時間:2023-04-03 09:45:20
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1腐蝕混凝土結構的因素:
1.1素混凝土結構
素混凝土的基本組成材料是水泥、砂、石和水。影響素混凝土結構的耐久性的主要因素為堿-集料的反應(混凝土中堿含量超標,暴露在水或潮濕環境使用時,其中的堿與堿活性集料間發生反應,引起膨脹)。
1.2鋼筋混凝土結構
鋼筋混凝土結構材料是混凝土與鋼筋的復合體,它的腐蝕形態可分為兩種:一是由混凝土的耐久性不足,其本身被破壞,同時也由于鋼筋的、腐蝕而導致整個結構的破壞;二是混凝土本身并未腐蝕,但由于外部介質的作用,導致混凝土本身化學性質的改變或引入了能激發鋼筋腐蝕的離子,從而使鋼筋表面的鈍化作用喪失,引起鋼筋的銹蝕。從化學成分來看,鋼筋的銹蝕物一般為Fe(OH)3、Fe(OH)2、Fe3O4·H2O、Fe2O3等,其體積比原金屬體積增大2~4倍。由于鐵銹膨脹,對混凝土保護層產生巨大的輻射壓力,其數值可達30MPa(大于混凝土的抗拉極限強度)使混凝土保護層沿著銹蝕的鋼筋形成裂縫(俗稱順筋裂縫)。這些裂縫進一步成為腐蝕性介質滲入鋼筋的通道,加速了鋼筋的腐蝕。鋼筋在順縫中的腐蝕速度往往要比情況快,等到混凝土表面的裂縫開展到一定程度,混凝土保護層則開始剝落,最終使構件喪失承載能力。
影響混凝土中性化(包括碳化)速度的因素很多,但主要的因素是混凝土的密實度,即抗滲性能。混凝土愈密實,即抗滲性能愈高,則外界的氣體只能作用于混凝土表面,向內部滲透比較困難。影響混凝土密實度的主要因素是混凝土的水灰比和單位水泥用量。水泥品種對混凝土的中性化速度有一定的影響;不同品種的水泥,因其摻合料的品種及含量不同,水解時生成的堿性物質數量不同,使混凝土的中性化速度也就不同了。
普通硅酸鹽水泥的熟料含量多,摻合料的含量一般不大于15%,其堿度比其它品種的水泥高,中性化速度相對的要慢?;鹕交屹|硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥,由于摻合料中的活性氧化硅與水泥熟料中水解時產生的氫氧化鈣結合,從而降低了混凝土孔隙中的液相堿度,加快了碳化或中性化的速度。
1.3預應力混凝土結構
預應力混凝土結構的腐蝕除了具有普通混凝土結構的腐蝕類型外,由于采用高強度鋼筋和鋼筋在高應力條件下工作,所以可能發生應力腐蝕和鋼材的氫脆。
1.3.1應力腐蝕
應力腐蝕是鋼筋在拉應力和腐蝕性介質共同作用下形成的脆性斷裂。這種破壞與單純的機械應力破壞不同,它可以在較低的拉應力作用下破壞;這種破壞又與單純的電化學腐蝕破壞不同,它可以在腐蝕性介質很弱的情況下而破壞。
腐蝕性介質與鋼筋作用,在鋼筋表面形成一個大小不等彌散分布的腐蝕坑后,每個腐蝕坑相當于一個缺口,鋼筋在拉應力的作用下,形成應力的不均勻分布和應力集中,在缺口的邊緣,當鋼筋平均應力不高時,其集中的應力即可達到斷裂應力的水平,而引起鋼筋的斷裂。由于缺口的存在,形成了拉應力三軸不相等狀態,阻礙了鋼筋塑性變形的開展,使塑性變形性能在鋼筋斷裂前不能充分發揮出來,延伸率、冷彎等塑性指標均有明顯下降。預應力鋼筋的腐蝕是拉應力與腐蝕性介質共同作用的結果,腐蝕因素對鋼筋斷裂的最初形成起主要作用,而拉應力則促進了腐蝕的發展。
1.3.2氫脆
氫脆是預應力鋼筋在酸性與微堿性的介質中發生脆性斷裂的另一中類型。氫脆與應力腐蝕的機理完全不同。應力腐蝕發生在鋼筋的陽極,而氫脆發生在鋼筋的陰極區域。氫脆是由于鋼筋吸收了原子氫,而使其變脆,所以稱為氫脆。鋼筋在腐蝕過程中,表面可能有少量氫氣產生,在通常情況下,生成的原子氫會迅速結成分子氫,在常溫下是無害的,但當這一過程受到阻礙時,氫原子就會向鋼筋內部擴散而被吸收到金屬內部的晶格中去,如果鋼筋內部有缺陷存在,氫原子很可能重新結合成為氫分子。氫分子的生成產生很大的壓力,出現“鼓泡”現象。使鋼筋變脆。產生氫脆的鋼筋在受到超過臨界值的拉力作用時,便會發生斷裂。硫化氫是能引起預應力鋼筋氫脆的介質之一。
1.4纖維混凝土結構
纖維混凝土的腐蝕機理與普通混凝土基本相同,但纖維的直徑較細,且均勻分布,其耐久性相對普通混凝土要強一些。開裂的纖維混凝土構件在潮濕的環境下,裂縫處的混凝土碳化后,碳化區的鋼纖維開始銹蝕。有研究表面,鋼纖維混凝土中鋼筋的銹蝕較普通混凝土鋼筋的銹蝕減輕,其原因除了鋼纖維阻裂作用的影響外,還在于細小纖維在混凝土中亂向均勻分布,從而改變了鋼筋電化學銹蝕的離子分布狀態,阻止了鋼筋的銹蝕。
1.5輕骨料混凝土結構及加氣混凝土
輕骨料混凝土的腐蝕機理與類型基本與普通混凝土相同,由于大多數輕骨料抵抗氣體擴散能力較低,腐蝕性氣體較易滲入內部,因此必須控制輕骨料混凝土的密實度。
加氣混凝土的顯氣孔較多,不致密,吸水率高,碳化速度較快,在正常使用條件下尚需對鋼筋進行表面涂覆保護層,而且加氣混凝土表面氣孔多,不容易進行保護,所以在腐蝕環境下不宜使用加氣混凝土。
2預防混凝土結構腐蝕的辦法
對混凝土結構腐蝕預防應針對其不同的結構組成制定不同的辦法。
2.1原材料的選擇
2.1.1水泥
水泥是水泥砂漿和混凝土的膠結材料。水泥類材料的強度和工程性能,是通過水泥砂漿的凝結、硬化而形成。水泥石一旦遭受腐蝕,水泥砂漿和混凝土的性能將不復存在。由于各種水泥的礦物質組份不同,因而它們對各種腐蝕性介質的耐蝕性就有差異。正確選用水泥品種,對保證工程的耐久性與節約投資有重要意義
2.1.2粗、細集料
發生堿-集料反應的必要條件是堿、活性集料和水。粗、細集料的耐蝕性和表面性能對混凝土的耐蝕性能具有很大影響。集料與水泥石接觸的界面狀態對混凝土的耐蝕性有一定影響。
混凝土中所采用粗細集料,應保證致密,同時控制材料的吸水率以及其它雜質的含量,確保材質狀況。
2.1.3拌合及養護用水
混凝土拌合及養護用水,應考慮其對混凝土強度的影響。水灰比的大小很大程度影響混凝土強度值的大小。拌合水應檢查其雜質情況,防止影響砂漿及混凝土生成時雜質影響其耐久性。
海水中含有硫酸鹽、鎂鹽和氯化物,除了對水泥石有腐蝕作用外,對鋼筋的腐蝕也有影響,因此在腐蝕環境中的混凝土不宜采用海水拌制和養護。
2.1.4外加劑
混凝土外加劑是在拌制混凝土過程中摻入,用以改善混凝土性質的物質。
混凝土外加劑的范圍很廣,品種很多,我國外加劑的品種目前已超過百種,其中包括減水劑、早強劑、加氣劑、膨脹劑、速凝劑、緩凝劑、消泡劑、阻銹劑、密實劑、抗凍劑等。
在建筑防腐工程中,外加劑的使用主要是為了提高混凝土密實性或對鋼筋的阻銹能力,從而提高混凝土結構的耐久性。實踐證明,采用加入外加劑的方法,可以在一定范圍內達到提高混凝土結構的耐腐蝕能力,是一種經濟而有效的技術措施。
但由于外加劑的化學組成,來自外加劑中的氯鹽可能使混凝土結構中的鋼筋脫鈍,給結構物帶來隱患。在進行外加劑選擇時需對其中氯鹽的含量進行檢測,并做相關實驗。
2.2防腐混凝土的配合比設計
為提高混凝土的密實性和抗中性化能力,混凝土的強度等級宜大于或等于C25。受氯離子腐蝕或其它大氣腐蝕時,鋼筋混凝土構件中可摻入鋼筋阻繡劑。對于預應力混凝土結構,其混凝土強度等級不小于C35,后張法預應力混凝土構件應整體制作,不得采用塊體拼裝的構件。
1火災現場的資料收集
火災事故一經發現,應盡可能早地進入現場或其周圍了解情況。在火災撲滅之后,更應在現場未經破壞時收集原始資料。
(1)起火時間、原因與滅火方式。建筑物的起火時間與火災延續時間應予詳細記錄?;馂陌l生之后,有一個火勢從小到大的發展階段,再經過滅火或空氣、燃料耗盡而火勢減弱直至熄滅。要盡可能地找出火源所在位置,查明失火的原因,這對以后避免火災發生很有意義。不同的受災對象有不同的滅火方式,要說明滅火使用的手段。
(2)火勢蔓延的過程與過火范圍。從火源處開始,通過可燃物的燃燒,過火范圍逐步擴大。火勢常通過門窗、樓梯間、過道、天井等蔓延至其他位置與樓層?;饎菽芊衤优c通風條件有很大關系。由于建筑物各部分火燒時間不同,受損的程度也還大有差異。
(3)可燃物品統計。特別對工礦企業,可燃物的品種、數量與存放方式各有不同,應分別查明,記錄在案。還需說明可燃物在火災后的燃燒狀況,如燒毀多少、殘存多少等。
(4)結構損毀程度。鋼筋混凝士結構受不同溫度不同時間的作用,有多種損壞情況。在各個過火區域要分別調查結構損毀程度,例如結構本體是否完好,外觀破壞程度,包括保護層剝落、鋼筋外露、裂縫開展以及構件變形等等。
