝土結構溫度應力計算采用溫度收縮應力計算公式。

σ*＝-EαT·[1-chβx/chβ(L/2)]H(t,τ)≤ftk

式中：

E——彈性模量；

τ——T=T1+T2+T3（水化熱溫差、收縮當量差、氣溫差的代數和）；

L——結構允許長度；

α——線膨脹系數；

H(t,τ)——松弛系數；

ftk——極限拉伸。

2.3 施工裂縫

施工過程中，施工措施不到位是裂縫產生的主要因素。包括材料選擇、施工縫處理、振搗、養護等問題。

主要原因分析：

（1)水泥與骨料的不良影響正常膠接，振搗不密實造成水泥與骨料未結合良好，降低了混凝土抗拉強度，在應力作用下極易產生裂縫；

（2)澆筑后養護不及時或不到位，混凝土表面水分蒸發過快，產生較大干縮裂縫；

（3)泵送混凝土的膠凝材料用量偏高和水灰比偏大。導致混凝土的水化熱增加、混凝土收縮增大。

3 超大面積混凝土地面ANSYS開裂驗算

以某超大面積混凝土地面工程（尺寸180m×114m）為例，計算工程施工階段收縮應力，采用ANSYS分析使用階段各因素影響，并進行無縫施工開裂驗算分析。如圖1-圖5。

圖1 地面做法示意圖

圖2 約束與網格劃分平面圖

圖3 1/4第一主拉應力分布圖

圖4 第一主拉應力分布圖

圖5 第二主拉應力分布圖

第一主拉應力最大值為1.19MPa，第一主拉應力最小值為-0.038MPa（為壓應力）。第二主拉應力最大值為0.49MPa，最小值為-0.065MPa；均小于混凝土抗拉極限強度1.27MPa。經后期的檢驗發現未出現裂縫，說明分析符合實際情況。

4 超大面積混凝土地面結構無縫施工設計與工藝控制

4.1 設計控制

4.1.1 設計利用混凝土后期強度

在設計超大面積混凝土地面結構時應盡可能利用混凝土后期強度增長。即在施工過程中以60d或90d的混凝土強度作為混凝土配合比設計、強度評定和竣工驗收的依據。

4.1.2 減小結構約束

在施工時，應盡可能的減小混凝土板的約束。減小約束主要是以下幾個方面。

（1）減小與周邊墻體約束。根據工程實際情況，澆筑混凝土板時與周邊墻體隔斷，成為能夠自由收縮的板，可較大程度減少對混凝土板收縮約束。如圖6。

圖6 板與周邊墻體斷開澆筑

（2）減小與柱子間約束。在結構允許的情況下，澆筑板時在柱子周邊隔斷。施工做法與（1）相似。

圖7 空鋪防水卷材

（3）減小混凝土層間約束。設置“滑動層”，即素混凝土層和鋼筋混凝土層之間設置減少約束的一層?！盎瑒訉印笨梢允欠浪牧蠈?，不僅起到結構防水作用，而且可顯著減少層間約束所產生的應力，降低對上一層的約束。如圖7。

4.1.3 配筋設計

超大面積鋼筋混凝土地面結構配筋的設計應遵循小直徑、小間距的原則。一般采用鋼筋Φ8～14mm和100～150mm間距。應增配構造筋，特別是在裂縫容易出現的薄弱部位。全截面的配筋率不宜小于0.3%。

4.2 跳倉法施工

超大面積混凝土地面結構無縫施工的關鍵是對裂縫的控制。跳倉法是充分利用混凝土在早期尚未穩定和沒徹底凝固前容易將內應力釋放出來的“抗與放”特性，將大面積混凝土平面劃分成若干個區域，按照“分塊規劃、隔塊施工、分層澆筑、整體成型”的原則施工。

4.3 材料控制

4.3.1 水泥

水泥應選擇質量穩定、活性好、需水量小、含堿量低的底水化熱水泥，應與混凝土外加劑適應性好。

4.3.2 骨料

粗骨料應選用強度高、級配良好、線膨脹系數小的，產地規格必須一致，宜選用多棱角石灰巖碎石。

4.3.3 外加劑

外加劑應選擇與水泥相適應的，其對混凝土拌和物的工作性能影響很大，并對改善硬化混凝土孔隙結構，增強密實度，從而提高混凝土抗裂性有至關重要的作用。

4.3.4 摻合料

因為摻合料的優良性能，摻入混凝土中已是混凝土發展的一個趨勢，是節能減排、可持續發展的需要。就目前建筑市場而言，摻合料應用最為廣泛的是煤粉灰，煤粉灰摻量一般不超過膠凝材料總重量的25%。

4.4 施工控制

（1）混凝土攪拌質量應嚴格控制，減小運輸距離，控制坍落度損失。

（2）入?；炷撂涠葢刂圃?80±200mm為宜。

（3）應采用預拌混凝土，應嚴格執行混凝土檢驗制度。

（4）保障混凝土澆筑、養護質量。

4.5 現場監測

現場監測主要為混凝土溫度和應變以及鋼筋的應力應變。根據實時監測數據，分析混凝土結構受力和約束，發現溫度或應變異常，應及時采取措施，調整養護方案，實現動態養護。

4.6 裂縫處理

因超大面積混凝土地面結構裂縫形成機理十分復雜，對某些復雜工況下的工程仍可能出現可見裂縫，但大多對結構安全不構成威脅，但從用戶心理接受和使用功能考慮，應采取必要正確的處理措施。

5 工程應用

5.1 工程概況

某工程建筑面積為84461.37m2，建筑高度22.35m，結構類型為框架結構。地坪總面積2萬多m2，長172.5m，寬127.6m。地坪墊層C20混凝土，剛性層為C30鋼筋混凝土。

5.2 應用情況

原設計為設置伸縮縫和后澆帶施工，但后澆帶需待兩邊混凝土收縮基本穩定（45～60d）后才能進行膨脹混凝土澆筑，在業主要求的45d內無法完成。為縮短施工工期，變更采用短距離釋放應力的無縫施工技術。

經計算，300～500厚鋼筋混凝土層尺寸為29×25m，整個區域被分為30個網格，網格間進行跳倉澆筑。混凝土采用泵送混凝土，手推車運輸。相鄰兩塊混凝土澆筑間隔7d以上。

實際地面施工工期32d，滿足了業主要求。地面平整沒有出現可見裂縫，施工質量達到和超過了預期要求，得到眾多專家高度評價。

圖8 跳倉施工

圖9 跳倉施工效果

6 結論

本文提出了超大面積混凝土地面數值分析方法。在此基礎上建立了完整的超大面積混凝土地面無縫施工技術措施體系。針對超大面積混凝土地面施工,從原材料選擇、配合比優化設計、結構及構造措施優化、施工過程控制、過程監測等方面提出全面的控制體系。

責任編輯：孫蘇，李紅

Crack-free Construction Technology for Super Large Concrete Floor

The occurrence mechanism and internal force calculation of the cracks in super large concrete floor structure are theoretically studied,and checking calculation on stress craze under construction is done based on the study.It can offer some references for the same crack-free construction.

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A

1671-9107（2014）07-0038-03

2014-04-24

張意（1981-），男，江蘇沛縣人，研究生，高級工程師，主要從事建筑施工質量技術管理工作。

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.07.038