一种高抗裂混凝土结构、施工方法和应用与流程

本发明属于土木工程施工领域，具体是涉及到一种高抗裂混凝土结构、施工方法和应用。

背景技术：

混凝土是多种材料组成的混合体，又是脆性材料，在内外力作用下，裂缝的产生是难以避免的。大量工程实践表明，钢筋混凝土结构裂缝的成因复杂，甚至多种因素相互影响，混凝土产生裂缝的主要原因是混凝土变形受到制约或外力的作用，从混凝土的浇筑到结构物使用的整个过程中，都可能产生裂缝。其中，变形荷载是引起裂缝的重要因素。

变形荷载是指温度收缩、干缩变形和不均匀沉降等，由于侧墙是混凝土薄壁结构，其裂缝产生的主要原因是干缩变形和温度收缩变形。其中混凝土的干缩变形主要是指由于混凝土因水分散失而引起的体积缩小。温度收缩变形主要是由于在混凝土硬化过程中，混凝土中的水泥释放出大量的水化热，同时又在热量的不断散失过程中，结构内部产生的温度变化引起的胀缩变形。随时间的推移，内部温度先升高后降低，混凝土墙体的厚度越高，温度升高的速度越快，降温的速度越慢，且最高温度值越高。

调查统计，结构中侧墙产生裂缝的主要部位在其中下部以及施工缝处；侧墙中裂缝大部分是竖直的，仅有少量的环向、横向裂缝。同时，按照裂缝开裂深度，主要可划分为表面裂缝和贯穿裂缝两种。

混凝土的开裂除了塑性收缩裂缝和温度裂缝外，还有沉降收缩裂缝，沉降收缩裂缝一般在混凝土凝结一段时间后发生，难以通过常规方法去除。

中国专利申请号为cn201611215009.x的专利公开了一种水泥混凝土防开裂层结构，包括预留板和新浇筑水泥混凝土面层，所述预留板设置于所述新浇筑水泥混凝土面层和既有建筑物之间，所述预留板通过预制固定模板固定，所述预留板和所述新浇筑水泥混凝土面层的高度相同，所述预制固定模板和所述新浇筑水泥混凝土面层的高度相同，所述预留板为弹性材料板，其主要为挤塑聚苯板或泡沫板。安装过程中应缓慢进行，防止弹性材料板碰伤，弹性材料板在后期剔除，再灌入嵌缝沥青油膏。为了防止不同的混凝土在干缩变形和温度收缩变形中形变不同，导致开裂，上述专利在既有建筑物和新浇筑水泥混凝土面层之间设置具有弹性的预留板，以隔开两者的收缩约束，防止变形，但是这种材料本身是弹性的，承受荷载能力不能满足使用要求，严重影响整体结构的强度，对于高层建筑等对强度要求极高的场所，这种结构是不适用的，上述专利为了防止弹性材料板碰伤，其在后期需要剔除弹性材料板，再灌入嵌缝沥青油膏，工艺上较难实现，且更为复杂。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种高抗裂混凝土结构、施工方法和应用，其防开裂效果好，施工简单，防开裂时间长。

本发明的内容为一种高抗裂混凝土结构，包括既有混凝土体、新浇筑混凝土体，以及设置在既有混凝土体和新浇筑混凝土体之间的结构应力消减层，所述结构应力消减层由聚合物水泥砂浆或聚合物水泥混凝土层形成，该结构应力消减层的厚度为30-80mm，浇筑后凝结时间至少为3天，在90天内达到设计强度，抗压弹性模量小于15gpa；结构应力消减层的聚灰比为15-25％，所述聚合物为丙烯酸-苯乙烯乳液(其cas号为25085-34-1)；结构应力消减层含有重量百分数为0.1-0.2％的缓凝剂，所述缓凝剂包括如下重量组分，葡萄糖酸100-200g/l，柠檬酸200-300g/l，三聚磷酸钠10-50g/l，焦磷酸钠10-50g/l，结构应力消减层还含有15-20％体积率的橡胶颗粒。

聚合物水泥砂浆或聚合物水泥混凝土层，为在水泥砂浆或者水泥混凝土中添加了聚合物形成的物质，聚合物的添加量以满足聚灰比为准。

所述结构应力消减层设置于墙、板交接处新浇筑混凝土体内。

所述新浇筑混凝土体的最小尺寸为0.3-1m时，所述结构应力消减层的凝结时间为3-7天；所述新浇筑混凝土体的最小尺寸为1-1.5m时，所述结构应力消减层的凝结时间为7-10天。

