CN107558504A - 一种控制混凝土构件开裂的施工方法 - Google Patents

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邓春林
熊建波
于方
范志宏
王胜年
王永平
宋雪峰
盛智博
邓珠波
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Abstract

本发明公开了一种控制混凝土构件开裂的施工方法，其包括以下步骤：(1)在分层浇筑界面以下10cm～1m范围内的底层混凝土浇筑前预埋空心管并浇筑底层混凝土；(2)进行底层混凝土预热；(3)进行上层混凝土浇筑，待浇筑后的上层混凝土中心温度达到最高值后，控制底层混凝土与上层混凝土同步降温。本发明的底层混凝土预热完成后，再进行上层混凝土的浇筑，在上层混凝土开始降温时，底层混凝土同步降温，从而控制上层混凝土与下层混凝土同步降温和同步收缩，释放上层混凝土因降温收缩产生的约束应力，从而有效控制了上层新浇筑混凝土的裂缝。

Description

一种控制混凝土构件开裂的施工方法
技术领域
本发明属于混凝土裂缝控制技术领域，适用于浇筑在钢筋混凝土上的墙体、面板等构件，尤其适用于地铁车站，高层建筑地下室等墙体的裂缝控制。
背景技术
“垂直分缝，水平分层”原则，一直是国内外许多工程技术人员长期秉承的一种结构控裂设计理念，主要目的是：垂直分缝释放约束，水平分层控制混凝土水化热。然而，在现实工程中，我们却发现了很多因为分层浇筑时间间隔太长，底层混凝土约束导致上层混凝土开裂的案例。但是水平分层往往导致了很多因底层混凝土约束上层混凝土变形而产生的竖向约束裂缝，而且常常是贯穿性的危害裂缝。近年来，地下空间项目越来越多，大量因底层混凝土约束产生的贯穿性裂缝导致结构出现大量的渗漏问题，造成了不可估量的经济损失。
传统混凝土控裂措施主要包括：控制大体积混凝土入模温度、减少混凝土内部温升、设置冷却水管、采用微膨胀混凝土等措施。通过控制混凝土入模温度、减少水泥用量、埋设冷却水管等措施虽然可以在一定程度上降低混凝土的最高温度，减少收缩阶段的约束应力，但这些措施一般仅能降低5℃～10℃收缩当量变形，与一般混凝土结构从最高温度降至环境温度大约30℃～40℃的降温幅度相比，对混凝土结构的降温作用并不明显，且常常付出了沉重的经济代价。采用补偿收缩混凝土技术，虽然能够在一定程度上补偿混凝土的干燥收缩，但是无法补偿混凝土因降温导致的收缩，在实际工程中应用的效果也并不明显，且补偿收缩混凝土掺入的膨胀剂对混凝土的养护提出了更高的要求，施工现场往往难以达到，反而导致混凝土出现了更大收缩和更多裂缝。
发明内容
本发明的目的在于提供一种针对分层浇筑导致的约束裂缝而提出的控制混凝土开裂的方法。
为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种控制混凝土构件开裂的施工方法，其包括以下步骤：
(1)预埋空心管：在分层浇筑界面以下10cm～1m范围内的底层混凝土浇筑前预埋至少一层导热性能好且刚度好的空心管，进行底层混凝土浇筑；
(2)进行底层混凝土预热：在空心管内通入循环热水，使浇筑界面以下1m范围内的底层混凝土中心温度上升至高于上层混凝土中心预计最高温度0℃～10℃，从而使底层混凝土产生200με～400με的膨胀变形，底层混凝土预热完成后停止通入循环热水；
(3)进行上层混凝土浇筑，待浇筑后的上层混凝土中心温度达到最高值后，控制底层混凝土与上层混凝土同步降温。
所述空心管选自铁管、钢管、铜管或PVC管。
在浇筑界面以下的底层混凝土预埋1～2层内径为的空心管，同一层空心管水平间距为30cm～50cm，预埋管与底层混凝土构件外侧面的距离为 20cm～50cm。
对于分段长度为15m～20m的混凝土构件，埋设一层空心管，且埋设于浇筑界面以下10cm～50cm。
对于分段长度大于20m的构件，埋设两层空心管，上层管置于浇筑界面以下 10cm～30cm，下层管置于浇筑界面以下50cm～70cm。
上层混凝土中心预计最高温度及其出现的时间是根据上层混凝土配合比计算混凝土绝热温升，并通过有限元模拟或同类构件的现场温度监测结果而确定。
