超长混凝土结构收缩裂缝控制方法和结构与流程

本发明涉及混凝土结构的施工技术领域，尤其是提供一种超长混凝土结构收缩裂缝控制方法，还提供超长混凝土结构收缩裂缝控制结构。

背景技术：

随着人类科学技术的快速发展，以及建筑技术的慢慢成熟，人类开始追寻更多超长、超大空间和大跨度的现代结构，国内出现了超大型展览馆，大型的影视拍摄基地，主题乐园，医院综合体，而且为了满足这些大型建筑结构的功能和建筑美观要求，通常少设伸缩缝或者不设缝处置，以至于伸缩缝的间距超过了《混凝土结构设计规范》(GB50010-2010)表8.1.1中的间距限定值，就这类超长混凝土结构而言，裂缝的产生对结构的影响更大，因此超长结构裂缝产生的原因和裂缝控制一直是工程界密切关注的领域。

根据混凝土材料的工程特性和物理性能，裂缝的产生是不可避免的，裂缝宽度在一定范围之内是可以存在的，我国规定，允许的裂缝宽度为：在干燥情况下，裂缝宽度在0.2～0.3mm，在湿环境下，裂缝宽度为0.1～0.15mm(不含无压力管道情况)。

影响混凝土产生裂缝的因素有多种，一般而言，可划分为混凝土自身原因(形变裂缝)和外部原因(荷载裂缝)：

1)形变裂缝，由于混凝土结构材料因外界温度湿度变化、收缩、膨胀、不均匀沉降等原因引起导致材料自身属性变形引起的裂缝，其特征是结构会产生形变，要求变形，当受到约束和限制时产生内应力，应力超过混凝土自身或结构变形极限值后产生形变，裂缝就是形变的一种形式，裂缝出现后变形得到满足，内应力释放。这种裂缝宽度大、内应力小，对荷载的影响小，但对耐久性损害大，其中工程结构产生属于变形(温湿度、收缩与膨胀、不均匀沉降)引起的裂缝约占80％。

2)荷载裂缝，由外荷载(动、静荷载)直接应力引起的裂缝和次应力引起的裂缝。属于荷载引起的裂缝约占20％。

目前，混凝土结构因荷载和温度引起的裂缝可利用较成熟的设计理论和施工技术得到有效控制，而收缩引起的裂缝在工程实践中屡见不鲜，威胁到混凝土结构的耐久性，甚至适用性、安全性。尤其在超长混凝土结构中，收缩更是混凝土开裂的主要诱因。对于超长混凝土结构，裂缝，尤其是收缩裂缝，对混凝土结构影响最大。

早在19世纪初，各国科学家就从结构材料强度理论角度出发，探索混凝土开裂的基本原理，国内外最早提出的理论是建立在简单基本试验的基础上，在均值、弹性、连续的假定前提下推导出材料强度的各种计算公式，后期又引进了塑性理论公式，为解决问题提供了理论依据，其中自然环境下的混凝土收缩应变为

ε_t＝ε_ΔT+ε_sh＝ε_ΔT+ε_as+ε_ds (1)

式中：

ε_ΔT-------温度变化引起的收缩应变；

ε_ds-------混凝土自收缩应变；

ε_ds-------混凝土干燥收缩应变；

ε_sh-------混凝土自收缩和干燥收缩应变之和；

英国的BS5400模型把任意时刻的混凝土收缩变形ε_sh由四个系数相乘得到

ε_sh＝k_l×k_c×k_e×k_j (2)

式中：

k_l------环境湿度影响系数；

k_c------混凝土成分(水灰比，水泥含量百分比)影响系数；

k_e------混凝土侯建有效厚度影响系数；

k_j------混凝土随时间的发展系数

上述四个参数可以根据实验室结果的曲线图获得

我国著名裂缝专家王铁梦根据有关文献对国家二十多年内上千次的实验结果进行了系统归纳，总结出的混凝土收缩公式

式中：

----标准状态下的极限收缩，取3.24×10^-4；

b----经验系数，一般取值为0.01，在养护较差时取值0.03；

M_n---各种非标准状态下的修正系数，如初期养护时间，水灰比，添加剂，施工工艺(振捣方式，养护条件)，水泥品种以及钢筋配筋率等十几种因素下的影响系数，其中部分影响系数是可以从实验和统计结果的表中查到，运用起来较为方便。

