超长大体积混凝土配比研究

杨锦辉

（廊坊师范学院，河北 廊坊 065000）

0 引言

目前，我国整个建筑市场正处在高速发展阶段，经常出现多功能化及大型化结构。建筑结构的大型化最直接的表现就是构件尺寸变得越来越大。针对这些超长大体积混凝土结构，通常做法是从设计和施工方面入手，基本上都是采用技术成熟且稳定可靠的后浇带的方法来防止结构收缩开裂。后浇带方法优点突出，但缺点也很明显。分段施工，不仅会使结构整体性变差，同时也会造成施工极其不方便而延长工期。为了避免出现这些问题，可以考虑采用吴中伟教授提出的补偿收缩混凝土技术，这种无缝设计与施工技术可以很好地代替后浇带。其效果既有利于结构整体性又方便施工，具有显著的技术安全性和经济效益。

1 工程概况

廊坊师范学院A35-A 工程项目为二层框架结构，主要功能是综合艺术训练馆。首层层高4.5m，二层层高4.2 m，混凝土设计等级C30。楼板平面尺寸为7.35m×27m，由于在楼板两向均不设置构造缝，属于超长大体积混凝土。该工程位于华北高抗震烈度区，对抗震要求较高，同时为了避免设置后浇带影响工期，最终决定采用补偿收缩混凝土及设置膨胀加强带措施来保证工程质量和满足工程工期要求。

2 影响混凝土裂缝形成的主要因素

混凝土构件产生裂缝的原因非常多，也很复杂，归纳起来主要有结构性裂缝和非结构性裂缝两大类：在结构承受外荷载时产生应力超过结构抗拉强度而产生的裂缝就是结构性裂缝；由温度、收缩、不均匀沉降等因素引起的结构变形从而产生裂缝就是非结构性裂缝［1］。在实际工程中出现非结构性裂缝的概率更高。

2.1 温度变形裂缝

混凝土的温度变形由两部分组成：①内外温差变形。裂缝由于混凝土在水化硬化过程中会产生大量水化热，大量热积聚在结构内部使温度升高导致体积膨胀，而表面热量散失降温导致体积收缩，这种由温度差使混凝土表里膨胀变形不一致产生的裂缝就是温差变形裂缝。②降温收缩裂缝。在结构使用过程中，结构混凝土温度会随周围环境温度的下降而降温［2］。由于混凝土的本身抗拉强度相对抗压强度来说非常低，所以当由于温度下降而收缩产生的收缩拉应力超过抗拉强度时便会产生降温收缩裂缝。

2.2 干缩变形裂缝

新拌混凝土含有较多水分且在初凝阶段强度还很低。在混凝土凝结过程中水分蒸发而造成干缩，一旦混凝土干缩产生的拉应力超过抗拉强度时就会产生干缩变形裂缝。

3 补偿收缩防治裂缝的主要原理

3.1 基本思路

由于混凝土本身的属性及自身的缺点而造成的温度裂缝和干缩裂缝的问题不可避免。为了有效预防这两种裂缝的产生，我们应该转换思路，采用微膨胀主动预防来代替过去采用后浇带这种被动防治的思路。

3.2 外加剂的选用

目前建筑市场上的膨胀剂和防水剂种类繁多，单一功能效果都很好，但符合本工程的施工中不留后浇带要求的多功能外加剂不多。经过综合分析比较，本工程选用CSA，CSA是一种低碱性、低掺量、高韧性、后期收缩小的膨胀剂［3］。

4 基本应力的计算

4.1 混凝土结构补偿收缩的基本计算

为了分析膨胀混凝土在膨胀力和限制程度两方面因素影响下的补偿作用，可采用吴中伟教授提出的计算公式：

为了方便计算，可将其中的混凝土弹性变形εS，混凝土徐变b 以及混凝土塑性伸长εm不作考虑，将上式精简为：

其中：①εzm为混凝土的限制膨胀值，LZ是混凝土的干缩值。

εS(0)是为混凝土最终标准收缩值［4］，可取值为3.24×10-4，B1·B2……B10为相应修正系数。②LT为混凝土最大冷缩值

λ 为混凝土的温度膨胀系数，可取值1×10-5mm/℃。

Ta为混凝土入模温度，Tb为浇筑混凝土温度升高值，η（t）为养护时间降温系数，可查相关表获得。

Tc为施工期间平温气温值，Ha为混凝土的理论厚度，Hb为混凝土的实际厚度，Hc为混凝土虚铺厚度，Hc＝L·λ/∂。

L 为折减系数，λ 为混凝土导热系数，∂为表面传热系数。

③Mk为混凝土的极限拉伸值，公式为：

其中Rf为混凝土抗拉强度标准值，μ 为相应的混凝土配筋率，d为其中所配规格，单位（cm）。［5］

4.2 廊坊师范学院A35-A工程混凝土的实际计算

本工程中，混凝土设计等级C40，采用42.5矿渣硅酸盐水泥，配比见表1。

表1 混凝土配比

相应参数：W/C＝0.671，Rf=1.71MPa ，堆积密度为2482kg/m3，配筋率μ=0.876%，钢筋规格为1.8 cm，e=2.718。

①求LZ（混凝土干缩值），结果见表2。

表2 干缩值计算表（LZ）

②求LT（温度收缩值）

本工程项目施工期间气温：白天中午最高气温31℃，夜晚最低气温21℃，η（t）＝0.602，据前式可得表3。

表3 冷缩值计算表（LT）

③求混凝土的极限拉伸值，结果见表4。

表4 极限拉伸值计算表1

表5 极限拉伸值计算表2

⑤计算值与实测值对比

表6 混凝土膨胀实测值

通过表6 各数据可发现，实测混凝土膨胀值分别为1.6、1.8、2.6，7d、14d、28d 各龄期的安全系数都远大于国家要求值的1.15，也就是说，整个工程项目混凝土结构不会出现裂缝。

5 效果与分析

混凝土结构工程最大的缺点是混凝土肯定会产生收缩裂缝，尤其是大体积混凝土结构。如果运用补偿收缩理论，采用合理配比并辅以切实有效的施工技术，则可以非常有效地避免产生裂缝，使整个混凝土结构既符合安全要求又能满足使用功能要求。

按照相关要求，本工程项目在使用后3 个月的时间进行跟踪检测，整个结构未出现裂缝，各项指标均达到设计预期要求。通过本工程案例，充分说明针对超长混凝土结构，根据补偿收缩理论进行科学的无缝混凝土配合比计算，在具体施工过程中再严格按照相关施工技术标准进行施工，就可以避免出现收缩裂缝现象，方便施工班组连续不停歇施工，给企业带来缩短工期和提高效率的综合效益。