如何控制大跨预应力混凝土结构温度裂缝
摘要:文章首先简要介绍了混凝土结构温度裂缝,然后探讨了大跨顸应力混凝土结构温度裂缝的控制措施。
关键词:大跨顸应力;温度裂缝;控制
一、混凝土结构温度裂缝
1 混凝土裂缝的分类以及成因
(1)荷载引起的裂缝。如果混凝土构件中主拉应变大于混凝土的极限拉伸应变或主拉应力大于混凝土的抗拉强度时,混凝土就产生裂缝。
(2)混凝土收缩产生的裂缝。混凝土浇筑后在硬化过程中,由于失水收缩会引起体积变化,这种变形受到约束时,便会产生一定强度的拉应力,当拉应力超过混凝土的抗拉强度,便会产生收缩裂缝。收缩裂缝可通过合理的选择混凝土配合比,降低用水量,加强养护等措施来减少。
(3)温度引起的裂缝。由于水泥在搅拌和浇筑过程中会释放大量的水化热,大体积混凝土常因此导致内外温差过大,产生较大的温度应力,超过混凝土早期抗拉强度时就引起裂缝。在跨预应力混凝土结构中常可见到这种裂缝。此外,混凝土因为环境温度变化而产生收缩或膨胀变形,受到内部钢筋的阻碍或外界的约束时,就会产生裂缝,这是一种更为常见的温度裂缝。
2 温度收缩裂缝
混凝土的裂缝大部分是非荷载裂缝,一般是由收缩和温度变形共同引起的。这类裂缝具有以下特点:
(1)该裂缝由收缩和温度变形共同产生,随着环境的温度和湿度的变化而变化,随着时间的推移而发展。
(2)根据工程裂缝出现的具体时间、发展与变化情况,以及形状、分布等特征,可分为以温度变形为主或以收缩变形为主,但以收缩变形为主的温度收缩裂缝更为常见,大都在半月至数月之内发生,在混凝土浇筑后1年内基本稳定,
(3)此类裂缝主要影响顶部数层和底层梁板构件和挑檐、栏板等外露构件。
二、大跨预应力混凝土结构温度裂缝的控制措施
1 设置伸缩缝
设置伸缩缝可有效减少混凝土结构的长度,减少温度应力和收缩应力的影响,从而降低温度裂缝发生的可能。
2 预留后浇带
若建筑结构要求不允许设置伸缩缝,可采用设置后浇施工带的方法来避免大跨预应力混凝土结构发生收缩开裂。后浇带是在施工期间保留的临时变形缝。最后要用高强膨胀混凝土填充补齐,变形缝就会消失。
混凝土收缩主要发生在早期,所以可设置后浇带,等混凝土达到一定强度后再浇筑,设置后浇带是为了保留施工缝期间。让结构变形充分发生,这样可避免设置永久性变形缝,使大跨预应力混凝土结构保持整体性,提高了结构的整体刚度,避免了采用变形缝而带来的不利因素。
通常将后浇带设置在内力较小处,一般从梁、板的1/3跨中部位或柱跨中1/3区间通过,每隔30～40m设一处,留置宽度不宜小于1000mm,也不宜过大,上部结构以800mm为宜。后浇带要上下对齐贯通整个结构,遇到梁、板、墙均需断开。后浇带部位的钢筋既可断开,也可连续,但连续时可避免同一截面钢筋搭接接头超限,所以后浇带部位的钢筋连续是最好的。
3 补偿收缩
除了上面两种方法,还可用UEA补偿收缩混凝土来防止收缩裂缝的发生。后浇带通常要40～60d后才能填缝,并且在浇筑后浇带前要进行清洗、凿毛处理,还要对后浇带处的结构受力钢筋进行断开或弯曲一段等工序。可见采用后浇带会存在施工麻烦,延长工期等问题,并且会留下渗、漏水的隐患,相比之下,利用补偿收缩混凝土对于大跨预应力混凝土结构进行“无缝设计” (“无缝设计”是指在结构区段长度超过规范规定的范围时,可通过在混凝土中掺人一定比例的微膨胀剂,形成补偿收缩混凝土,它膨胀时可抵消一部分由于收缩产生的拉应力,故不需伸缩缝和后浇的施工处理方法),这样会大大缩短工期,降低施工难度,并且还能有效保证施工质量,目前在高层建筑的底板和刚性防水屋面均有大量采用。
4 在楼盖板内同时采用预应力
对大跨连续结构施加预应力时,若只在大梁中施加预应力,而梁、板存在较大的刚度差,在梁预应力张拉时,会导致梁轴向压缩,同时又受到板的约束,这样便会在梁和板内产生拉应力,刚度较小的板就容易产生裂缝。所以最好在梁板中同时施加预应力,使它们同时受到压缩变形,产生裂缝的可能性便会降低。梁板内同时施加预应力可提高大跨梁板的刚度,还可在楼盖内建立预压应力,抵消一部分混凝土的收缩变形产生的拉应力。
5 增设温度筋或掺人一定比例的复合纤维
在大跨混凝土结构中增加构造筋含量,使其起到温度筋的作用,这样能有效控制裂缝的发展,分散裂缝的分布。温度筋的配置要小间距、细直径。还可在混凝土中掺人一定比例的复合纤维,这样可改善混凝土的脆性,提高混凝土的韧性,从而使基体的变形能力和抗裂能力都得到改善和提高。可在截面转角处增配斜向钢筋或钢筋网片,以防止截面突变处应力集中现象导致温度应力的增大。
6 严格控制混凝土材料的质量和技术指标
混凝土导致温度裂缝的最主要升温热源是水泥水化热,所以预应力混凝土宜选用水化热较低的矿渣硅酸盐水泥,以减少混凝土升温。在混凝土内掺人一定量的粉煤灰也可防止温度裂缝的发生,粉煤灰具有一定活性,可代替部分水泥,减少水泥用量,降低混凝土的水化热;而且粉煤灰颗粒呈球形,可起到润滑作用,从而有效改善混凝土的粘塑性。粗骨料宜选用具有自然连续级配的粗骨料,以便提高混凝土的和易性,并减少用水量和水泥用量,降低水泥水化热。细骨料的选择以中、粗砂为宜,细度模数宜在2.5～2.8之间。
三、结束语
温度裂缝是大跨预应力混凝土结构的常见质量病害之一,如果控制措施不当,裂缝可能影响到建筑的耐久性和结构安全。所以应从原材料、设计和施工等方面来采取有效的措施,最大限度地减少温度裂缝,提高建筑质量。