(5)現場材料取證?;馂默F場一般都有各種金屬與非金屬材料,如銅、鐵、鋁、玻璃等、它們在經受溫度作用時會發生不同的物理化學變化,鋁與鋁合金在600~700℃、黃銅在900~1000℃、鑄鐵在1100~1200℃會有金屬滴產生;玻璃在700℃時軟化,而在850℃時熔化,在不同過火區域取證這些典型樣品,對火災的鑒定有很大作用。
(6)混凝土取樣。混凝土是組成結構的主要材料,其損毀程度與建筑物修復的關系最大。混凝土在高溫作用下會發生物理變化與化學反應,當溫度在300℃以下時,混凝土無變化,隨著溫度的升高,水泥水化物(主要是硅酸鈣與氫氧化鈣晶體)將會有顯著的變化。可通過掃瞄電子顯微鏡,拍攝到清晰的照片,再結合X射線衍射分析,能有效地鑒定混凝土受火的損傷狀態。
2火災的技術分析資料
根據現場勘測收集的資料,進行綜合分析,在技術上作出判斷與評估,這些技術分析資料主要有:
(1)結構受火溫度??筛鶕韵虑闆r綜合分析:
混凝土表面顏色的變化與溫度有關:300℃以下顏色不變,300~600℃轉為粉紅至紅色,600~950℃轉為灰白至淡黃,大于950℃則為灰黃色;現場材料取證(見前述);構件外觀狀況:300℃以下無顯著變化,300~600℃表面開裂,石英質骨料發生爆裂,600~900℃混凝土剝落起殼,輕擊后脫離,部分鋼筋外露,表面疏松,900℃以上表面呈粉末狀,至1200℃熔融;掃瞄電子顯微鏡與X射線衍射分析;碳化深度檢測:混凝士正常碳化通常發生在表面,火災引起的碳化可出現在內部。用碳化深度可檢測受火表面溫度。
(2)混凝土高溫后力學性能?;炷恋目箟簭姸?、抗拉強度、粘結強度、應力-應變關系等均與溫度有關,當溫度確定后,均可予以推斷。混凝士強度還可用鉆芯取樣、回彈儀檢測、超聲檢測等方法直接測得,并進行綜合評價。
(3)鋼筋高溫后力學性能。包括屈服強度、極限強度、彈性模量等也與溫度有關,可通過由實驗得出的經驗公式計算獲得。
(4)結構殘余承載力。從混凝土與鋼筋高溫后的強度可計算火災后鋼筋混凝土結構的殘余承載力(結構承載力因受高溫作用而下降)。必要時可在火災現場不同區域選取典型構件進行加載試驗。
(5)結構損傷度。結構災后損傷程度分為4級:1級為輕度損傷,只是表面裝飾部分遭受損壞,或表面損傷輕微,結構本體完好。2級為中度損傷,損傷深度達到混凝土保護層,使保護部分剝落,但受拉主筋未受損傷,構件整體性好,變形不超過規范規定值。3級為嚴重損傷,混凝士保護層大片剝落、主筋外露,粘結力破壞,構件明顯變形。4級為嚴重破壞,混凝士構件表面大面積損傷剝落、嚴重開裂,結構變形很大,構件遭到嚴重破壞,已成為危險結構。
(6)修復措施。對于損傷度為1~3級的結構,可分別采取相應的技術措施予以修復,由有關部門應提出結構修復的技術文本。
3資料的系統歸檔
火災發生以后直至處理結束,應將所有資料系統歸檔,這些將由不同單位和不同方式提供的火災現場資料與技術分析資料有:
(1)火災現場資料。根據資料不同的性質,將分別由消防部門、業主、有關技術人員等提供。資料包括書面文件、材料樣品、照片、錄像等。除書面文件外,其他資料還應有詳細說明。
(2)專家技術人員的技術鑒定書?;馂膶Y構破壞的技術分析,只能由專門技術人員作出,并提供技術鑒定書與評估意見。
(3)圖紙。由業主提供受災建筑物的設計圖紙。專家技術人員在檢測過程中,應對圖紙上每個構件編號,說明受損情況,以便采取相應的修復措施。由于建筑物受災程度不等,故進行全面檢測后,要對圖紙中標明的過火區域按不同損傷情況分區,劃為嚴重受災區、中等受災區、輕微受災區、未受災區等。
據公安部消防局統計,2005年全國共發生火災235941起,死亡2496人,傷殘2506人,直接財產損失13.6億元。近年來,預應力混凝土結構已由早期的簡單構件發展為現今復雜的空間整體受力結構,以其大跨度、大空間、良好的結構整體性能以及有競爭力的綜合經濟效益,正逐步成為現代建筑結構形式的發展趨勢,由于預應力混凝土結構的抗火性能劣于普通鋼筋混凝土結構,因此開展預應力混凝土結構的火災反應和抗火性能研究是非常有意義的。
1預應力混凝土結構火災研究的現狀
國外學者對結構抗火性能的研究開展較早,始于20個世紀初,并成立了許多抗火研究組織,比較有名的有美國建筑火災研究實驗室、美國消防協會、美國的波特蘭水泥協會、美國預應力混凝土協會、英國的BRE(BuildingResearchEstablishment)。這些組織對建筑結構的抗火性能進行了系統的研究,主要體現在對建筑材料高溫下的力學性能;結構、構件火災下的升溫過程及溫度場的確定;火災條件下結構和構件的極限承載能力及耐火性能方面的研究,并編訂了相應的建筑規范及行業規則。
國外預應力混凝土構件抗火性能的研究稍晚于鋼筋混凝土結構,主要工作始于20世紀70年代初期。盡管早期Ashton等人的試驗研究認為預應力混凝土在火的作用下存在許多問題,但其后一些學者的試驗和研究表明預應力混凝土構件在火的作用下仍具有較好的工作性能。
有關文獻介紹了美國進行的18個后張預應力混凝土板和梁的耐火試驗。在這些試驗構件中,預應力筋分為有粘結和無粘結兩種。在耐火試驗中,實測了時間與預應力筋溫度關系,典型的時間-溫度曲線如圖1所示。在圖中還可以看出不同保護層厚度與耐火時間的關系。
Gustaferro等人在預應力混凝土抗火方面做了不少試驗研究,他們對有粘結預應力混凝土梁、預應力混凝土簡支板、預應力混凝土連續梁、板等結構或構件在不同情況下的抗火性能進行了試驗研究,并對預應力混凝土結構的抗火性能提出了合理的計算方法。他們通過對后張預應力混凝土梁和板的抗火試驗,得出在1,2,3,4小時的抗火等級下的保護層厚度和構件最小尺寸的建議值。Ashton等人與Gustaferro同期也進行了一系列相應的預應力梁抗火試驗研究,包括不同比例試件的耐火極限試驗的對比,試驗結果表明預應力混凝土能滿足結構的不同耐火等級,其耐火性能主要取決于其預應力筋在火災中所達到的溫度,因此預應力筋的保護層厚度和梁的截面形式對預應力混凝土結構的耐火性能具有明顯的影響,結構在火災下的承載力隨混凝土的保護層厚度增加和荷載減少而提高,并且輕骨料預應力混凝土板的抗火性能好于普通預應力混凝土板。Joseph等進行了后張無粘結預應力混凝土板的試驗研究,試驗著重研究了預應力鋼筋保護層厚度對構件抗火性能的影響同時研究了荷載和端部約束情況的影響、輔助鋼筋的作用等問題。Abrams等人對不同骨料和噴有隔離層的預應力混凝土構件的抗火性能進行了試驗研究,Krishnamoorthy等人通過徐變和溫度對預應力混凝土框架性能的試驗研究得出了試驗結果,其中包括不均勻溫度對結構變形性能的影響及內應力和彎矩隨時間的變化。
國外根據預應力混凝土梁、板等方面的試驗研究結果,已對預應力混凝土在火災作用下的承載力及極限耐火時間有了較全面的了解。他們認為溫度是影響預應力混凝土結構蠕變性能的主要因素,要建立合理的分析方法必須考慮混凝土溫度蠕變特性,彈性理論已不適用,蠕變率的分析方法被認為是預測整個加載階段結構特性較滿意的方法。他們的試驗研究為預應力混凝土抗火設計提供了直接依據。
國內抗火研究組織從20世紀80年代后期起著手進行鋼筋混凝土結構的抗火性能研究,但國內關于預應力混凝土抗火方面的試驗研究尚處于起步階段,缺乏足夠的試驗數據。國內規范中涉及預應力混凝土的抗火內容主要是參考國外經驗確定的,如《無粘結預應力混凝土結構技術規程》防火部分第三章第3.2.1條規定用保護層厚度來滿足不同耐火等級要求,它對不同耐火極限下無粘結預應力混凝土保護層厚度的確定,主要取自美國《后張預應力混凝土手冊》。同濟大學對5榀相同尺寸的單層無粘結預應力混凝土框架、3榀有粘結預應力框架和預應力鋼絲進行了火災試驗,得出了一些有用的結論,主要有以下幾個方面:①在高溫作用下,預應力鋼絲的強度、彈性模量、延伸率均表現出與常溫下不同的性能。強度和彈性模量隨溫度升高而下降,延伸率則隨溫度的升高而增大;②對于預應力混凝土結構,火災升溫速率和溫度越高,其抗火性能越差;在同一升溫條件下,預應力混凝土結構承受的荷載越大,其抗火性能越不利;③對于預應力框架結構,與普通混凝土結構框架試驗結果不同,荷載大小對抗火性能的影響可能要比溫度的影響明顯。預應力度大的結構受溫度影響大,抗火性能差。預應力筋的有效應力大的結構,其抗火性能比有效應力小的結構差。無粘結預應力混凝土結構的抗火性能比有粘結預應力混凝土結構的抗火性能差?;馂暮箢A應力混凝土結構的剛度明顯減小,但仍存在一定的承載力,并反映出較好的恢復性能。
