兩種工藝措施對(duì)受底板約束的混凝土墻早期形變的影響

羅志宏，夏憲忠，張劍

（1.中交融資租賃有限公司，上海 200125；2.上海交通建設(shè)總承包有限公司，上海 200136；3.中交上海航道局有限公司，上海 200002）

0 引言

混凝土產(chǎn)生裂縫的因來(lái)自于設(shè)計(jì)、材料、施工工藝和養(yǎng)護(hù)工藝等多個(gè)方面，裂縫的形成機(jī)制非常復(fù)雜[1]。對(duì)于受底板約束的混凝土墻，由自收縮、干縮和溫度變化產(chǎn)生的應(yīng)力是導(dǎo)致其開(kāi)裂的重要因[2]，工程中多采用安裝抗裂鋼筋、通冷卻水這兩種措施來(lái)減小開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)和避免產(chǎn)生貫通的長(zhǎng)裂縫。在墻體內(nèi)安裝抗裂鋼筋的措施，能夠通過(guò)平衡墻體內(nèi)部應(yīng)力，限制和約束墻體的形變，降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)。在墻體內(nèi)安裝水管入冷卻水，則可以通過(guò)吸收水泥水化熱量，降低墻體內(nèi)部溫度，減低溫升速率和降低溫度峰值，減小溫度應(yīng)力，降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)[3-4]。

雖然這兩種降低開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)的措施在工程中都有應(yīng)用，但很少有文獻(xiàn)就這兩種措施對(duì)抑制混凝土早期形變和抗裂的效果進(jìn)行比較。

本文設(shè)計(jì)同尺寸、同配合比的4組混凝土墻體（均受底板約束），分別采用安裝抗裂鋼筋（S組）、安裝冷卻水管（W組）、安裝抗裂鋼筋+安裝冷卻水管（SW組）以及兩者均不用（Control組）等4種方式，澆筑混凝土后對(duì)墻體內(nèi)不同測(cè)點(diǎn)的早期應(yīng)變和溫度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，利用這些數(shù)據(jù)，分析4種情況下，混凝土墻體的抗裂效果[5-6]。本文試驗(yàn)及分析結(jié)果，對(duì)混凝土墻體實(shí)際工程抗裂工藝措施的選擇有一定參考價(jià)值。

1 材料及試驗(yàn)方法

1.1 材料

水泥為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為II級(jí)C類粉煤灰，細(xì)骨料為河砂、II區(qū)中砂，碎石為粒徑5耀10 mm和15耀25 mm間斷級(jí)配，水為自來(lái)水，減水劑為聚羧酸高性能減水劑（PCE）。

1.2 試驗(yàn)方案

本次試驗(yàn)墻體分為4組，每組墻體尺寸均為1.80 m伊1.50 m伊0.70 m（長(zhǎng)伊高伊寬），4組墻體下已預(yù)先澆筑大體積混凝土底板，底板尺寸20 m伊20 m伊0.5 m（長(zhǎng)伊寬伊厚）。

混凝土配合比和抗裂措施的應(yīng)用情況如表1所示。

表1 墻體混凝土配合比及抗裂措施應(yīng)用表Table 1 Mix proportion of wall concrete and anti-cracking action application

抗裂鋼筋采用直徑25 mm的HRB335二級(jí)帶肋鋼筋。鋼筋豎向中心間距16 cm、橫向水平中心間距20 cm，墻厚度方向共布置4層，層中心間距18 cm，鋼筋采用綁扎連接?？沽唁摻畈贾靡?jiàn)圖1。

圖1 抗裂鋼筋布置（cm）Fig.1 Anti-crack reinforcement arrangement（cm）

冷卻水管為內(nèi)徑50 mm、壁厚2 mm的PVC管，通水流量3.0 m3/h，布置在墻厚中部，管路見(jiàn)圖2。

圖2 冷卻水管布置（cm）Fig.2 Cooling pipe arrangement（cm）

1.3 監(jiān)測(cè)儀器及布設(shè)

本次試驗(yàn)采用VS-100振弦式應(yīng)變計(jì)，每組墻體布設(shè)3個(gè)，位于墻厚中部，位置如圖3。

圖3 應(yīng)變計(jì)布置（cm）Fig.3 Strain gauge arrangement（cm）

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 形變監(jiān)測(cè)結(jié)果與分析

圖4為各混凝土墻分別在1號(hào)位置、2號(hào)位置、3號(hào)位置自混凝土澆筑完成至28 d內(nèi)的形變量變化情況。

圖4 混凝土墻各位置形變監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比Fig.4 Comparison of deformation monitoring results at different positions of concrete wall

