超长混凝土结构的无缝设计分析

【摘 要】在超长混凝土结构的无缝施工中，如何控制混凝土裂缝是一个重要课题。后浇带虽然在工程设计中具有重要作用，但由于工期与使用要求，工程往往不允许留施工缝和后浇带。本文重点介绍了超长混凝土结构的无缝设计方案，阐述了利用UEA膨胀混凝土补偿收缩的理论依据，采用膨胀加强带替代后浇带的技术要点。

【关键词】超长混凝土结构；无缝设计方案；理论依据

一、超长混凝土结构的无缝设计方案

超长混凝土结构即结构平面长度超过砼规格要求的结构，在超长结构设计中很重要的一项工作就是如何控制结构裂缝，而裂缝控制是一项综合性很强的系统工程，涉及到设计方法、建筑造型、结构形式与构造、施工工艺、建筑材料、气候环境、工程地质等各种因素。超长结构在实际工程中主要存在三个问题：

①在混凝土浇筑过程中，水泥水化热使混凝土内外温差在结构内部产生压应力，表面产生拉应力。当拉应力超过混凝土的极限抗拉强度时，就会在混凝土表面产生裂缝。②在混凝土降温阶段，混凝土逐渐散热冷却产生冷缩，加上混凝土硬化过程中本身的收缩，就会产生较大的收缩应力，当超过混凝土的极限抗拉强度时也会产生裂缝，有时会贯穿整个截面。③环境温度变化引起的结构材料自身热胀冷缩而产生温度应力，这种间接作用引起的变形和位移对于超静定混凝土结构可能引起很大的约束应力，导致结构构件开裂，甚至使结构的受力形态发生改变。

因此，无缝设计的思路是“抗放兼施，以抗为主”，设计的关键是其膨胀加强带所建立的预压应力与混凝土抵抗收缩变形所产生的拉应力能达到补偿平衡。膨胀混凝土用于超长结构无缝施工，其限制膨胀率设计和设定非常重要，膨胀率偏小，则补偿收缩能力不足，无缝施工难以实现；膨胀率过大，对混凝土强度有明显的影响。微膨胀混凝土的设计主要是在混凝土的配比中掺入适量的外加剂、添加剂，使得混凝土在凝固过程中产生水化热和凝固后的干燥收缩，即热胀冷缩所产生的变形压缩到最低。膨胀混凝土采用C35，UEA-H掺量为胶结材料的12%，不替代水泥，保证了其强度。

二、利用UEA膨胀混凝土补偿收缩的理论依据

膨胀混凝土在凝结硬化过程中产生适当膨胀，在钢筋和邻位的约束下，钢筋受拉，混凝土受压，当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时，则Ac·σc=As·Es·ε2；设μ=As/Ac，则σc=μ*Es*ε2......（1）。式中σc为混凝土预压应力（MPa），As为钢筋截面积，μ为截面的配筋率（%），Ac为混凝土截面积，Es为钢筋的弹性模量（MPa），ε2为混凝土的限制膨胀率（%）。

由（1）式中可以看出，在截面的配筋率和钢筋的弹性模量确定的情况下，混凝土预压应力σc与混凝土的限制膨胀率ε2成正比例关系，而混凝土的限制膨胀率ε2随着膨胀剂的掺量增加而增加，所以通过调整膨胀剂的掺量可使混凝土获得0.2～0.7MPa的预压应力。根据水平法向力σx分布曲线，设想在应力大的地方施加较大的膨胀应力σc，而在两侧施加较小的膨胀应力，全面地补偿结构的收缩应力，从而达到控制混凝土变形裂缝的目的。

三、采用膨胀加强带替代后浇带的技术要点

1、混凝土试配

膨胀混凝土的试配重点解决超长结构无缝施工中UEA掺量控制和降低混凝土水化热。根据多次试配经验，UEA替代水泥量在10～12%范围内，对混凝土强度不影响，同时利用收缩膨胀测定仪测定，其膨胀率ε2=2～4×10-4，在配筋率μ=0.2～0.8%时，可在结构中建立0.2～0.7MPa的预压应力，这一预压应力可补偿混凝土在硬化过程中产生温差和干缩的拉应力。