2存在的問題
盡管國內在鋼筋混凝土結構抗火方面的研究工作已經取得長足進步,但在預應力混凝土結構火災性能方面的研究才剛剛起步。誠然,預應力混凝土結構的抗火性能與一般鋼筋混凝土結構在許多方面有相似性,但由于預應力混凝土結構自身的特性,這方面的研究還存在著許多問題,主要表現為以下方面:一是到目前為止各國學者所進行的試驗及研究,基本上是以預應力混凝土簡支構件在標準火災下極限耐火時間為研究對象,主要考慮了截面內部溫度分布及升溫對預應力鋼筋強度的影響等因素;二是以往試驗主要研究預應力混凝土構件的耐火性能,由于結構的相互作用,因此受火構件的熱變形將對其他構件產生影響,并存在較大的內力重分布,目前尚無專門研究,一般的解決辦法是直接引用普通鋼筋混凝土連續梁等火災的有關結果,而這些結果是否能直接使用于預應力混凝土結構尚缺乏試驗驗證;三是以往的分析方法僅以熱傳導作為判斷依據,無法對結構響應和損傷如位移、開裂、屈服等進行有效的判斷,特別是材料的高溫蠕變對結構火災響應的顯著影響缺少一定的研究;四是與普通混凝土相比,預應力混凝土具有許多特殊性,而以往的試驗研究較少涉及。
3今后應開展的工作
(1)預應力材料高溫性能研究。采用高強預應力鋼絲和鋼絞線是目前高效預應力混凝土的一個主要特征,因此預應力鋼絲和鋼絞線在高溫下的蠕變性能是預應力混凝土結構抗火性能研究的基本內容。必須要通過材料試驗研究高強鋼絲和鋼絞線在高溫下的強度、變形、彈性模量的變化規律,特別是鋼絲和鋼絞線的高溫蠕變性能對預應力混凝土結構的有效預應力的影響。此外要重視材料高溫(火災)性能數據庫的建立。由于混凝土和鋼材本身化學成分的差異,在溫度影響下材料熱工、力學性能有較大的離散性,如何對目前國內外進行的高溫材料試驗結果進行總結,并建立可供計算機程序調用的材料高溫(火災)性能數據庫是火災材料研究的一個重點。
(2)高溫下預應力整體結構的非線性有限元分析。擬用傳熱學的基本原理,得到差分-有限元瞬態非線性溫度場計算基本方程和各類常用邊界條件,由此計算預應力混凝土結構溫度場分布,并根據熱彈塑性基本理論建立預應力混凝土火災反應的非線性有限元分析基本方程。方程可用于分析預應力混凝土結構火災下的變形、內力變化及預應力筋的應力隨時間變化的過程,確定預應力結構火災反應的一些基本特征。
(3)結構火災的計算機仿真試驗分析。一方面預應力混凝土結構火災試驗是最直接反應預應力混凝土結構抗火性能的手段,但預應力混凝土結構通常都應用于各類大跨度、大空間結構,由于試驗條件限制,無法進行足尺模型試驗,采用縮小比例的模型能基本反映火災全過程的反應規律,但仍然有一定的差距。另一方面,由于受試驗條件、試驗經費的限制,也無法進行大量的模型試驗。在進行模型試驗的同時,要研究如何采用計算機仿真試驗以避免上述限制。通過大量仿真試驗,了解不同形式預應力混凝土結構的抗火能力,并提出改善預應力混凝土結構抗火能力的方法。筆者通過對有粘結預應力框架火災位移的計算機仿真分析,可以得出如圖2所示的有粘結預應力框架火災下位移的實測值和計算機仿真分析結果的比較。由圖2可見,計算所得的位移變化規律與實測相符,但仿真分析得到的結構位移較實測要大,誤差最大時為40%。產生誤差的主要原因可能由于試件混凝土含水率偏高,造成計算溫度場高于實際溫度分布,而結構的溫度變形及材料性質與溫度密切相關,從而產生結構計算誤差。并且溫度越高,材料的物理、力學性能離散性越大,另一方面,材料的高溫蠕變的相關資料較少,這些也會造成一定的誤差。總之仿真分析時的參數取值是否準確將影響分析結果,合理的參數取值依賴于可靠的實驗結果。
(4)結構火災反應的可靠度分析。由于火災發生的可能性、火災的持續時間和峰值強度、發生火災時結構承受的荷載等因素并不確定,材料在高溫下性能更趨于離散,上述因素均會影響結構的耐火性能。在無粘結預應力結構中,還存在錨固失效的可能性,以及結構局部失效可能產生的整體失效等,因此如何在設計中對這些因素進行綜合考慮,以確定其耐火安全度是結構火災的一個重要研究內容。結構火災下的可靠度分析也是對現有遭受過火災的建筑物進行評估的一個重要方面。
(5)結構抗火設計計算機模塊的研制。目前對特定結構進行火災全過程非線性有限元分析在理論上是可行的,但不免繁復的運算過程。因此有必要編制具有工程準確度的、概念清晰且簡易實用的結構抗火設計計算機程序,并實現和現有通用結構設計軟件進行接口是結構抗火試驗研究工程化的一個關鍵。
參考文獻
高校對課程設計的要求一般為一人一題,但是由于學生人數多,設計任務書資料不足,難于真正實現人手一題。導致產生兩方面的問題,一是教師在同一屆學生中多采取分組方式開展不同結構類型的課程設計,在同一組內只是對部分參數做一定修改,計算過程和步驟完全相同,學生無需考慮結構布置或經濟性等要求,缺乏對學生創新意識和能力的培養;二是教師在下屆學生課程設計時會繼續使用上一屆使用過的題目,命題更新不夠,致使學生會搜集上屆學生的課程設計成果進行單純模仿或直接抄襲,學生無法通過課程設計來了解當前相關技術的最新動態,與社會生產發展中的實踐環節脫節。長此以往,學生便無法真正掌握結構設計方法,更無益于培養分析問題、解決問題的能力。
1.2課程設計圖紙計算大多采用軟件,不利于學生基本技能的培養
隨著計算機技術普及,各大高校在土木工程教學中大多都開設了CAD、SoliWorks、PKPM、midas等用于提高制圖及計算的效率,同時有助于學生很好地與工程實際應用相結合,然而在教學中,過多地采用計算機軟件進行輔助設計,學生只知道按照軟件提示步驟操作獲取最終結果,但對其內在的制圖和識圖方法、規范依據等卻不熟悉甚至不去思考,導致工作中經常出現對于實際工程中的明顯錯誤判斷不出,圖紙識別不準確等問題,不利于培養學生的基本技能。
1.3考核評價體系不合理,缺乏對設計過程的控制
混凝土結構課程屬于專業基礎課程,課時量大,理論授課占用時間較長,課程設計基本在學期末,學生此時面臨多門課程的期末考試,迫于對課程設計成績的追求,學生大多數會需找往屆模板,或照抄別人的成果交差。由于教師對課程設計成績的評定多以設計成果作為唯一依據,也有高校采取了抽查答辯等方式進行,但是忽視對學生設計過程的監管,缺少平時考核,日常檢查也不嚴格、不規范,最終給定的成績也不科學,甚至出現抄襲者的成績反倒高于自行完成者的成績,評定不夠客觀和公正,課程設計成果的質量自然無法保證。
2教學方法改革
2.1課程設計命題工程化、多元化,切實增加學生設計自由度
課程設計命題不能只是要求學生做簡單的虛擬設計,應該密切聯系現行的工程規范依托已建或在建項目資料編制多元化的課程設計題目,同時在任務書的編寫上可以適當放寬約束條件,給學生自由選擇和發揮的空間,從而激發學生設計的積極性和主動性。具體做法:一是學校應該充分發揮校內外實習基地(設計院、工程單位)的作用,大量收集工程背景資料、設計圖紙等為教師開展課程設計命題提供依據;二是教師應該根據該課程設計的大綱要求科學編寫任務書,充分體現一人一題的要求,同時已知條件可適度放寬,讓學生自由選擇和發揮,引導學生獨立思考、解決“實際問題”;三是由教研室組織相關教師對擬開展的任務書進行認真審定,包括設計內容、深度、工作量、成果評定方式等,然后下發至學生開始設計。通過這種方式可切實提高課程設計科學性和工程應用性,為學生后續工作奠定良好的基礎。
2.2采取手工設計為主,軟件驗證為輔的方式開展課程設計
為杜絕學生電子文本相互抄襲的問題,該課程設計可要求學生對于結構設計及施工圖紙手工繪制,教師嚴格按照制圖規范標準進行檢查,對于不符合要求的圖紙全部返工;設計計算書要求學生先采取手工計算,然后利用軟件進行驗證。通過這種方式,既可以提高學生對基本計算公式和規范的應用能力,又可以加強學生對基本制圖、識圖能力及三維工程形構件能力的培養,真正達到理論結合實際的目的。
2.3充分體現課程設計教師主導作用,加強過程監控
教師的實踐能力直接決定學生課程設計的質量和效果,因此,任課教師必須要具有豐富的工程實踐經驗,且熟悉現行規范。為提高課程設計質量,教師必須要積極投入到學生的設計當中去,并起到主導作用,教師每天進行集中答疑,以便及時發現問題,對于共性問題采取集中講解,個別問題單獨解釋,這樣既可以保證課程設計質量,又可以檢查和督促學生的設計進度,真正達到課程設計大綱對人才培養的要求。