所述新浇筑混凝土体的长度大于30m。

所述结构应力消减层与既有混凝土体间的变形刚度差大于50％。

所述结构应力消减层的聚灰比为20-25％。

所述橡胶颗粒为丁基橡胶、丁苯橡胶、天然橡胶或废旧轮胎橡胶颗粒。

一种高抗裂混凝土结构的施工方法，包括如下步骤，在既有混凝土体上浇筑结构应力消减层，然后在结构应力消减层上浇筑新浇筑混凝土体。

一种结构应力消减层在防止混凝土结构开裂上的应用，所述混凝土结构包含高抗裂混凝土结构中的结构应力消减层。

在施工时，新浇筑混凝土体浇筑在安放有结构应力消减层的既有混凝土体上时，由于混凝土的结构应力消减层凝结时间长，硬化后弹性模量小、刚度低，新浇筑混凝土体在凝结硬化的过程中，一方面消除了既有混凝土体对新浇筑混凝土体的约束，另一方面当结构应力消减层凝结硬化后，由于弹性模量小、刚度低，从而使得新浇筑混凝土体在使用中受到的约束小，开裂风险小，本发明的结构应力消减层的缓凝时间长，弹性模量小、刚度低，但结构强度高，当其彻底凝结硬化后，其强度可以达到结构受力要求。

本发明的有益效果是，混凝土出现裂缝，主要原因在于新老混凝土结构之间存在较大的收缩差，因此当侧板收缩时，底板会对其产生巨大的收缩约束，导致开裂。为了解决这种问题，目前的处理措施主要有，1严格控制材料性质，包括水泥、粗骨料，添加掺合料比如减水剂和膨胀剂以减少用水量，降低水泥用量，降低水化热等。2严格控制施工程序，比如加强对混凝土温度的监控，合理浇筑分层，控制模板构造，模板刚度，拆模时机，加强混凝土的养护(比如喷水)，增强材料的韧性(比如混凝土中添加钢纤维材料)。现有技术除了在材料和施工工艺上的控制外，还有包括在新旧混凝土面上加装弹性材料层，比如挤塑聚苯板，泡沫板材料或者涂刷弹性胶，但是其会造成材料间的间隙，对最终结构的度等性能影响非常大。

现有的混凝土的凝结时间一般在1天左右，为了降低其内部的温度，一般采取喷水的方式降温，或者加入减水剂、缓凝剂降低放热量，提高凝结时间，加入缓凝剂的情况下，其凝结的时间一般在2天内，如果混凝土过度缓凝，其会严重影响建筑墙体的质量，有可能造成混凝土不凝结，严重影响工期和工程质量，一般来讲，需要避免超时缓凝现象的发生。

本研究发现，不管是在新浇筑混凝土体，还是在既有混凝土体内添加缓凝剂，对于避免裂缝这点上，作用不是特别大。通过实验发现，本发明的混凝土的结构应力消减层如果只将其缓凝时间提高到2天半以内，其避免开裂的效果有限，要想要得到较好的效果，需要将混凝土的结构应力消减层的凝结时间延长到3天以上，其防开裂效果才较好。

缓凝时间长只能对早期温缩导致的开裂具有比较好的效果，因此可以很好的预防墙体早期开裂。但是，在使用期间，混凝土墙体还会由于环境温度的突然变化(如大风降温)和混凝土后期收缩的原因，还是会因温度应力和收缩应力产生裂缝。本发明在结构应力消减层中添加了丙烯酸-苯乙烯乳液，控制混凝土结构应力消减层的聚灰比为15-25％，并加入15％-20％体积率的橡胶颗粒，降低了混凝土结构应力消减层的弹性模量，将弹性模量控制在15gpa以下，使得其显著的改善了由于温缩和后期收缩导致的开裂，明显降低了混凝土使用期间的开裂现象。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