基于上述理论得知，采用综合裂缝控制技术，对影响裂缝的几种或者十几种参数，进行分析，并在施工过程中进行调整，就能达到最佳的抗裂效果。但是，在实际工程，如何在施工中运用工程手段减少收缩裂缝的宽度和深度以及开裂的风险，继而保证结构主体的完整与安全，还是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术的问题，提供一种对于超长混凝土结构通过工程手段减少收缩裂缝的宽度和深度以及开裂的风险的超长混凝土结构收缩裂缝控制方法。

本发明的另一个目的是提供超长混凝土结构收缩裂缝控制结构。

本发明的目的是这样实现的：

一种超长混凝土结构收缩裂缝控制方法：其包括如下措施：

措施1：使用低收缩混凝土，该低收缩混凝土的配方是：

在包括水泥、砂、石子、外加剂和水之外，还包括抗裂纤维和防水剂；所述抗裂纤维与防水剂和其它成分的配合比为：

抗裂纤维的添加量为每立方米混凝土中添加0.8-1.0Kg；

措施2：在浇注混凝土结构时，采用分仓浇注；

措施3：在混凝土结构上设置后浇带，后浇带的宽度600-1000mm，相邻后浇带的间距不大于30米；

措施4：保证后期养护的时间不少于14天。

进一步地，在混凝土浇注中，还有一个防裂措施：控制浇注混凝土的时间和温度：

严格控制混凝土自出搅拌站的搅拌机至浇筑施工的时间，该时间不大于90分钟。

另外，控制混凝土的入模温度，混凝土入模温度应低于环境温度，或者在环境温度的±5℃范围之内。

分仓浇注的间隔时间在7-10天。

所述低收缩混凝土的配方的优选方案是：

抗裂纤维的添加量为每立方米混凝土中添加0.9Kg。

在使用所述低收缩混凝土中，还可以在所述低收缩混凝土中加入混凝土膨胀剂，该混凝土膨胀剂的加入量为水泥加入量的12％-15％。

在分仓浇注中，在混凝土结构的长度方向上，一个浇筑仓的长度小于15米。

另外，还要避开一天中温度最高的时间段实施浇注。

浇注混凝土时，还应该控制混凝土的塌落度，该塌落度应该控制在180mm±30mm。

在后期养护中，对于水平板面要进行洒水养护。

对于约束较大的墙，板节点部位，应该加强或者延长混凝土养护时间。延长养护的时间应在5～7天。

用后浇带封闭超长混凝土结构应该在与浇注其相邻两侧混凝土结构后时间之后不小于60天。

后浇带的结构可以是：

一种超长混凝土结构收缩裂缝控制结构，其特征是：所述超长混凝土结构分为若干段，以便于分段浇注，在该超长混凝土结构中设有后浇带，该后浇带的宽度600-1000mm，相邻后浇带的间距不大于30米。

在后浇带的中设置附设构造钢筋，该附设构造钢筋沿混凝土结构长度方向设置。

该附设构造钢筋的两端分别插入相邻的混凝土结构内，插入的钢筋长度不小于1米。

该附设构造钢筋的两端设置弯钩结构，该弯钩向背离外表面的方向弯曲。

该附设构造钢筋置于两侧墙面的内侧。

该后浇带处还可以设置防水结构。

该防水结构可以是止水钢板，设置在后浇带与相邻混凝土结构的接缝处。该止水钢板的钢板板面是横插于所述接缝上的竖向钢板。

进一步地，为了提高后浇带与相邻混凝土结构的接缝处的止水效果，后浇带和相邻混凝土结构之间的接缝可以在结构厚度方向上是弯曲的形状，所述止水钢板设置在弯折接缝的弯折处。

为了使得后浇带与相邻混凝土结构的结合面固着紧密，可以采用以下措施：

待要浇注后浇带之前，将已经固化且水化完成的混凝土结构的结合面表面凿毛，然后再浇注后浇带。还可以在后浇带相邻的侧面上涂设界面剂。

所述防水结构还可以上在后浇带的朝向室外的一侧面上附加防水层，该防水层与混凝土结构的外墙面平齐，该防水层为防水材料构成，例如可以上防水涂料，或防水材料层。该附加防水层从后浇带和相邻混凝土结构接缝向外最好再延伸一段，延伸的长度为400-600mm为宜。

作为超长混凝土结构中的收缩裂缝，在现有技术中控制它的措施有很多，但是，在具体工程上，裂缝最终还是会产生。而本发明提供的裂缝控制方法和结构，虽然其措施看似常见，但是，在方法中，抓住了混凝土浇注工序中的几个关键节点，采取切实有效的独特工艺，例如独特的低收缩混凝土的配方，再结合分仓浇注，后浇带的设置即后浇带的设置密度和后浇带特有的结构，还有浇注过程中温度控制以及后期的养护方式和养护时间，就能够做到超长混凝土结构不再出现收缩裂纹。由此可知本发明提供的控制方法和控制结构的先进性和独创性。