2.4改革課程設計成果評價機制,正確處理成績與效果的關系
課程設計的成果評價應該改變傳統的以設計成果作為唯一依據的評定方式,堅持以“考核只是手段,學習效果才是目的”的原則,充分考慮教師在指導過程中掌握的信息,既要保證對設計過程中表現積極,成果完整可靠的學生給予高分評價,又不挫傷部分成果欠佳學生的積極性,而是將最終反映出的問題必須反饋至學生,同時要求學生限時改正,最終給予合理的成績評定。因此,成果評價可采取學生自評、互評、教師講評和抽查答辯相結合的方式進行,并結合教師平時指導記錄,科學設定各環節的分值比例,以實現該課程設計成果評價的客觀、公正。
1前言
建筑工程中,混凝土結構的裂縫較為普遍,裂縫的類型也很多,但按成因基本可歸結為由外荷和變形引起的兩大類裂縫。其中由混凝土收縮和溫度變形引起的收縮裂縫和溫度裂縫以及由這兩種變形共同引起的溫度收縮裂縫則是蘭州地區實際工程中最常見的裂縫。隨著建筑向大型化和多功能發展,超長(即超過溫度伸縮縫間距)高層或大柱網建筑不斷出現,混凝土強度等級的提高,施工中泵送混凝土工藝的應用,使超長混凝土結構易出現的溫度收縮裂縫有逐漸增多的趨勢。雖然這類裂縫屬非結構性裂縫,一般不致影響構件承載力和結構安全,但卻會影響結構的耐久性和整體性。同時也會給使用者感官和心理上造成不良影響。另外由于我國幅員遼闊,不同地區氣候環境、溫濕度差異很大,現行規范對防止和減輕溫度收縮裂縫的設計措施制定的較為原則和局限。因此不少設計人員較重視強度設計,而不太認真考慮抗裂的構造措施。這樣一旦出現裂縫不僅影響工程質量,同時在進入住房商品化,質量糾紛日趨增多的今天也不利于保護自己。
基于以上原因,筆者感到有必要結合蘭州地區溫差大,氣候干燥這一地區特點,根據多年的工程設計實踐和體會,對防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫的設計措施提出一些建議,供設計人員參考并能有所啟發。
2溫度收縮裂縫的基本特點
混凝土在結硬的過程中發生收縮,溫度變化時會熱脹冷縮,當這兩種變形受到約束后,在結構內部就會產生收縮應力和溫度應力,這兩種應力分別超過混凝土抗拉強度時就會導致混凝土開裂而形成收縮裂縫或溫度裂縫。超長混凝土結構中較多見的是在收縮應力和溫度應力共同作用下所產生的溫度收縮裂縫。要分析溫度收縮裂縫的基本特點,首先應掌握收縮和溫度變形的一些基本概念。
2.1收縮變形的特性及影響因素:
一般混凝土最終收縮應變約3~5×10-4,其特點是早期收縮快,半年可完成第一年收縮量的80~90%,一年后仍發展但已不明顯。其影響因素主要有混凝土強度等級,水泥品種,水灰比,坍落度,養護(保溫,保濕)和體表比。
2.2溫度變形的特性及影響因素:
混凝土溫度線脹系數一般為1.0×10-5/C°,其變形隨溫差而變化,一般發生在混凝土結硬一直到房屋使用期間。其影響因素有季節溫差,內外溫差和日照溫差。
2.3溫度收縮裂縫的基本特點:
⑴該裂縫由收縮和溫度變形共同產生,其分布一般為收縮和溫度兩種裂縫的組合,隨環境濕度和溫度而變化,隨時間而發展,裂縫的開裂和危害程度往往較單一的收縮或溫度裂縫嚴重。
⑵根據具體工程裂縫出現的時間、發展與變化、以及分布、形狀、尺寸等特征。一般可分為以收縮變形為主或以溫度變形為主,實際工程中較常見的是以收縮變形為主的溫度收縮裂縫,一般發生在混凝土澆筑后一年內,但多見半月至數月之內。
⑶主要影響的部位及構件是底層和頂部數層梁板構件以及基礎梁、挑檐、欄板等外露構件。
⑷梁板裂縫呈現不同分布和特征,梁縫一般垂直于縱向,分布在兩側面,兩頭細、中間寬、棗核形。裂縫為表面,深進或貫通。單向板縫等間距平行于短邊。雙向板縫較重于單向板縫,兩個方向板縫縱橫交錯,不規則,縫多為貫通,板面縫一般寬于板底縫。
3防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫的設計建議
3.1設置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應力的措施
3.1.1有效設置后澆帶
后澆帶是列入高規中的一種目前設計人員常采用的方法,它利用了混凝土早期收縮量大的特性,其設計思路是“以放為主”。主要作用是釋放早期混凝土收縮應力,減小以收縮為主的變形。高規雖然對后澆帶的間距、寬度、鋼筋處理、澆筑時間有較明確要求,不少資料對此也有所介紹。但是結合多年來對蘭州地區幾個較大型超長工程的設計實踐,深感對后澆帶的做法必須予以重視。如設計施工處理不好,不僅起不到予期的效果,還會留下結構隱患。因此就后澆帶的具體做法提出以下建議和看法:
⑴間距:高規規定為30m~40m。建議具體工程應結合建筑物長度、氣候環境特點綜合考慮,一般應控制在30m左右。
⑵位置:
①小跨梁開間或受力較小的部位,一般可在梁跨三分之一處。
②平面布置時要注意梁的布置宜平行于后澆帶以免梁截斷太多。
③視具體情況可沿平面曲折通過。
⑶寬度:高規規定800~1000mm。建議預留的寬度要考慮滿足鋼筋錯開搭接要求??稍试S大于1000mm。
⑷鋼筋:目前對后澆帶內梁縱向鋼筋處理有兩種做法。
第一種:梁板鋼筋均斷開后搭接(高規要求),但由于梁鋼筋搭、焊接處理困難,質量不易保證,易給結構造成隱患。
第二種:板鋼筋斷開,梁鋼筋直通不斷。目前工程采用較多,但由于截斷梁較多時,鋼筋全部不斷會約束混凝土收縮,達不到予期效果。
建議:梁上部鋼筋,腰筋及板墻鋼筋斷后錯開搭接或必要時先搭后補焊。梁下部鋼筋不斷,可適當加大配筋。這樣即可大大減小梁鋼筋全部不斷對混凝土收縮形成的約束,又可避免梁鋼筋全部斷后造成的鋼筋搭、焊接困難,這種處理方法筆者自93年以來已在一些工程中較好的進行了使用。
⑸澆筑時間:高規要求,宜在兩個月后且澆筑時的溫度宜低于主體混凝土澆筑時的溫度。由于混凝土早期收縮量大,相對一年的收縮量,半月約占30~40%;1個月約占45~55%;2個月約占65~75%;半年約占80~90%,故應按規范執行,一般應保證兩個月后澆筑。
⑹后澆混凝土:采用無收縮或微膨脹混凝土,強度較主體混凝土提高C5級。
⑺設計時要特別交待以下請施工單位注意的問題:
①后澆帶兩側宜設鋼筋網片,防止主體混凝土流入后澆帶。
②后澆帶混凝土澆筑前應清理鑿毛,澆筑時振搗密實,精心養護。
③后澆帶兩側支撐保證穩定可靠,后澆帶混凝土達設計強度時方可拆除。
3.1.2、針對性地采取控制和抵抗溫度收縮應力的措施
⑴加強屋面保溫隔熱措施,采用高效保溫材料,嚴格滿足建筑節能設計標準。
⑵屋面板、外廊板,陽臺板等外露室外現澆板(含施工期間主體暴露時間較長的室內現澆板)以及板跨大于4m且采用泵送混凝土的雙向連續板等溫度收縮應力較大的板,均應在板面(即板的受壓區)配置不小于φ6@200雙向鋼筋網片,或支座鋼筋隔一全跨貫通,但間距不宜大于200mm,每一方向配筋率不宜小于0.1%。以上板在有受力鋼筋處,實配鋼筋尚應考慮溫度收縮應力影響予以適當增大。
⑶框架梁及所有現澆梁凡高度≥600者(外露梁高度≥500)均設置不小于2φ12腰筋。腰筋宜細而密,間距不應大于200mm,每側腰筋配筋率不宜小于0.1%。
⑷檐口板,外露欄板應雙面雙向配筋,上下端頭各配≥2φ10溫度抵抗筋,并每隔15~20m設置一道20mm溫度伸縮縫。
⑸控制現澆板混凝土強度等級不宜大于C35。
后澆帶列入高層規程后已在大量工程中廣泛使用。前已述及,其主要作用是減小混凝土早期以收縮為主的變形。因此,超長混凝土結構溫度收縮裂縫的預防不能僅靠設置后澆帶來解決,必須采取上述“放”“防”“抗”相結合的綜合措施。筆者已在蘭州和西非熱帶地區一些較大型的超長建筑中,根據具體工程各自的特點多次采用了上述綜合措施。實踐證明比較有效。故認為,防止和減輕蘭州地區超長混凝土結構溫度收縮裂縫目前仍然應首先或主要采用設置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應力的綜合措施??紤]目前混凝土溫度收縮裂縫的趨于增多以及超長混凝土結構的抗震性能。建議采用上述綜合措施,房屋總長宜控制在120m內。
3.2采用UEA補償收縮混凝土
3.2.1方法提出:
