加强带与预应力在裂缝控制中综合应用

摘要：稻香村食品加工厂工程横向总长 60.45M，纵向总长85M,属超长超大结构，如何抵抗混凝土结构早期温度裂缝和长期徐变引起结构变形，是该楼设计和施工双控的关键.该楼在施工过程中，采用了无粘结预应力和掺加WRA外加剂，成功的控制了温度裂缝和长期徐变，竣工两年后，未发现裂缝。

关键词：无粘结预应力； WRA；温度裂缝； 膨胀加强带

中图分类号：O434文献标识码： A

1、工程概况

稻香村1#厂房工程位于北京市昌平区北七家镇， 2004年5月20日开工。2005年4月30日竣工，1#厂房工程为全现浇框架剪力墙结构，采用筏板基础，地下室外墙250mm,内墙200mm,柱距纵向10m,共8跨，最东端柱距纵向5m一跨，纵向总长85m,横向柱距9.5m,共5跨，中间一跨12.5m,横向总长60.45m,基础厚50cm,地下室顶板厚度20cm,首层与顶层顶板厚度均为11cm,由于结构超长，设计对板、墙进行了超长无缝设计，即在基础底板及外墙、各层顶板上设加强带,横、纵向各两道，加强带宽900，厚度同底板、墙体，加强带采用WRA补偿混凝土，实现连续浇注，无缝施工。地下室顶板及首层、二层顶板除采用加强带外，同时采用无粘结预应力解决砼徐变。预应力筋采用s15.2高强1860级国家标准低松弛预应力钢绞线，标准强度fptk=1860N/mm2，预应力筋张拉控制应力con=1302N/mm2。张拉端采用夹片式锚具，固定端采用挤压式锚具。膨胀加强带的位置设置在结构温度应力集中部位，并制定严格的技术保障措施，保证混凝土原材料的质量和微膨胀剂的配合比准确。

2．1用加强带的原理

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，在混凝土中建立起一定的自应力（约0.2MPa～0.7MPa），其自应力值按下式计算：

σc=ρEs・εP

σc――混凝土自应力（MPa）； ρ――截面的配筋率（%）；

Es――钢筋的弹性模量 εP――钢筋的限制膨胀率（%）

从式中看出：在配筋率和钢筋弹性模量确定的情况下，膨胀混凝土自应力与膨胀率成正比。这样膨胀加强带部位的自应力增大，对温度收缩应力补偿能力增大，防止超长结构开裂，其原理示意图如图

从图中可以看出，超长混凝土结构使用普通混凝土的温度收缩应力曲线为ABCDE，其应力从两边向中间增长至B、D两点时，σ＞ftk(混凝土抗拉强度标准值)，混凝土开始开裂，释放能量；仅采用小掺量膨胀混凝土进行补偿的超长混凝土结构，能够抵消部分温度收缩应力，其温度收缩应力曲线为FGHNJ，应力从两边向中间随结构长度的延伸而增长，达到G、N两点时，σ≥ftk，开始产生开裂，掺膨胀剂的混凝土达到开裂时的结构长度较普通混凝土延长，到达膨胀加强带部位（K、M）时，由于加强带部位储存较大自由应力（或膨胀力）对其进行补偿，使其应力降低，随后随长度增加重新增长，但最终结构中部最大应力值小于混凝土的抗拉标准强度标准值，即σ≤ftk，保证超长混凝土结构不开裂，这就是膨胀加强带原理。

2.2加强带应用

稻香村食品加工厂工程为现浇筏形砼底板，底板配筋率为0.3%，底板砼强度C30，采用普通硅酸盐水泥，水灰比0.8，骨料为砾岩，龄期28天收缩变形值，经查施工手册，M1、M2、M3、M5、M9均为1，M4=1.82，M6=0.93，M7=0.88，M8=0.8，M10=0.61

Ε（y）28=ε0y(1-e-0.01t)*M1*M2*M3*M4*M5*M6*M7*M8*M9*M10=

3.24*10-4*(1-2.718-0.28)*1.82*0.93*0.88*0.8*0.61=0.0.575*10-4

Εpa=0.5fct(1+ρ/d)*10-4=0.5*2(1+0.3/20)*10-4=1.015*10-4

考虑混凝土抗拉徐变比抗压徐变大一倍εp=2Εpa=2.03*10-4

根据混凝土外加剂应用技术规范，加强带限制膨胀率e2m2.0*10-4

|ε28-e2m|1.425*10-4εp

通过计算表明，混凝土不会出现裂缝。

Εpa：钢筋混凝土不考虑徐变的极限拉伸值。

Εp：钢筋混凝土考虑徐变的极限拉伸值。

M1、M2........M10：混凝土收缩变形不同条件影响修正系数。

Ε（y）2828天龄期混凝土收缩变形值。

e2m：加强带限制膨胀率。

2.4膨胀加强带的具体做法

膨胀加强带的设置和做法见附图，在加强带两侧设置一层孔径5mm×5mm的钢丝网，200mm～300mm设一根竖向φ16mm的钢筋予以加固，其上下均应留出不小于2.5cm混凝土保护层，钢丝与钢丝网、上下水平钢筋及竖向加固筋必须绑扎或焊接牢固，不得松动，以免浇筑混凝土时被冲开，引起两种混凝土混合，影响加强带的效果。