根据有限元模拟或同类构件的现场温度监测结果所确定的上层混凝土温度场变化情况，在上层混凝土进入降温阶段后，控制底层混凝土内预埋管的循环水温度来控制底层混凝土降温速率与上层混凝土降温速率基本同步，保证上下层混凝土的降温收缩基本同步。
混凝土外约束应力的计算公式见式(1)所示。
式中：σw(t)——龄期为t天时，因降温和干燥收缩共同作用导致的收缩，在外约束条件下产生的拉应力(MPa)；α——混凝土的线膨胀系数，取1.0×10-5；
μ——混凝土的泊松比，E(t)——龄期t时，混凝土的弹性模量(MPa)。
H(t,30)——在龄期为t(d)时产生的约束应力延续至评估龄期的松弛系数。
R(t)——龄期为t天时，外约束的约束系数。
ΔT(t)——在第t天内，混凝土浇筑体综合降温差的增量(℃)，包括中心温度降温量和干燥收缩当量温度增量，由式(2)计算；T(t)——龄期t(d)时浇筑块体的中心温度，可通过有限元模拟或现场温度监测获得；M——干燥收缩综合系数；——在标准试验状态下混凝土最终收缩的相对变形值。
底层混凝土预热后，虽然上层混凝土因内部降温会导致构件整体收缩，但由于底部混凝土发生同步降温收缩，降温收缩并不会产生约束应力，公式(2)中综合降温差修正为公式(3)。
实际结构中，混凝土从最高温度降至环境温度，一般会产生200με～400με收缩，根据公式(3)，前28d内混凝土干燥收缩一般仅为100με左右，通过控制底层混凝土与上层混凝土同步收缩技术，约束变形从300με～500με降低至100με左右，基本低于混凝土的极限拉伸变形，从而控制上层混凝土产生约束裂缝。
本发明针对分层浇筑的混凝土构件中，底层混凝土约束导致上层混凝土开裂从而出现贯穿性裂缝的问题，公开了一种在上层混凝土浇筑前，将底层混凝土预热至比上层混凝土水化后中心预计最高温度高0℃～10℃，使底层混凝土预先产生 200με～400με的膨胀。底层混凝土预热完成后，进行上层混凝土的浇筑，在上层混凝土开始降温时，底层混凝土同步降温，从而控制上层混凝土与下层混凝土同步降温和同步收缩，释放上层混凝土因降温收缩产生的约束应力，从而有效控制了上层新浇筑混凝土的裂缝。
附图说明
图1是预热管埋设断面示意图。
图2是构件长度大于20m时的预热管埋设立面示意图。
图3是底层混凝土预热后的纵向变形示意图。
图4是上层混凝土和底层混凝土降至环境温度的变形示意图。
图5是底层混凝土预热过程的升温情况。
图6是上层混凝土浇筑后的温度场。
图7是底层混凝土在上层混凝土降温阶段的温度场。
其中，上层混凝土1，底层混凝土2，浇筑界面3，空心管4，
具体实施方式
如图1～2所示，根据构件或已施工的同类构件的开裂情况确定构件的开裂风险，对于构件长度大于15m或根据已有经验容易产生裂缝的构件，在底层混凝土浇筑前，埋入空心管4。
构件长度大于15m但小于20m时，在浇筑界面以下10cm～50cm处沿构件长度方向埋入一层的空心管，空心管间距为30cm～50cm，预埋空心管4与底层混凝土外侧面的距离为20cm～50cm。
构件长度大于20m时，埋设两层空心管，上层管置于浇筑界面以下10cm～30cm，下层管置于浇筑界面以下50cm～70cm，空心管间距为 30cm～50cm，预埋空心管与底层混凝土构件外侧面的距离为20cm～50cm。
根据上层混凝土配合比计算混凝土绝热温升，根据构件的实际尺寸利用如 Midas等软件建立有限元模型，模拟构件的中心最高温度，或在相同尺寸的构件中，埋设温度传感器监测内部温度场，确定上层混凝土中心最高温度及最高温度出现时间。
上层混凝土浇筑前，向预埋管内通入循环热水，前期通入的热水温度控制在 50℃～60℃，待底层混凝土内部温度场基本稳定后，提高通入热水的温度至60℃～80℃，水温控制在比上层混凝土中心预计最高温度高0℃～10℃，底层混凝土预热后的温度场变化见图5所示。
待底层混凝土预热区域中心温度升高至高于上层混凝土中心预计最高温度 0℃～10℃后，浇筑界面以下1m范围内的底层混凝土产生200με～400με的膨胀变形，停止向底层混凝土通入循环热水。上层混凝土中心温度的发展见图6所示。
根据有限元模拟获得上层混凝土温度场，或通过监测获得上层混凝土的温度场，待上层混凝土中心温度达到最高温度后，向底层混凝土通入冷却水，控制底层混凝土预热区域中心温度与上层混凝土中心温度同步降低，上层混凝土降温阶段，底层混凝土中心温度场见图7所示。通过同步降温保证上下层混凝土的降温收缩基本同步。