由于后澆帶延長工期,鋼筋斷后的搭、焊接和清理鑿毛均給填縫施工帶來一定麻煩,處理不好將留下隱患,因此中國建筑材料科學研究院游寶坤等人提出了采用UEA加強帶取代后澆帶連續澆筑超長建筑的無縫設計施工方法。
3.2.2設計思路:
“以抗為主”的設計原則,利用UEA補償收縮混凝土在硬化過程產生的膨脹作用,在結構中產生少量預壓應力用來補償混凝土在硬化過程中產生的溫度和收縮拉應力,從而防止收縮裂縫或把裂縫控制在無害裂縫范圍內。
3.2.3具體做法
所有樓板均摻10~12%UEA(膨脹率2~3×10-4)。但每間隔50m設置一條2m寬膨脹加強帶,帶內混凝土摻加14~15%UEA(膨脹率4~6×10-4),兩側設密孔鋼絲網,防止混凝土流入加強帶,可連續澆筑100~200m的超長建筑,具文獻[4]介紹,該技術已在全國50多個重大工程中應用。
由于這種方法,規范未列入,施工要求嚴,氣候環境影響大,潮濕地區膨脹可保持,干躁地區會存在問題。結合對福州機場航站樓采用UEA混凝土后實際效果的調研。建議蘭州地區應慎重采用,若采用可做必要計算和實驗,測得一些技術數據,最好在有條件保濕養護的地下結構中采用。也可考慮在建筑長度70m以下,設置后澆帶后影響工期的工程上試用,但對梁板構件仍應針對性地采取3.1.2中介紹的一些必要的控制和抵抗溫度收縮應力的設計措施。另外特別提請施工時要嚴格保濕養護。
3.3采用予應力混凝土結構
予應力混凝土可增強梁板剛度,梁板中所產生的預壓應力可抵消由于混凝土溫度變化和收縮產生的軸向拉應力,從而達到擴大溫度伸縮縫間距不設后澆帶的目的。經對珠海機場調研了解到:梁板在采用無粘結予應力混凝土后,平面尺寸84×48m,未設后澆帶,使用良好。筆者認為,當為滿足建筑層高要求而采用該技術時,可考慮在采用必要的控制和抵抗溫度應力的具體措施后增大溫度伸縮縫的間距,但應結合工程收集資料具體分析。
4結語
⑴溫度收縮裂縫是蘭州地區超長混凝土結構中較常見且日趨增多的裂縫,由于該裂縫的危害性及規范的局限性,設計人員應予以足夠重視。
一、前言
隨著城市建設的發展與建筑技術的進步,大跨度超高層建筑已經成為建筑結構發展的主要方向之一。而由混凝土包裹鋼骨做成的鋼骨混凝土結構(SRC),充分發揮了鋼與混凝土兩種材料的特點,與鋼筋混凝土結構相比,具有剛度大,延性好,節省鋼材的優點。因此,鋼骨混凝土結構在我國有著廣闊的應用前景。
鋼骨混凝土結構的研究和應用在國外開始較早,我國因國情的限制,起步較晚,工程應用就更少,直到1997年11月才由冶金工業部正式了有關規程,并于1998年5月1日起施行。
深圳世貿中心大廈在關鍵部位應用了鋼骨混凝土結構,解決了用普通鋼筋混凝土結構不能解決的難題,收到了良好的效果。
二、工程概況
深圳世貿中心大廈于1996年設計,是一幢集金融、貿易、商業、辦公于一體的綜合性超高層建筑,總建筑面積12萬平米。主樓地上52層,地下3層,標準層層高4m,總高230m,采用鋼骨混凝土框架-筒體結構。裙房5層,層高5m,總高25m,采用框架-剪力墻結構。主樓與裙房之間未設變形縫,施工時留有施工后澆帶?;A采用大直徑人工挖孔樁基礎最大直徑2.9m。
根據建筑功能及使用要求,裙房首層及二層由大廳組成,為大空間;三層為銀行辦公室,中間部分設一圓形天井;四層設有外匯交易大廳;五層為大會議室;
三、結構布置
為了滿足建筑功能及使用要求,需要選擇一個受力合理、安全可靠、施工方便的結構方案。由于裙房首層及二層共有6根柱子不能落下,形成了長達25.8m跨的大空間,結構平面采用了井字梁的結構形式。但關鍵問題是25.8m跨框架大梁采用何種結構型式,并且建筑要求三層框架梁截面高度不超過1m。
方案1:采用普通鋼筋混凝土大梁,這種方案梁斷面較大,框架梁截面高度需2m以上,不滿足建筑功能及使用要求,此方案不可行。
方案2:采用無粘結預應力混凝土大梁,這種無粘結預應力梁本身截面及用鋼量均不太大即可滿足結構設計要求,但由于三層梁高1m的限制,梁高跨比達到1/25,此方案也不宜采用。
方案3:采用鋼骨混凝土大梁,利用大梁中部抗拉柱,按變形協調計算。梁截面比普通鋼筋混凝土減小很多,平面和空間利用率都相應提高,又采用由四、五層大梁吊三層梁的懸掛形式,三層框架梁高度為1m,可以滿足建筑使用要求。該方案克服了上述二個方案的不足之處,且施工方便,合理可行。經方案比較,優點較突出,雖然增加了用鋼量,但因梁截面減小,增加了空間使用面積,抗震能力也大大提高。因此,本工程裙房25.8m大梁采用鋼骨混凝土方案。為了保證大梁與柱的固結,與之相接的柱也采用了鋼骨混凝土結構形式。
四、鋼骨混凝土梁的計算
結構整體計算采用中國建筑科學研究院軟件TBSA4.2計算,再采用軟件PK對框架梁進行復核。由于本工程在設計時,國內尚未正式出版有關SRC組合結構構件設計規程,針對鋼骨混凝土梁的計算,當時有二種計算模型,一種是強度疊加模型,另一種為變形協調模型。下面結合世貿大廈裙房25.8m大梁,分別用兩種模型進行計算。
⒈強度疊加模型
假定SRC構件的承載力是鋼骨部分與鋼筋混凝土部分的承載力之和,鋼骨與鋼筋混凝土部分的變形彼此獨立。這種方法具有計算簡單,應用靈活的特點,其設計是偏于安全的。日本的計算標準就采用了此模型,SRC計算方法也是基于這種模型。現SRC梁進行計算,公式如下:
鋼骨混凝土梁受彎承載力:M≤Mc+Ms(1)
式中Mc---鋼筋混凝土部分受彎承載力,按設計
Ms---鋼骨部分的受彎承載力,Ms=γWnf(2)
γ---截面塑性發展系數,Mn---截面凈截面抵抗矩,f---型鋼材料強度設計值
鋼骨混凝土梁受剪承載力:V≤Vc+Vs(3)
式中Vc---鋼筋混凝土部分受剪承載力,按設計
Vs---鋼骨部分的受剪承載力,Vs=2/3Aswfv(4)
Asw---鋼骨腹板部分凈截面積,fv---鋼材抗剪強度設計值
鋼骨混凝土梁的剛度:B=0.65EcIc+EsIs(5)
式中EcIc---鋼筋混凝土的剛度,EsIs---鋼骨的剛度
由于該模型公式簡化,計算簡單,故在設計中可先按該模型公式,確定構件截面、鋼骨截面及鋼筋數量。世貿大廈裙房25.8m跨大梁混凝土及鋼骨截面。
彎距設計值為M=19237kN-m,剪力設計值為V=2467kN,混凝土強度等級C40,鋼骨為16Mn。
按公式(2):Ms=γWnf=1x4.15x107x315=13100kN-m
按公式(1):Mc≥M-Ms=19237-13100=6137kN-m
再按,Mu=fmcbx(h0-x/2)(矩形截面)
將已知條件代入,得x=170mm,xb=ξbh0=0.55x1765=970mm
選用12Φ36
按公式(4):Vs=2/3Aswfv=2/3x55200x170=6256kN
故V=2467kN<>
按公式(5):B=0.65EcIc+EsIs=1.88x1016Nmm2
撓度:fmax=5ql4/384B+(5n4-4n2-1)Pl/384n3B
=72mm<25800/300=86mm(滿足)
SRC計算方法也是基于這種模型,且計算公式也基本相同,除鋼骨部分受剪承載力Vs=Aswfv,與有所差異外,其它部分均一致。
2.變形協調模型
沿用鋼筋混凝土構件計算中常用的鋼筋與混凝土變形協調一致的假定,即鋼骨與混凝土之間始終沒有相對滑移,構件截面始終保持為平面,鋼骨與混凝土能夠共同工作。其優點是從力學概念上保持了與鋼筋混凝土構件的一致性,主要問題是計算公式過于復雜。前蘇聯規范就采用了此模型,SRC結構計算也是基于這種模型。由于計算公式較復雜,故在世貿大廈裙房鋼骨混凝土大梁設計中,先按強度疊加模型計算截面及配筋,然后再用變形協調模型進行復核。
按第二種情況,中和軸經過鋼骨腹板,其截面受壓區高度按公式(6)計算:
x=[1.8fayνδw+fsyAs-fsy’As’+fcm(As’+Assf’-δw)]/[fcm(b-δw)+2.25fayδw](6)
將ν=900mm,δw=40mm,fsy=fsy’=310N/mm2,Assf’=3x104mm2,fay=315N/mm2,fcm=23.5N/mm2,
代入得:x=401mm,x<(適筋截面)>
正截面承載力按公式(7)計算:
M=fcmbx2/2+fsyAs(h-x-a)+(fsy’-fcm)As’(x-a’)+0.9fay[+(ν-x)2δw]-fcm(x-)[Assf’+(x-)δw/2](7)