表2為各組混凝土墻自澆筑完成28 d內(nèi)，1號(hào)位置、2號(hào)位置、3號(hào)位置的最大形變量。

表2 各組混凝土墻28 d各測(cè)點(diǎn)最大形變量Table 2 The maximum deformation of each concrete wall at each measuring point in 28 d滋m/m

由圖4可以看出，混凝土墻內(nèi)部自最初澆筑開(kāi)始，形變速率較大，至8 d時(shí)形變開(kāi)始放緩，至28 d時(shí)形變達(dá)到觀測(cè)數(shù)據(jù)最大值。形變變化程度依次表現(xiàn)為Control組>W組>S組>SW組，其中，Control組和W組的形變明顯大于S組和SW組，由此說(shuō)明抗裂鋼筋對(duì)于混凝土形變的約束作用較好。

由圖4和表2可以看出，各組墻體中，形變最大的測(cè)點(diǎn)均為2號(hào)位，說(shuō)明應(yīng)力在墻體對(duì)稱中心以下附近較集中，此處最易出現(xiàn)收縮性裂縫[7]。

由表2可以看出，S組和SW組在混凝土墻3個(gè)位置的形變差別較小，說(shuō)明抗裂鋼筋有利于平衡墻體內(nèi)部不同位置的應(yīng)力和應(yīng)變，有利于混凝土抗裂。SW組墻體在3個(gè)位置的形變量比S組更小，分析因?yàn)橥ɡ鋮s水帶走了部分墻體內(nèi)的水化熱，平衡了內(nèi)部溫度，降低了內(nèi)部溫度峰值，冷卻后混凝土的約束應(yīng)力也較小，所以墻體基本恢復(fù)到環(huán)境溫度時(shí)，SW組墻體的形變會(huì)更小。

2.2 溫度監(jiān)測(cè)結(jié)果及分析

表3為各組混凝土墻1號(hào)位置、2號(hào)位置、3號(hào)位置的最高溫度情況，達(dá)到該最高溫度的時(shí)間標(biāo)注在括號(hào)內(nèi)。

表3 各組混凝土厚墻各測(cè)點(diǎn)最高溫度及時(shí)間Table 3 Maximum temperature and time of each measuring point of each concrete thick wall in each group 益

圖5分別為各組混凝土墻分別在1號(hào)位置、2號(hào)位置、3號(hào)位置的溫度變化情況。

圖5 各墻體的各測(cè)點(diǎn)溫度變化Fig.5 Temperature change of each measuring point ofeach wall

由表3和圖5可以看出，各混凝土墻在澆筑完畢后，前期升溫速率較大，約在40 h左右達(dá)到溫度峰值，約從第120 h起，降溫速率和幅度明顯減小，逐漸趨于接近環(huán)境溫度。溫度峰值依次表現(xiàn)為S組>Control組>SW組>W組，其中，通冷卻水的W組和SW組，混凝土內(nèi)部溫度峰值明顯低于Control組和S組，說(shuō)明通冷卻水的措施對(duì)于大幅降低墻內(nèi)溫度作用明顯，也從另一個(gè)角度說(shuō)明了通冷卻水的措施對(duì)減小混凝土早期形變有較大的作用[8-9]。

另外，由圖5可見(jiàn)，混凝土內(nèi)部溫度在40 h左右達(dá)到最高溫度，產(chǎn)生了升溫膨脹，但從圖4形變監(jiān)測(cè)結(jié)果中未有明顯反應(yīng)，這說(shuō)明相對(duì)于混凝土水化反應(yīng)后自收縮產(chǎn)生的形變，升溫膨脹產(chǎn)生的形變幅度遠(yuǎn)小于收縮形變幅度。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析顯示，采用安裝抗裂鋼筋后，墻體通過(guò)抗裂鋼筋平衡內(nèi)部應(yīng)力，從而有效減小混凝土墻體的早期形變；而通冷卻水可以大幅降低混凝土內(nèi)部溫度，減弱墻體內(nèi)外過(guò)大溫差導(dǎo)致的溫度應(yīng)力的影響，從而減小混凝土早期形變。采用安裝抗裂鋼筋比通冷卻水對(duì)減小墻體的早期形變有更大的效果，當(dāng)同時(shí)采用上述兩種措施時(shí)，墻體早期收縮形變值最小，相應(yīng)的減縮抗裂效果也更好。