下面通过附图和实施例对本发明的方法和结构做进一步说明。

附图说明

图1为本使用本发明提供的超长混凝土结构收缩裂缝控制方法和控制结构的一个具体实例的槽形空间滑水道的立体结构示意图。

图2为图1所示的实例中槽形空间滑水道的俯视结构示意图。

图3为图2所示的滑水道中一个局部段落的结构示意图，显示在一个分段中分仓浇注的分仓结构示意图。

图4为在假山的外墙的混凝土浇注中设置后浇带的一种结构示意图。

图5为在塑石假山钢结构基础底板的混凝土浇注中设置后浇带的另一种结构示意图。

具体实施方式

本实施例的工程为一个主题乐园，主题乐园中的混凝土结构特点是：设置形状不规则，高低差较大，截面变化大，这样的混凝土结构造成了受力荷载不均匀，设计的墙、板、柱和梁截面积较大，给施工造成了很大挑战。超长混凝土结构包括：

山洞盒外墙，其长86m，宽18m，高度在19m～23m之间，墙体厚度平均300mm左右)；

假山外墙，其厚度为400～600mm；

塑石假山钢结构基础底板，基础底板的板厚有600～800～1000mm三种；

滑水道(Flume)的水槽4，长692m。

还有配电站(Substation)的外墙、隧道(Tunnel)等，均为不规则钢筋混凝土结构，见图1。

本工程中滑水道4在三维空间上蜿蜒延伸，穿越了假山山洞盒，塑石假山，横贯整个混凝土结构轮廓，因此，工程中滑水道这一超长混凝土结构尤其具有平面轮廓不规则、体量大、结构受力复杂、局部荷载大、混凝土强度高等特点，极易产生裂缝，要有效控制混凝土结构有害裂缝的出现。

如图2所示，滑水道4沿着延伸的方向根据转弯的特性分成50多段，如图3所示，在浇注之前根据分段40构建浇注模型。对于较短的分段40，该段就构成一可加入个浇筑仓，对于较长的分段41，就按照本发明的原则进行分仓，即确保一个浇筑仓411的长度在15米以内。

在混凝土材料特性方面：加强对骨料级配，含泥量，粉煤灰等级等于混凝土材料相关的质量控制；采用低收缩混凝土材料。混凝土的配方和配合比等见表1。

表1：混凝土配合比报告

其中添加抗裂纤维可以形成补偿收缩，这也是抑制混凝土裂缝最方便最经济，最有效的措施。

另外，还可以将加入的石子和砂清洗一下再使用。

再有，还在混凝土配方中加入混凝土膨胀剂，具体的，可使用固态粉末类的混凝土膨胀剂，例如使用钙矾石类膨胀剂，用量为混凝土中水泥用量的12-15％。在本实施例中，混凝土膨胀剂的加入量为13％。

钢筋混凝土产生裂缝的原因复杂，就材料而言，混凝土干缩和冷缩是主要原因。因此，在混凝土中掺入能达到补偿其收缩的膨胀剂，是较为理想的办法。膨胀剂加入到普通混凝土中，拌水生成大量膨胀结晶水化物-水化硫铝酸钙(即钙钒石)，使混凝土产生适度膨胀，在钢筋邻位的约束下，在结构中建立0.2～0.7Mpa预压应力，这一预压应力可大致抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩拉应力，同时，推迟了收缩的产生过程。当混凝土开始收缩时，其抗拉力已足以抵抗收缩应力，从而防止或减少混凝土后期收缩开裂；而且产生的钙矾石使混凝土更加致密，从而大大提高了混凝土结构的抗裂防渗性能。膨胀剂配制补偿收缩混凝土，是代替普通砼解决建筑物裂渗的理想材料。

对于要求更高抗渗、抗裂的砼，可以试验增加掺量。

现有技术中使用膨胀剂多是用于混凝土结构中有防水要求的部位。本发明创造性地将混凝土膨胀剂与上述混凝土配方中的各个组分配合，浇注超长混凝土结构，收到了防止收缩裂纹的很好的效果。

浇注混凝土时，还应该控制混凝土的塌落度，该塌落度应该控制在180mm±30mm。

然后就是采取分仓浇筑的措施。在浇注中，例如，先对于第1、3、5……号浇筑仓进行混凝土浇注，待这些浇注仓中的混凝土已经凝固，水化过程结束后，再对于第2、4、6……号浇筑仓进行混凝土浇注。在分仓浇注中，在混凝土结构的长度方向上，一个浇筑仓的长度小于15米。一般情况下，分仓浇注的间隔时间在7-10天。