式中---為鋼骨塑性抵抗距,=1.17ω=1.17x4.15x107=4.86x107mm3
將各數值代入(7)式得:M=24370kNm>19237kNm(滿足)
抗剪承載力按公式(8)計算:V=0.056fcbh0+0.58fywδwhw+fyvAsv/sh0(8)
抗剪承載力與變形經計算,均滿足要求,過程不再贅述。
五、設計體會
現行規程中梁正截面受彎承載力及斜截面受剪承載力計算均采用強度疊加模型,公式及含義也基本相同。區別是規程中鋼骨部分的受剪承載力是按純鋼構件腹板受純剪情況計算的,不考慮局部壓屈影響,要求放寬。故當計算滿足時,也能滿足現行規程。
鋼骨混凝土構件中的鋼骨另由含鋼率控制,不受鋼筋配筋率的影響,使得有與普通混凝土構件同樣的外形尺寸,但其承載力提高很多。同樣,在承載力相同的情況下,鋼骨混凝土構件的外形尺寸可以相應減小,減輕了結構自重,減小了混凝土用量,利用鋼骨本身承載力大的優點,可以節約支模所設的支撐,節省材料。在大跨度,大荷載作用下,鋼骨混凝土梁截面尺寸由變形控制。
中和軸通過鋼骨腹板的鋼骨混凝土構件,在其喪失最大承載力后,由于在其中和軸附近的鋼骨腹板仍處于彈性工作狀態,所以仍能保持較大承載力,使構件本身并不崩潰,顯示出較好的變形能力和抗震性能。
2施工管理
2.1原材料質量控制
第一步,當水泥原料等相關材料還沒抵達施工現場前時,其相關負責專人一定要仔細查看并核對的材質證明及具體數據等,尤其在收貨時,一定要注意是否有鉛封方,若無可拒收拒用;然后,現場管理人員必須遵循嚴格的檢查標準,并全面整體的復檢原材料,在進行對主要原料檢驗時,可以通過預先,批量、抽樣三種檢驗方式相結合可以提高其檢驗頻率??梢詧詻Q保證不讓不符合質量標準的材料進入到現場施工的每一個環節里:第三,對于相關材料減水劑進行基本的檢驗之后,隨著現場施工進度的推進情況,依然要定時定期通過對混凝土對比試驗這種方式來對減水劑揮況做具體評估,與此同時對水泥適應性波動進行跟進性計算,有必要時還要合理調整優化混凝土和減水劑的配合比。
2.2模擬試驗
在整個木工程施工環節之內,自密實混凝土擴展度以6×102mm~6×102mm區間作為設計標準區間,坍落度2.3×102mm~2.4×102mm區間作為設計標準,為了使得上述指標達到滿足,當混凝土經過出廠檢測后并符合檢查的合格標準后應該沒有延誤的將混凝土送至施工地。與此同時,現場施工人員要盡早提前半個小時抵達現場,以便對模擬施工方做好具體的準備。
3自密實鋼管混凝土結構的施工管理措施
3.1鋼管的安裝以及質量驗收
在安裝鋼管柱之前,需要完全清理柱內存在的雜物和養護水等,在對鋼管柱進行安裝時候,一定要密封處理鋼管柱的上口,如在其上口蓋上塑料布等方式可以進行密封,這樣一來可以保證無積水或者雜物的進入管內。同時,要安排專人嚴格控制軸線方向,嚴格控制鋼管上卜管口錯位偏差值,當一切安置妥當自檢達標后,可上報監理人員并讓他們驗收。如果驗收結果未達到相關驗收標準,那么便不能投入使用到則接下來的施工工序里。
3.2施工前的混凝土檢查
在自密實鋼管混凝土結構施工過程當中,只有對混凝土的擴展、坍落度做好嚴格嚴密的控制工作。如此才能保證實現混凝土自密實性能的最大化,故而,專人工作時應在混凝土原料在運輸至施工現場前時,需要對每一輛裝載混凝土車要認真的檢查并記錄,即使是卸料時候,也要再次進行復查。本工程所用為C100強度等級混凝土,總7次進行施工過程中的澆筑,實測坍落、擴展度都達到相關標準和要求,另外和易性優勢體現的也比較顯著。
3.3設置澆筑孔
在鋼管內隔板上面所留設的混凝土澆筑,要求孔徑設置不得小于200mm<=,以此來確?;炷恋捻樌麧仓?。與此同時,還需要在內隔板的四個拐角位置設置透氣筑氣孔,要求孔徑設置為25mm,并且將透氣孔設置在與管壁相間隔大約100~200mm的位置處,提高透氣效果,避免出現混凝土氣泡大量聚集在內隔板下面的情況,以此來提高節點位置處的混凝土澆筑質量。在該工程中,鋼管內隔板上就留設了孔徑為300mm的澆筑孔,并且四個拐角各設置了一個孔徑為25mm的透氣孔,與管壁之間的距離控制在了100mm。
3.4澆筑工序
在工序實施中,由于其自由下落高度超過其允許澆落范圍外,即使是自密實混凝土時粘聚、抗離析性很好的情況下,但過大的下落高度會很容易使其產生離析分層,所以自由落下高度最好控制在6m以內,6米以內是一個規定的允許區間。據了解如果澆筑大于12m長柱時,會對長柱進行兩次澆筑,同時在每次新柱澆筑混凝土前,應先澆灌一層厚度為100~200mm的與混凝土強度等級相同的水泥砂漿,以免自由下落的混凝土骨料產生彈跳而離析。澆筑過程中可采用敲擊鋼管來檢查澆筑面高度和澆筑的密實度,同時敲擊也有利于混凝土氣泡的排出。在澆筑到標高后,待混凝土擴展、密實、氣泡排出穩定后,在初凝前,檢查澆筑完成的混凝土面有無浮漿。若有,需將其舀出。同時,在自密實混凝土澆灌中和澆灌后,嚴禁采用任何形式的振搗。
3.5施工縫的處理
根據此前施工的實踐經驗而言,因為鋼管柱在拼接環節中,柱內凝土灼傷反應有出現的可能性,所以,合理的處理施工縫隙是一道非常重要的工序。通常而言,本結構施工縫大多在柱的連接位置3×102mm管口以下設置,之后在進行拼接第二節鋼管柱前,應重復對第一節對柱內部清理的措施對第二節進行處理,此后將鑿除管內的浮漿,并用清水沖洗其表面。
4自密實鋼管混凝土結構的質量檢驗管理
從鋼管混凝土難以直觀查看混凝土質量存在的特殊性,通常以鐵錘敲擊鋼管的方法對其密實度進行檢查。在對重要建筑物進行檢查時,需要運用超聲波對其重要構件或部位等予以抽檢。通過超聲波檢測取得超聲參數后,用此參數來做標準,再比較自密實鋼管混凝土所測得的結果,由此來判定管內土的實際質量狀況如何。該工程在各節層上各抽取一根,總的測了19根。經檢測后,其提出檢測結果,并對每根受到檢測柱的混凝土性能給予判斷。最后,該工程所測結果都全部達到驗收規范要求。
隨著時間的不斷推延,許多水下混凝土構件中的鋼筋逐漸被滲水而發生銹蝕,從而導致其構件的耐久性降低,結構安全性也降低[1].因此,引起的工程損壞事例不斷發生,由此帶來的工程損失及處理費用也迅速增加,這也引起了建筑工程界和路橋部門的高度重視。其中,水下混凝土結構中鋼筋的銹蝕較為普遍,特別是沿海地區的閘、涵、橋、防護堤及鹽湖地區的水下混凝土較為嚴重,據資料顯示,施工質量較差的混凝土構件,因為鋼筋的銹蝕,正常使用幾年后,就會產生順筋脹裂,從而導致結構破壞,以致鋼筋混凝土的失效。
一、水下混凝土結構中鋼筋銹蝕的原因
混凝土在水化作用時,水泥中氯化鈣生成氫氧化鈣,使混凝土中含有大量的氫氧根離子,使PH值一般可達到12.5-13.5,鋼筋在這樣的高堿環境中,表面容易生成一層鈍化膜[2],研究結果表明,這種鈍化膜能阻止鋼筋的銹蝕,只有這層鈍化膜遭到破壞,鋼筋開始銹蝕。
1.1、混凝土碳化引起鋼筋銹蝕
因為混凝土硬化后,表面混凝土遇到空氣中二氧化碳的作用,使氫氯化鈣慢慢經過化學反應變成碳酸鈣,使之堿性降低,碳化到鋼筋表面時,使鈍化膜遭到破壞,鋼筋就開始腐蝕,眾所周知,大氣是二氧化碳的主要來源,大氣中通常含0.2%-0.3%的二氧化碳,而且只要有大氣存在的地方,就必然存在二氧化碳,而水下混凝土結構也有不少部分存在于二氧化碳環境中,對于普通的硅酸鹽而言,水化產生的氫氧化鈣可達到整個水化產物的10%-15%,它作為水泥水化產物之一,一方面,它是混凝土高堿度的提供源和保證者,對保護鋼筋起著十分重要的作用;另一方面,它又是混凝土中最不穩定的成分之一,很容易與環境中的酸性介質發生中和反應,使混凝土碳化,并逐步延伸鋼筋,使鋼筋開始銹蝕[3]。
1.2、氯離子引起的鋼筋銹蝕
水下混凝土中,氯離子進行混凝土通常有兩種途徑:其一是“摻入如含有氯鹽的外加劑,使用海砂,施工用水含氯鹽,在含鹽環境中攪拌,澆筑混凝土時,其二是”滲入“環境中的氯鹽通常通過混凝土的宏觀、微觀缺陷,滲入到混凝土中并達到鋼筋表面,直接或間接破壞混凝土的包裹作用及鋼筋鈍化的高堿度兩種屏障,使之發生銹蝕繼而銹蝕產物體積膨脹,使混凝土保護層開裂與脫落[4];在海洋環境中的水下混凝土結構大都是這種情況。氯離子引起鋼筋銹蝕可以從以下幾個方面分析:
1.2.1破壞鈍化膜