Claims (7)

1.一种控制混凝土构件开裂的施工方法，其特征在于包括以下步骤：
(1)预埋空心管：在分层浇筑界面以下10cm～1m范围内的底层混凝土浇筑前预埋至少一层导热性能好且刚度好的空心管，进行底层混凝土浇筑；
(2)进行底层混凝土预热：在空心管内通入循环热水，使浇筑界面以下1m范围内的底层混凝土中心温度上升至高于上层混凝土中心预计最高温度0℃～10℃，从而使底层混凝土产生200με～400με的膨胀变形，底层混凝土预热完成后停止通入循环热水；
(3)进行上层混凝土浇筑，待浇筑后的上层混凝土中心温度达到最高值后，控制底层混凝土与上层混凝土同步降温。
2.根据权利要求1所述的控制混凝土构件开裂的施工方法，其特征在于：所述空心管选自铁管、钢管、铜管或PVC管。
3.根据权利要求1所述的控制混凝土构件开裂的施工方法，其特征在于：在浇筑界面以下的底层混凝土预埋1～2层内径为的空心管，同一层空心管水平间距为30cm～50cm，预埋管与底层混凝土构件外侧面的距离为20cm～50cm。
4.根据权利要求3所述的控制混凝土构件开裂的施工方法，其特征在于：对于分段长度为15m～20m的混凝土构件，埋设一层空心管，且埋设于浇筑界面以下10cm～50cm。
5.根据权利要求3所述的控制混凝土构件开裂的施工方法，其特征在于：对于分段长度大于20m的构件，埋设两层空心管，上层管置于浇筑界面以下10cm～30cm，下层管置于浇筑界面以下50cm～70cm。
6.根据权利要求1所述的控制混凝土构件开裂的施工方法，其特征在于：上层混凝土中心预计最高温度及其出现的时间是根据上层混凝土配合比计算混凝土绝热温升，并通过有限元模拟或同类构件的现场温度监测结果而确定。
7.根据权利要求6所述的控制混凝土构件开裂的施工方法，其特征在于：根据有限元模拟或同类构件的现场温度监测结果所确定的上层混凝土温度场变化情况，在上层混凝土进入降温阶段后，控制底层混凝土内预埋管的循环水温度来控制底层混凝土降温速率与上层混凝土降温速率基本同步，保证上下层混凝土的降温收缩基本同步。
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