在浇注过程中，采用分层振捣，有序推进，严格控制混凝土自出机至浇筑施工的时间和混凝土的入模温度，混凝土自出搅拌站的搅拌机至浇筑施工的时间不大于90分钟，该时间也包括混凝土从搅拌站的搅拌机出来，装上搅拌车运到工地浇注现场的时间。监控混凝土的入模温度，混凝土的入模温度应低于环境温度，最多也应该是在环境温度上下5℃的范围内。《混凝土结构工程施工与验收规范》GB50204-1992中规定混凝土内外温差不宜超过25℃，但在本发明的施工中，温度控制更加严格，只有这样，才能有效保证超长的混凝土结构不出现收缩裂纹。

另外，还应该合理安排浇筑时间，尽可能避开中午等高热时间浇筑施工，避免高温烈日下混凝土收光饰面作业；在混凝土稍干即进行混凝土表面压实收光，压实步骤与现有技术基本相同。

在砼的初凝前应按有关施工规定，对砼表面反复抹压以防风干，避免沉降引起裂缝，终凝后，开始养护，养护期不得少于14天。

在施工过程中，通过设置后浇带进一步防止收缩裂缝的产生。

如图4所示，将施工范围的例如假山外墙2分割出小规模的施工浇筑单元成为后浇带21，后浇带21宽度800mm，在墙体上，分割出的后浇带的密度也对于防止产生收缩裂缝有很大的影响，相邻后浇带21的间距最大30m，在后浇带21的中除了与混凝土结构中一样的钢筋211之外，还设置附设构造钢筋212，附设构造钢筋212沿混凝土结构长度方向设置。附设构造钢筋212的两端分别插入相邻的混凝土结构内，插入的钢筋长度不小于1米，在本实施例中插入相邻混凝土结构的长度La例如可以是1200mm。附设构造钢筋212的两端设置弯钩结构212a，弯钩212a向背离墙体2外表面的方向弯曲。附设构造钢筋212置于两侧墙面的内侧。后浇带处还设置防水结构。防水结构是止水钢板213，设置在后浇带与相邻混凝土结构的接缝处。该止水钢板213的钢板板面是横插于墙体2和后浇带21的接缝上的竖向钢板。为了提高后浇带与相邻混凝土结构的接缝处的止水效果，后浇带和相邻混凝土结构之间的接缝可以在结构厚度方向上是弯曲的形状，所述止水钢板设置在弯折接缝的弯折处。

所述防水结构还可以上在后浇带的朝向室外的一侧面上附加防水层214，防水层214与混凝土结构的外墙面平齐，该防水层214为防水材料构成，例如可以是防水涂料，或防水材料层。该附加防水层从后浇带和相邻混凝土结构接缝向外最好再延伸一段，延伸的长度为500mm。

如图5所示为塑石假山钢结构基础底板3上设置的后浇带31结构，其在与如图4所示的后浇带212结构基本相同的基础上，在浇注完成后浇带两侧的底板后，待要浇注后浇带31之前，将已经固化且水化完成的底板3与后浇带相邻的侧面30的混凝土表面凿毛，然后再浇注后浇带。这样，可以使得后浇带31与底板3之间的结合更加紧密。

另外，还可以在于后浇带相邻的侧面30上涂设界面剂，以增加后浇带与相邻混凝土侧面的固着力。

后浇带封闭墙体或底板的时间应该在后浇带两侧墙体或底板浇注之后不小于60天，在一些大体积，厚重混凝土结构处，延长后浇带封闭时间。在本实施例中，该时间为65天。

混凝土后期养护方面：水泥水化过程中放出大量的热，且主要集中在浇筑后的前7天内，一般每克水泥可以放出502J的热量，如果以水泥用量350kg/m³～550kg/m³来计算，每m³混凝土将放出17500kJ～27500kJ的热量，从而使混凝土内部温度升高，可达80℃左右甚至更高。因此采用覆盖养护措施，其中，水平板面进行洒水养护；养护时间不少于14天，对于约束较大的墙，板节点等部位，应该加强或者延长混凝土养护时间。例如，可以延长养护的时间5～7天。

综合裂缝控制技术中，设计和施工是紧密联系，不可分割的，对混凝土结构的设计可能会发生变化，这时，也要对现场的施工工序进行调整以及对后浇带的位置进行变更。

使用本发明提供的控制方法和控制结构，建立起的主题公园的各个超长混凝土结构，在使用了近两年之后无一发生影响结构安全性的裂纹。由此证明本发明的先进性和创造性。