混凝土屬于堿性材料,其孔隙溶液的PH值為12-14[2],因而對鋼筋具有較好的保護作用,有利于鋼筋表面形成保護鋼筋的鈍化膜,但這種鈍化膜只有在高堿環境中才是穩定的。如果周圍環境PH值降到11.8時,鈍化膜就開始變得不穩定,當PH值繼續降到9.88時,鈍化膜就開始變得難以生存或逐漸破壞,使得進入混凝土中的氯離子吸附于鈍化膜處,并使鈍化膜的PH值迅速降低,逐步酸化,從而使得鈍化膜被破壞。
1.2.2形成腐蝕電流
無論混凝土碳化還是氯離子侵蝕,都可以引起鋼筋部分銹蝕,在鈍化膜破壞處有腐蝕電流產生,在鈍化膜破壞還與未破壞區這間存在電位差,有宏電流產生,但微電流要比宏電流大得多。又因為氯離子的存在大大降低了混凝土的電阻率,并且氯離子和鐵離子的結合可以形成易容于水的氯化鐵,從而加速了腐蝕產物向外的擴散過程,并由于宏觀腐蝕電流在鈍化膜破壞區邊邊緣最大,使得靠近鈍化區的邊緣的局部鈍化膜破壞較快,這種現象稱為局部銹蝕鋼筋的“邊緣效應”。
1.2.3氯離子導電作用
正是由于混凝土結構中氯離子的存在,大大降低了陰、陽極之間的歐姆電阻,強化了離子通路,提高了腐蝕電流的效率,從而加速了鋼筋的電化學腐蝕過程,氯離子對混凝土中鋼筋銹蝕更嚴重更快速[5].而氯化物是鋼筋的一種活化劑,它能置換鈍化膜的氧而使鋼筋發生潰爛性腐蝕,而氯鹽是高吸濕性的鹽,它能吸收空氣中的水分變成液體,從而使氯離子從擴散作用變成滲透作用,達到氯離子,透過保護區去腐蝕鋼筋的目的。
1.2.4氯離子的陽極去極比作用
氯離子不僅促成了鋼筋表面的腐蝕電流,而且加速了電流的作用過程,陽極反應過程Fe2eFe2+,如果生成的Fe2+不能及時搬運而積累于陰極表面,則陰極反應就會因此而受阻,相反,如果生成的Fe2+能及時被搬走,那么。陽極反應過程就會順利乃至加還進行,Cl與Fe相遇就會生成FeCl2,Cl能使Fe消失而加速陽極過程,通常把陽極過程受阻稱做陽極極化作用,而加速陽極過程者,稱作陽極去極化作用,氯離子正是發揮了陽極去極化作用的功能。
應該說明的是,在氯離子存在的混凝土中,鋼筋通常的銹蝕產物很很難找到FeCl2的存在,這是由于FeCl2是可溶的,在向混凝土內擴散遇到氫氧根離子,立即生成Fe(OH)2的一種沉淀物質又進一步氧化成鐵的氧化物,即通常說的“鐵銹”,由此可見,氯離子只起到了“搬運”的作用,而不被消失,也就是說進入混凝土的氯離子,會周而復始地起破壞作用,這也是氯鹽危害特點之一。
1.2.5氯離子與水泥的作用及對鋼筋銹蝕的影響
水泥中的鋁酸三鈣,在一定條件下,可與氯鹽作用生成不溶性“復鹽”,從而降低了混凝土中游離氯離子的存在,從這個角度講,含鋁酸三鈣高的水泥品種有利于氯離子的侵害,海洋環境中優先選用鋁酸三鈣含量高的普通硅酸鹽水泥,然而,復鹽只有在堿性環境下才能生成和保持穩定,當混凝土的堿度降低時,復鹽會發生分解,重新釋放出氯離子來。在做鋼筋銹蝕實驗不難發現,如果大面積的鋼筋表面上具有高濃度的氯化物,則氯化物所引起的銹蝕是均勻的,但是在不均質的混凝土中,常見的局部銹蝕,導致點蝕[6].首先則是在很小的鋼筋表面上,混凝土孔隙液具有較高的氯化物濃度,形成破壞鈍化膜的具備條件,形成小陽極,此時,鋼筋表面的大部分仍具鈍化膜,成為大陽極,這種特點的由大陽極、小陰極組成的銹蝕電偶,由于大陰供養充電,使小陽極上的鐵迅速溶解而產生沉淀,小陰極區局部酸化,同時,由于大陰極區的陰極反應,生成氫氧化根離子,PH值增高,氯離子提高了混凝土的吸濕性,使得陰極與陽極之間的混凝土孔隙的歐姆電陰降低,這幾方面的自發變化,將使上述局部銹蝕電偶得以自發的一局部深入形式繼續進行。
二、評定與檢測水下混凝土構件中鋼筋的銹蝕狀態
為了減少鋼筋銹蝕對結構造成危害,需要即時了解現有的結構中的鋼筋銹蝕狀態,以便對鋼筋采取必要的措施進行預防,我們對鋼筋銹蝕的測試,可采用如下幾種方法:
2.1視覺法和聲音法
在常規的混凝土結構中,鋼筋銹蝕的第一視覺特征是鋼筋表面出現大量的銹斑,顯然,只要檢查鋼筋表面就可以看到;有時,混凝土的表面下的裂縫發展到表面,混凝土最終開裂時可直接檢查鋼筋在早期可以用“發聲”方法估計下部裂縫引起的破壞。使用小錘敲擊表面,用聲波方面檢測順筋方向的裂縫的出現。
2.2氯離子的監測
它需要對鋼筋以上或周圍的混凝土進行采樣,一般通過鉆芯方法,然后用電測法或化學方法確定氯含量,最近,以有中和反應法儀器用于結構中氯離子含量的檢測。
2.3極化電阻法
極化電阻法(線形極化法)[7]作為一個銹蝕監測方法,已經成功的應用于生產工業和許多環境,該方法的原理是將銹蝕率與極化曲線在自由銹蝕電位處的斜率聯系在一起,可以用雙電極或三電極系統監測材料與環境偶合的銹蝕率。極化電阻法同樣檢驗混凝土中的定位的問題;一個小操作可對放在砼中任何需要的位置,但回填土料同樣是影響測量結果的一個非常關鍵性的因素。
2.4自然電位法
混凝土在現代工程建設中占有重要的地位。而在今天,混凝土的裂縫在一些施工現場仍然時有出現。論文大全。論文大全。究其原因,我們對混凝土溫度應力的變化注意不夠是其中之一。我們遇到的主要是施工中的溫度裂縫,因此本文僅對施工中大體積混凝土裂縫的成因和處理措施做一探討。
1.大體積混凝土溫度控制措施
高層建筑地下室的底板一般較厚,有的厚達2-3m,屬大體積混凝土施工。發生裂縫的主要原因是水化熱高,與環境氣溫差大,或養護不當,裂縫嚴重的可導致底板滲漏,若混凝土溫度較高是突然澆冷水養護,也會產生無規則的多條微裂縫。
判斷能否出現溫度裂縫,溫度裂縫的控制,需進行溫度控制計算后采取相應措施加以控制。根據經驗和有關規定混凝土內外溫差不超過25度則不會產生溫度裂縫。該工程大部分混凝土在12月到次年2月澆筑,而這段時間正值全年氣溫最低,因此必須進行混凝土熱工計算和混凝土溫度控制,該部分混凝土的標號均為C20。
采取防止出現溫度裂縫的措施,計劃采取的措施為:混凝土初凝后在表面覆蓋一層塑料薄膜,并覆蓋兩層草袋進行隔熱保溫養護。
混凝土內部溫度監測,為了及時牚握混凝土內部溫升與表面溫度的變化值,在第一施工段內設一個測溫點,監測混凝土中心測點與表面測點的溫差值,作為調整養護措施的依據,防止混凝土出現溫度裂縫。
1.1大體積混凝土墎臺身或基礎等結構裂縫的發生是由多種因素引起
各類裂縫產生的主要影響因素有幾種:一是結構型裂縫,是由外荷載引起的,包括常規結構計算中主要應力以及其他的結構次應力造成的受力裂縫。二是材料型裂縫,是由非受力變形變化引起的,主要是由溫度應力和混凝土的收縮引起的。
1)收縮裂縫:限制條件下的收縮可分為自生收縮,塑性收縮,炭化收縮和干縮四種,在收縮變形超過極限延伸率或收縮產生的應力超過混凝土當時的抗拉強度時,就開始出現裂縫。
2)溫差裂縫:混凝土內外部溫差過大會產生裂縫。主要影響因素是水泥水化熱引起的混凝土內部和混凝土表面的溫差過大。特別是大體積混凝土更易發生此類裂縫。大體積混凝土結構一般要求一次性整體澆筑。澆筑后,水泥因水化引起水化熱,由于混凝土體積大,聚集在內部的水泥水化熱不易散發混凝土內部溫度將顯著升高,而其表面則散熱較快形成了較大的溫度差,使混凝土內部產生壓應力,表面產生拉應力。此時,混凝齡短,抗拉強度很低。當溫差產生的表面抗拉應力超過混凝土極限抗拉強度,則會在混凝土表面產生裂縫。
3)安定性裂縫;安定性裂縫表現為龜裂,主要是因水泥安定性不合格而引起的。
1.2溫度應力的分析
根據溫度應力的形成過程可分為以下三個階段:
(1)早期:自澆筑混凝土開始至水泥放熱基本結束,一般約30天。這個階段的兩個特征,一是水泥放出大量的水化熱,二是混凝土彈性模量的急劇變化。由于彈性模量的變化,這一時期在混凝土內形成殘余應力。
(2)中期:自水泥放熱作用基本結束時起至混凝土冷卻到穩定溫度時止,這個時期中,溫度應力主要是由于混凝土的冷卻及外界氣溫變化所引起,這些應力與早期形成的殘余應力相疊加,在此期間混凝土的彈性模量變化不大。
(3)晚期:混凝土完成冷卻以后的運轉時期。溫度應力主要是外界氣溫變化所引起,這些應力與前兩種的殘余應力相迭加。
2.裂縫的防治措施
2.1設計措施
1)精心設計混凝土配合比。在保證混凝土具有良好工作性的情況下,應盡可能地降低混凝土的單位用水量,采用“三低(低砂率、低坍落度、低水膠比)二摻(摻高效減水劑和高性能引氣劑)一高(高粉煤灰量)”的設計準則,生產出高強、高韌性、中彈、低熱和高極拉值的抗裂混凝土。
2)增配構造筋提高抗裂性能。配筋應采用小直徑、小間距。全截面的配筋率應在0.3-0.5%之間。