2．3膨胀加强带特点

1）.采用膨胀加强带，混凝土可以连续浇筑施工，而且省去清理及钢筋加固连接工作，可以在一定程度上可降低成本、缩短工期。

2). 膨胀加强带实现结构自防水，取消外防水措施，不仅经济，而且没有后滞带可能填缝不好留下的渗漏隐患。这也可以说是膨胀加强带的比较突出的一个优点。

从理论上说，加强带是采取”抗“的方法，膨胀加强带由于其本身的作用原理，在建筑的沉降差的控制上存在缺陷，这也决定了其不可能完全取代后浇带。

3.无粘结预应力施工工艺

为了使结构在正常使用的情况下不产生裂缝或者裂得比较晚。采用了后张无粘结预应力施工，预应力是为了改善结构服役表现，在施工期间给结构预先施加的压应力，结构服役期间预加压应力可全部或部分抵消载荷导致的拉应力，避免结构破坏。

3.1 无粘结预应力筋铺放

（1）支板底模和端模

要求梁板端模就位后其圆孔应与预应力张拉端伸出位置相对应。

（2）预应力筋铺放

1）节点安装

根据建筑立面要求，根据端模板上打孔位置，安装凹出混凝土表面的张拉端节点。

2）安放架立筋

按照施工图纸中预应力筋矢高的要求，将编号的架立筋安放就位并固定（绑扎或点焊）。为保证预应力钢筋的矢高准确、曲线顺滑，要求板中每隔1.5m左右设置一个架立筋。

3）铺放预应力筋

无粘结预应力筋应按施工图纸的要求进行铺放，铺放过程中其平面位置及剖面位置应定位准确。剖面位置是根据施工图所要求的预应力筋曲线剖面位置，对其需支架立筋处和该位置处预应力筋重心线距板底的高度进行调整，并将预应力筋和架立筋绑扎牢固。

4）预应力筋的铺放顺序

预应力筋为双向布置，铺筋时应保证预应力筋的设计矢高，且避免施工中的混乱。铺设预应力筋前还要特别注意与非预应力筋的铺设走向位置协调配合一致。预应力筋的铺放顺序及位置应与普通钢筋的铺放顺序与位置相协调；为了充分发挥预应力筋的作用，使跨中预应力筋的高度尽量低。

3.2混凝土的浇筑及振捣

预应力筋铺放完成后，应由施工单位、质量检查部门、监理进行隐检验收，确认合格后，方可浇注混凝土。

浇注混凝土时应认真振捣，保证混凝土的密实。尤其是承压板、锚板周围的混凝土严禁漏振，不得有蜂窝或孔洞，保证密实。振捣时，应避免踏压碰撞预应力筋、支撑马凳以及端部预埋部件。

在混凝土浇注之后（浇筑后12天），应及时拆除端模，清理穴模。

3.3 预应力筋张拉

1) 张拉控制应力及张拉顺序

根据设计要求的预应力筋张拉控制应力取值，实际张拉力根据实际状况进行3%的超张拉。则单束预应力筋张拉力为188kN。

混凝土达到设计要求的强度(80%)后方可进行预应力筋张拉，并应根据上部荷载的施加情况分阶段张拉，具体张拉时间按土建施工进度要求进行。张拉时的混凝土强度应有书面试压强度报告单。

2)张拉工艺流程

量测预应力筋初始长度安装锚具装千斤顶张拉应力1.03σcon（持荷2min）锁定锚具退出千斤顶量测预应力筋终结长度校核预应力筋伸长值(持荷2min的目的是为了减少应力松弛损失，应力松弛损失是指钢材在常温高应力下由于塑性变形而使应力随时间的延续降低的现象，这种现象在张拉的头几分钟内发展的特别快，往后趋于缓慢，如果超长拉3%σcon，再回到σcon，则减少50%以上的应力松弛损失。

4、结论

1)通过对板实施后张无粘结预应力施工，经过两年的甲方使用，尽管该工程为食品加工厂，里面机器设备很多，动载和静载都很大，产生很多热量，且在屋面设有13台室外冷凝机，屋面由于冷凝机动载影响，局部重新翻做，结构上未发现裂缝，尽管添加WRA时考虑了混凝土徐变，但随时间推移，膨胀加强带应力逐步释放完毕，后期主要是预应力释放应力，抵抗裂缝。实践证明，这种互补设计，抵抗结构裂缝是成功的。

2)由于混凝土致密，水、气不会渗入内部，但当裂缝开展到一定宽度，且裂缝深度到达保护层时，水、气就会沿着裂缝逐步渗透到达钢筋，引起钢筋腐蚀、生锈，铁锈是一种铁的化合物(氧化铁)，其体积膨胀4倍，在混凝土内部引起内应力，导致混凝土进一步开裂，并使预应力钢筋与混凝土的握裹力降低，从而影响顶板承载能力。为防患于未然，应注意后期维护与检查，发现裂缝，及时分析原因，根据不同原因，进行修理，以避免影响结构耐久性。

3)膨胀加强带作为新技术，应用的不是很多，还缺少相应的规程和技术资料，施工质量不太容易确定，风险相对较高。但其施工方便，经济，防渗性能好等特点，可以看作是后浇带的一种补充方法，应用在超长混凝土中或是结构本身不宜设伸缩缝的建筑物中。

参考文献

1.王铁梦 工程结构裂缝控制的综合方法

2.莫艾艾陈世鸣 无粘结预应力混凝土构件裂缝控制

3.江正荣朱国梁简明施工计算手册