超長大體積混凝土配比研究

楊錦輝

（廊坊師范學院，河北 廊坊 065000）

0 引言

目前，我國整個建筑市場正處在高速發展階段，經常出現多功能化及大型化結構。建筑結構的大型化最直接的表現就是構件尺寸變得越來越大。針對這些超長大體積混凝土結構，通常做法是從設計和施工方面入手，基本上都是采用技術成熟且穩定可靠的后澆帶的方法來防止結構收縮開裂。后澆帶方法優點突出，但缺點也很明顯。分段施工，不僅會使結構整體性變差，同時也會造成施工極其不方便而延長工期。為了避免出現這些問題，可以考慮采用吳中偉教授提出的補償收縮混凝土技術，這種無縫設計與施工技術可以很好地代替后澆帶。其效果既有利于結構整體性又方便施工，具有顯著的技術安全性和經濟效益。

1 工程概況

廊坊師范學院A35-A 工程項目為二層框架結構，主要功能是綜合藝術訓練館。首層層高4.5m，二層層高4.2 m，混凝土設計等級C30。樓板平面尺寸為7.35m×27m，由于在樓板兩向均不設置構造縫，屬于超長大體積混凝土。該工程位于華北高抗震烈度區，對抗震要求較高，同時為了避免設置后澆帶影響工期，最終決定采用補償收縮混凝土及設置膨脹加強帶措施來保證工程質量和滿足工程工期要求。

2 影響混凝土裂縫形成的主要因素

混凝土構件產生裂縫的原因非常多，也很復雜，歸納起來主要有結構性裂縫和非結構性裂縫兩大類：在結構承受外荷載時產生應力超過結構抗拉強度而產生的裂縫就是結構性裂縫；由溫度、收縮、不均勻沉降等因素引起的結構變形從而產生裂縫就是非結構性裂縫［1］。在實際工程中出現非結構性裂縫的概率更高。

2.1 溫度變形裂縫

混凝土的溫度變形由兩部分組成：①內外溫差變形。裂縫由于混凝土在水化硬化過程中會產生大量水化熱，大量熱積聚在結構內部使溫度升高導致體積膨脹，而表面熱量散失降溫導致體積收縮，這種由溫度差使混凝土表里膨脹變形不一致產生的裂縫就是溫差變形裂縫。②降溫收縮裂縫。在結構使用過程中，結構混凝土溫度會隨周圍環境溫度的下降而降溫［2］。由于混凝土的本身抗拉強度相對抗壓強度來說非常低，所以當由于溫度下降而收縮產生的收縮拉應力超過抗拉強度時便會產生降溫收縮裂縫。

2.2 干縮變形裂縫

新拌混凝土含有較多水分且在初凝階段強度還很低。在混凝土凝結過程中水分蒸發而造成干縮，一旦混凝土干縮產生的拉應力超過抗拉強度時就會產生干縮變形裂縫。

3 補償收縮防治裂縫的主要原理

3.1 基本思路

由于混凝土本身的屬性及自身的缺點而造成的溫度裂縫和干縮裂縫的問題不可避免。為了有效預防這兩種裂縫的產生，我們應該轉換思路，采用微膨脹主動預防來代替過去采用后澆帶這種被動防治的思路。

3.2 外加劑的選用

目前建筑市場上的膨脹劑和防水劑種類繁多，單一功能效果都很好，但符合本工程的施工中不留后澆帶要求的多功能外加劑不多。經過綜合分析比較，本工程選用CSA，CSA是一種低堿性、低摻量、高韌性、后期收縮小的膨脹劑［3］。

4 基本應力的計算

4.1 混凝土結構補償收縮的基本計算

為了分析膨脹混凝土在膨脹力和限制程度兩方面因素影響下的補償作用，可采用吳中偉教授提出的計算公式：

為了方便計算，可將其中的混凝土彈性變形εS，混凝土徐變b 以及混凝土塑性伸長εm不作考慮，將上式精簡為：

其中：①εzm為混凝土的限制膨脹值，LZ是混凝土的干縮值。

εS(0)是為混凝土最終標準收縮值［4］，可取值為3.24×10-4，B1·B2……B10為相應修正系數。②LT為混凝土最大冷縮值

λ 為混凝土的溫度膨脹系數，可取值1×10-5mm/℃。

Ta為混凝土入模溫度，Tb為澆筑混凝土溫度升高值，η（t）為養護時間降溫系數，可查相關表獲得。

Tc為施工期間平溫氣溫值，Ha為混凝土的理論厚度，Hb為混凝土的實際厚度，Hc為混凝土虛鋪厚度，Hc＝L·λ/?。

L 為折減系數，λ 為混凝土導熱系數，?為表面傳熱系數。

③Mk為混凝土的極限拉伸值，公式為：

其中Rf為混凝土抗拉強度標準值，μ 為相應的混凝土配筋率，d為其中所配規格，單位（cm）。［5］

4.2 廊坊師范學院A35-A工程混凝土的實際計算

本工程中，混凝土設計等級C40，采用42.5礦渣硅酸鹽水泥，配比見表1。

表1 混凝土配比

相應參數：W/C＝0.671，Rf=1.71MPa ，堆積密度為2482kg/m3，配筋率μ=0.876%，鋼筋規格為1.8 cm，e=2.718。

①求LZ（混凝土干縮值），結果見表2。

表2 干縮值計算表（LZ）

②求LT（溫度收縮值）

本工程項目施工期間氣溫：白天中午最高氣溫31℃，夜晚最低氣溫21℃，η（t）＝0.602，據前式可得表3。

表3 冷縮值計算表（LT）

③求混凝土的極限拉伸值，結果見表4。

表4 極限拉伸值計算表1

表5 極限拉伸值計算表2

⑤計算值與實測值對比

表6 混凝土膨脹實測值

通過表6 各數據可發現，實測混凝土膨脹值分別為1.6、1.8、2.6，7d、14d、28d 各齡期的安全系數都遠大于國家要求值的1.15，也就是說，整個工程項目混凝土結構不會出現裂縫。

5 效果與分析

混凝土結構工程最大的缺點是混凝土肯定會產生收縮裂縫，尤其是大體積混凝土結構。如果運用補償收縮理論，采用合理配比并輔以切實有效的施工技術，則可以非常有效地避免產生裂縫，使整個混凝土結構既符合安全要求又能滿足使用功能要求。

按照相關要求，本工程項目在使用后3 個月的時間進行跟蹤檢測，整個結構未出現裂縫，各項指標均達到設計預期要求。通過本工程案例，充分說明針對超長混凝土結構，根據補償收縮理論進行科學的無縫混凝土配合比計算，在具體施工過程中再嚴格按照相關施工技術標準進行施工，就可以避免出現收縮裂縫現象，方便施工班組連續不停歇施工，給企業帶來縮短工期和提高效率的綜合效益。