3)避免結構突變產生應力集中,在易產生應力集中的薄弱環節采取加強措施。
4)在易裂的邊緣部位設置暗梁,提高該部位的配筋率,提高混凝土的極限拉伸。
5)在結構設計中應充分考慮施工時的氣候特征,合理設置后澆縫,保留時間一般不小于60天。如不能預測施工時的具體條件,也可臨時根據具體情況作設計變更。
2.2施工措施
1)細致分析混凝土集料的配比,控制混凝土的水灰比,減少混凝土的坍落度,合理摻加塑化劑和減少劑。
2)根據工程特點,充分利用混凝土后期強度,可以減少用水量,減少水化熱和收縮。
3)混凝土盡可能晚拆模,拆模后混凝土表面溫度不應下降15゜C以上。論文大全。
4)采用兩次振搗技術,改善混凝土強度,提高抗裂性。
5)對于高強度混凝土,應盡量使用中熱微膨脹水泥,摻超細礦粉和膨脹劑,使用高效減水劑,使用高效減水劑。通過試驗摻入粉煤灰,摻量15%-50%。
2.3現場操作方面
1)澆搗工作:澆搗時澆搗棒要快插慢拔,根據不同的混凝土坍落度正確牚握振搗時間,避免過振和漏振,應提倡用二次振搗,二次抹面技術,以排除泌水,混凝土內部的水分和氣泡。
2)混凝土的養護:在混凝土裂縫的防治工作中,對新澆混凝土的早期養護工作尤為重要。以保證混凝土在早期盡可能少產生收縮。主要是控制好構件的濕潤養護,對于大體積混凝土,有條件時宜采用蓄水或流水養護。養護時間為14-28天。
3)避免在雨中或大風中澆灌混凝土,對于地下結構混凝土,盡早回填土,對減少裂縫有利。
4)夏季應注意混凝土的澆搗溫度,采用低溫人模,低溫養護,必要時經試驗可采用冰塊,以降低混凝土原材料的溫度。
1.前言
隨著建筑向大型化和多功能發展,超長高層或大柱網建筑不斷出現,混凝土強度等級的提高,施工中泵送混凝土工藝的應用,使超長混凝土結構易出現的溫度收縮裂縫有逐漸增多的趨勢。雖然這類裂縫屬非結構性裂縫,一般不致影響構件承載力和結構安全,但卻會影響結構的耐久性和整體性。同時也會給使用者感官和心理上造成不良影響。
2. 溫度收縮裂縫的基本特點
混凝土在結硬的過程中發生收縮,溫度變化時會熱脹冷縮,當這兩種變形受到約束后,在結構內部就會產生收縮應力和溫度應力,這兩種應力分別超過混凝土抗拉強度時就會導致混凝土開裂而形成收縮裂縫或溫度裂縫。超長混凝土結構中較多見的是在收縮應力和溫度應力共同作用下所產生的溫度收縮裂縫。要分析溫度收縮裂縫的基本特點,首先應掌握收縮和溫度變形的一些基本概念。
2.1收縮變形的特性及影響因素:一般混凝土最終收縮應變約3~5×10-4,其特點是早期收縮快,半年可完成第一年收縮量的80~90%,一年后仍發展但已不明顯。其影響因素主要有混凝土強度等級,水泥品種,水灰比,坍落度,養護和體表比。
2.2溫度變形的特性及影響因素:混凝土溫度線脹系數一般為1.0×10-5/C°,其變形隨溫差而變化,一般發生在混凝土結硬一直到房屋使用期間。其影響因素有季節溫差,內外溫差和日照溫差。
2.3溫度收縮裂縫的基本特點:1,該裂縫由收縮和溫度變形共同產生,其分布一般為收縮和溫度兩種裂縫的組合,隨環境濕度和溫度而變化,隨時間而發展,裂縫的開裂和危害程度往往較單一的收縮或溫度裂縫嚴重。2,根據具體工程裂縫出現的時間、發展與變化、以及分布、形狀、尺寸等特征。一般可分為以收縮變形為主或以溫度變形為主,實際工程中較常見的是以收縮變形為主的溫度收縮裂縫,一般發生在混凝土澆筑后一年內,但多見半月至數月之內。3,主要影響的部位及構件是底層和頂部數層梁板構件以及基礎梁、挑檐、欄板等外露構件。4,梁板裂縫呈現不同分布和特征,梁縫一般垂直于縱向,分布在兩側面,兩頭細、中間寬、棗核形。裂縫為表面,深進或貫通。單向板縫等間距平行于短邊。雙向板縫較重于單向板縫,兩個方向板縫縱橫交錯,不規則,縫多為貫通,板面縫一般寬于板底縫。
3.防止和減輕超長混凝土結構溫度收縮裂縫的設計建議
3.1設置后澆帶以及控制和抵抗溫度收縮應力的措施
3.1.1有效設置后澆帶后澆帶是列入高規中的一種目前設計人員常采用的方法,它利用了混凝土早期收縮量大的特性,其設計思路是“以放為主”。主要作用是釋放早期混凝土收縮應力,減小以收縮為主的變形。高規雖然對后澆帶的間距、寬度、鋼筋處理、澆筑時間有較明確要求,不少資料對此也有所介紹。但是結合多年來對幾個較大型超長工程的設計實踐,深感對后澆帶的做法必須予以重視。如設計施工處理不好,不僅起不到予期的效果,還會留下結構隱患。因此就后澆帶的具體做法提出以下建議和看法:(1),間距:高規規定為30m~40m.建議具體工程應結合建筑物長度、氣候環境特點綜合考慮,一般應控制在30m左右。(2),位置:a,小跨梁開間或受力較小的部位,一般可在梁跨三分之一處。b,平面布置時要注意梁的布置宜平行于后澆帶以免梁截斷太多。論文參考網。論文參考網。C,視具體情況可沿平面曲折通過。(3),寬度:高規規定800~1000mm.建議預留的寬度要考慮滿足鋼筋錯開搭接要求。可允許大于00mm.⑷鋼筋:目前對后澆帶內梁縱向鋼筋處理有兩種做法。第一種:梁板鋼筋均斷開后搭接,但由于梁鋼筋搭、焊接處理困難,質量不易保證,易給結構造成隱患;第二種:板鋼筋斷開,梁鋼筋直通不斷。目前工程采用較多,但由于截斷梁較多時,鋼筋全部不斷會約束混凝土收縮,達不到予期效果。建議:梁上部鋼筋,腰筋及板墻鋼筋斷后錯開搭接或必要時先搭后補焊。梁下部鋼筋不斷,可適當加大配筋。論文參考網。這樣即可大大減小梁鋼筋全部不斷對混凝土收縮形成的約束,又可避免梁鋼筋全部斷后造成的鋼筋搭、焊接困難,這種處理方法筆者自93年以來已在一些工程中較好的進行了使用。(4),澆筑時間:高規要求,宜在兩個月后且澆筑時的溫度宜低于主體混凝土澆筑時的溫度。由于混凝土早期收縮量大,相對一年的收縮量,半月約占30~40%;1個月約占45~55%;2個月約占65~75%;半年約占80~90%,故應按規范執行,一般應保證兩個月后澆筑。(5)后澆混凝土:采用無收縮或微膨脹混凝土,強度較主體混凝土提高C5級。
3.1.2針對性地采取控制和抵抗溫度收縮應力的措施加強屋面保溫隔熱措施,采用高效保溫材料,嚴格滿足建筑節能設計標準。(1),屋面板、外廊板,陽臺板等外露室外現澆板以及板跨大于4m且采用泵送混凝土的雙向連續板等溫度收縮應力較大的板,均應在板面配置不小于φ6@200雙向鋼筋網片,或支座鋼筋隔一全跨貫通,但間距不宜大于200mm,每一方向配筋率不宜小于0.1%.以上板在有受力鋼筋處,實配鋼筋尚應考慮溫度收縮應力影響予以適當增大。(2),框架梁及所有現澆梁凡高度≥600者均設置不小于2φ12腰筋。腰筋宜細而密,間距不應大于200mm,每側腰筋配筋率不宜小于0.1%.(3),檐口板,外露欄板應雙面雙向配筋,上下端頭各配≥2φ10溫度抵抗筋,并每隔15~20m設置一道20mm溫度伸縮縫。(4),控制現澆板混凝土強度等。級不宜大于C35.后澆帶列入高層規程后已在大量工程中廣泛使用。前已述及,其主要作用是減小混凝土早期以收縮為主的變形。因此,超長混凝土結構溫度收縮裂縫的預防不能僅靠設置后澆帶來解決,必須采取上述“放”“防”“抗”相結合的綜合措施。
3.2采用補償收縮混凝土。
方法提出:由于后澆帶延長工期,鋼筋斷后的搭、焊接和清理鑿毛均給填縫施工帶來一定麻煩,處理不好將留下隱患,因此在施工時采用混凝土摻加適量膨脹劑取代后澆帶連續澆筑超長建筑的無縫設計施工方法。2,設計思路:“以抗為主”的設計原則,利用補償收縮混凝土在硬化過程產生的膨脹作用,在結構中產生少量預壓應力用來補償混凝土在硬化過程中產生的溫度和收縮拉應力,從而防止收縮裂縫或把裂縫控制在無害裂縫范圍內。3,具體做法一般是所有樓板均摻10~12%膨脹劑。但每間隔50m設置一條2m寬膨脹加強帶,帶內混凝土摻加14~15%膨脹劑,兩側設密孔鋼絲網,防止混凝土流入加強帶,可連續澆筑100~200m的超長建筑,具文獻介紹,該技術已在全國50多個重大工程中應用。
由于這種方法,規范未列入,施工要求嚴,氣候環境影響大,潮濕地區膨脹可保持,干躁地區會存在問題。結合對08年施工建設的臨清市六館工程添加采用NC-P3型(山東省建科院配制)流化膨脹劑后實際效果地回訪,臨清市六館工程已建成并投入使用,經觀察檢測無溫度裂縫出現,結構情況良好。對于設置后澆帶后影響工期的工程上使用,但對梁板構件仍應針對性地采取一些必要的控制和抵抗溫度收縮應力的設計措施。另外特別提請施工時要嚴格保濕養護。
4.結語