2、楼板膨胀加强带施工

楼板膨胀加强带用密目快易收口网隔开，固定方法同筏板。浇筑时采用齐头并进、连续浇筑的方法，膨胀加强带外用掺12%UEA的小膨胀混凝土，浇筑到加强带时用掺15%UEA的大膨胀混凝土，到另一侧时，又改为浇筑掺12%UEA混凝土。

3、墙体膨胀加强带施工

为释放部分收缩应力，在墙体施工中采用后浇筑膨胀加强带的施工方法，即以膨胀加强带为界，分段浇筑掺12%UEA的C50、P8小膨胀混凝土，养护28d后，用掺15%UEA的C55、P8大膨胀混凝土回填膨胀加强带。后浇筑膨胀加强带可按照传统后浇带设置。

4、筏板膨胀加强带施工

首先，根据现场实际情况、商品混凝土供应能力、浇筑能力，确定筏板混凝土浇筑方向；然后，确定膨胀加强带的设置；最后，确定膨胀加强带处的浇筑方向：4台混凝土泵分两组对向进行，整个浇筑过程中，每组中应保证1台泵退泵连续浇筑超长无缝筏板混凝土，另外1台则机动配合塔吊吊斗进行膨胀加强带和墙体混凝土浇筑。其施工过程中要注意的事项主要包括：

①在混凝土浇筑时，注意严防其它部位混凝土进入膨胀后浇带内，以免影响设计效果。浇筑混凝土前的润管砂浆必须弃置，拆管排除故障或其它原因造成的废弃混凝土严禁进入工作面。严禁混凝土散落在尚未浇筑的部位。以免形成潜在的冷缝或薄弱点。对作业面散落的混凝土、拆管倒出的混凝土、润管浆等应吊出作业面外。②在混凝土浇筑至膨胀加强带附近时，应注意使振动棒插捣点与密目快易收口网保持距离≥30cm，并不得过振。膨胀加强带处混凝土采取塔吊吊斗吊运和混凝土输送管泵并用。加强带处超长无缝筏板混凝土浇筑在一侧混凝土浇筑完毕后进行，墙体混凝土待该部位超长无缝筏板混凝土初凝后终凝前浇筑。膨胀带混凝土，振捣棒可靠近密目快易收口网，但不得碰撞。③超长无缝筏板板面上的板面粗钢筋处，容易在振捣后、初凝前出现早期塑性裂缝和沉降裂缝，必须通过控制下料和二次振捣予以消除，以免成为混凝土的缺陷，导致应力集中，影响温度收缩裂缝的防治效果。底板浇筑至标高后，在终凝前用磨光机反复抹压多次，防止混凝土表面的沉缩裂缝出现。

5、施工质量的保证措施

①选择优质原材料。石子：5～31.5mm卵石连续级配，含泥量

四、结语

超长混凝土结构无缝设计是以UEA补偿收缩混凝土为结构材料，以膨胀加强带替代后浇带连续浇筑超长钢筋混凝土结构的一种新的设计方案。在实际工程中，对底板和楼板采用膨胀加强带替代后浇带证明了采用超长混凝土结构的无缝施工技术是一种有效的新型施工工艺，有利于满足工程质量和建筑造型的要求，简化了施工工序、缩短了工程工期，降低了工程成本。

参考文献：

[1]杨兆刚：《超长结构中预应力的应用》[J]住宅产业，2005（07）

[2]刘飞：《超长无缝混凝土结构施工技术》[J]中国高新技术企业，2008（08）

[3]王彦辉：《论超长无缝混凝土结构设计及施工技术》[J]科技咨询导报，2007（20）

[4]刘中福：《膨胀混凝土在超长结构施工中的应用》[J]中国高新技术企业，2007（10）