在图中，1既有混凝土体、2新浇筑混凝土体、3结构应力消减层。

具体实施方式

实施例1

如图1所示，本发明包括既有混凝土体1、新浇筑混凝土体2，以及设置在既有混凝土体1和新浇筑混凝土体2之间的结构应力消减层3，所述结构应力消减层由聚合物水泥砂浆形成，该结构应力消减层的厚度为50mm，浇筑后凝结时间为5天，在60天内达到设计强度，抗压弹性模量为13gpa，收缩率为0％；结构应力消减层的聚灰比为15％，所述聚合物为丙烯酸-苯乙烯乳液；结构应力消减层含有重量百分数为0.1％的缓凝剂，所述缓凝剂包括如下重量组分，葡萄糖酸100g/l，柠檬酸300g/l，三聚磷酸钠50g/l，焦磷酸钠10g/l，结构应力消减层还含有15％体积率的废旧轮胎橡胶颗粒，所述新浇筑混凝土体2的厚度为50cm。

其施工方法包括如下步骤，在既有混凝土体1上浇筑混凝土的结构应力消减层3，然后在混凝土的结构应力消减层3上浇筑新浇筑混凝土体2。

实施例2

本发明包括既有混凝土体1、新浇筑混凝土体2，以及设置在既有混凝土体1和新浇筑混凝土体2之间的混凝土的结构应力消减层3，所述结构应力消减层由聚合物水泥混凝土层形成，该结构应力消减层的厚度为80mm，浇筑后凝结时间为10天，在60天内达到设计强度，抗压弹性模量为10gpa，收缩率为0％；结构应力消减层的聚灰比为18％，所述聚合物为丙烯酸-苯乙烯乳液；结构应力消减层含有重量百分数为0.2％的缓凝剂，所述缓凝剂包括如下重量组分，葡萄糖酸200g/l，柠檬酸200g/l，三聚磷酸钠10g/l，焦磷酸钠50g/l，结构应力消减层还含有20％体积率的丁基橡胶颗粒，所述新浇筑混凝土体2的厚度为1m。

其施工方法包括如下步骤，在既有混凝土体1上浇筑混凝土的结构应力消减层3，然后在混凝土的结构应力消减层3上浇筑新浇筑混凝土体2。

对比例1

包括既有混凝土墙体和新浇筑混凝土墙体，其施工方法为，在既有混凝土墙体上浇筑新浇筑混凝土墙体。

对比例2

包括既有混凝土墙体、新浇筑混凝土墙体，以及设置在既有混凝土墙体和新浇筑混凝土墙体之间的混凝土缓凝层，所述混凝土缓凝层的凝结时间为2天，混凝土缓凝层在浇筑后60天内达到设计强度，收缩率为0％，混凝土缓凝层包括重量百分数为0.1％的缓凝剂，所述缓凝剂包括如下重量组分，葡萄糖酸50g/l，柠檬酸100g/l，三聚磷酸钠5g/l，焦磷酸钠10g/l。所述新浇筑混凝土墙体的厚度为50cm。

其施工方法包括如下步骤，在既有混凝土墙体上浇筑混凝土缓凝层，然后在混凝土缓凝层上浇筑新浇筑混凝土墙体。

对比例3

包括既有混凝土体1、新浇筑混凝土体2，以及设置在既有混凝土体1和新浇筑混凝土体2之间的混凝土缓凝层，所述混凝土缓凝层的凝结时间为4天，混凝土缓凝层在浇筑后60天内达到设计强度，收缩率为0％，混凝土缓凝层包括重量百分数为0.2％的缓凝剂，所述缓凝剂包括如下重量组分，葡萄糖酸100g/l，柠檬酸300g/l，三聚磷酸钠50g/l，焦磷酸钠10g/l。所述新浇筑混凝土墙体的厚度为50cm。

其施工方法包括如下步骤，在既有混凝土体上浇筑混凝土缓凝层，然后在混凝土缓凝层上浇筑新浇筑混凝土体。

通过分析对比本发明和对比例1-2的墙体在浇筑后早期(观察70天)和长期(2.5年)的开裂情况，得到表1的数据。

表1本发明和对比例1-2的墙体的开裂情况分布表

从表1中早期开裂的数据可以发现，本发明在既有混凝土体和新浇筑混凝土体之间添加缓凝时间长的混凝土的结构应力消减层后，基本避免了裂缝的产生。从长期开裂的数据可以看出，通过采用结构应力消减层，降低结构联接部位混凝土的弹性模量，减少相互约束的方式，在结构联接处混凝土中添加橡胶颗粒和聚合物，可以有效的防止长时间过后墙体开裂问题。