本發(fā)明涉及混凝土結構的施工技術領域，尤其是提供一種超長混凝土結構收縮裂縫控制方法，還提供超長混凝土結構收縮裂縫控制結構。

背景技術：

隨著人類科學技術的快速發(fā)展，以及建筑技術的慢慢成熟，人類開始追尋更多超長、超大空間和大跨度的現(xiàn)代結構，國內出現(xiàn)了超大型展覽館，大型的影視拍攝基地，主題樂園，醫(yī)院綜合體，而且為了滿足這些大型建筑結構的功能和建筑美觀要求，通常少設伸縮縫或者不設縫處置，以至于伸縮縫的間距超過了《混凝土結構設計規(guī)范》(GB50010-2010)表8.1.1中的間距限定值，就這類超長混凝土結構而言，裂縫的產(chǎn)生對結構的影響更大，因此超長結構裂縫產(chǎn)生的原因和裂縫控制一直是工程界密切關注的領域。

根據(jù)混凝土材料的工程特性和物理性能，裂縫的產(chǎn)生是不可避免的，裂縫寬度在一定范圍之內是可以存在的，我國規(guī)定，允許的裂縫寬度為：在干燥情況下，裂縫寬度在0.2～0.3mm，在濕環(huán)境下，裂縫寬度為0.1～0.15mm(不含無壓力管道情況)。

影響混凝土產(chǎn)生裂縫的因素有多種，一般而言，可劃分為混凝土自身原因(形變裂縫)和外部原因(荷載裂縫)：

1)形變裂縫，由于混凝土結構材料因外界溫度濕度變化、收縮、膨脹、不均勻沉降等原因引起導致材料自身屬性變形引起的裂縫，其特征是結構會產(chǎn)生形變，要求變形，當受到約束和限制時產(chǎn)生內應力，應力超過混凝土自身或結構變形極限值后產(chǎn)生形變，裂縫就是形變的一種形式，裂縫出現(xiàn)后變形得到滿足，內應力釋放。這種裂縫寬度大、內應力小，對荷載的影響小，但對耐久性損害大，其中工程結構產(chǎn)生屬于變形(溫濕度、收縮與膨脹、不均勻沉降)引起的裂縫約占80％。

2)荷載裂縫，由外荷載(動、靜荷載)直接應力引起的裂縫和次應力引起的裂縫。屬于荷載引起的裂縫約占20％。

目前，混凝土結構因荷載和溫度引起的裂縫可利用較成熟的設計理論和施工技術得到有效控制，而收縮引起的裂縫在工程實踐中屢見不鮮，威脅到混凝土結構的耐久性，甚至適用性、安全性。尤其在超長混凝土結構中，收縮更是混凝土開裂的主要誘因。對于超長混凝土結構，裂縫，尤其是收縮裂縫，對混凝土結構影響最大。

早在19世紀初，各國科學家就從結構材料強度理論角度出發(fā)，探索混凝土開裂的基本原理，國內外最早提出的理論是建立在簡單基本試驗的基礎上，在均值、彈性、連續(xù)的假定前提下推導出材料強度的各種計算公式，后期又引進了塑性理論公式，為解決問題提供了理論依據(jù)，其中自然環(huán)境下的混凝土收縮應變?yōu)?/p>

ε_t＝ε_ΔT+ε_sh＝ε_ΔT+ε_as+ε_ds (1)

式中：

ε_ΔT-------溫度變化引起的收縮應變；

ε_ds-------混凝土自收縮應變；

ε_ds-------混凝土干燥收縮應變；

ε_sh-------混凝土自收縮和干燥收縮應變之和；

英國的BS5400模型把任意時刻的混凝土收縮變形ε_sh由四個系數(shù)相乘得到

ε_sh＝k_l×k_c×k_e×k_j (2)

式中：

k_l------環(huán)境濕度影響系數(shù)；

k_c------混凝土成分(水灰比，水泥含量百分比)影響系數(shù)；

k_e------混凝土侯建有效厚度影響系數(shù)；

k_j------混凝土隨時間的發(fā)展系數(shù)

上述四個參數(shù)可以根據(jù)實驗室結果的曲線圖獲得

我國著名裂縫專家王鐵夢根據(jù)有關文獻對國家二十多年內上千次的實驗結果進行了系統(tǒng)歸納，總結出的混凝土收縮公式

式中：

----標準狀態(tài)下的極限收縮，取3.24×10^-4；

b----經(jīng)驗系數(shù)，一般取值為0.01，在養(yǎng)護較差時取值0.03；

M_n---各種非標準狀態(tài)下的修正系數(shù)，如初期養(yǎng)護時間，水灰比，添加劑，施工工藝(振搗方式，養(yǎng)護條件)，水泥品種以及鋼筋配筋率等十幾種因素下的影響系數(shù)，其中部分影響系數(shù)是可以從實驗和統(tǒng)計結果的表中查到，運用起來較為方便。

基于上述理論得知，采用綜合裂縫控制技術，對影響裂縫的幾種或者十幾種參數(shù)，進行分析，并在施工過程中進行調整，就能達到最佳的抗裂效果。但是，在實際工程，如何在施工中運用工程手段減少收縮裂縫的寬度和深度以及開裂的風險，繼而保證結構主體的完整與安全，還是本領域亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術的問題，提供一種對于超長混凝土結構通過工程手段減少收縮裂縫的寬度和深度以及開裂的風險的超長混凝土結構收縮裂縫控制方法。

本發(fā)明的另一個目的是提供超長混凝土結構收縮裂縫控制結構。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種超長混凝土結構收縮裂縫控制方法：其包括如下措施：

措施1：使用低收縮混凝土，該低收縮混凝土的配方是：

在包括水泥、砂、石子、外加劑和水之外，還包括抗裂纖維和防水劑；所述抗裂纖維與防水劑和其它成分的配合比為：

抗裂纖維的添加量為每立方米混凝土中添加0.8-1.0Kg；

措施2：在澆注混凝土結構時，采用分倉澆注；

措施3：在混凝土結構上設置后澆帶，后澆帶的寬度600-1000mm，相鄰后澆帶的間距不大于30米；

措施4：保證后期養(yǎng)護的時間不少于14天。

進一步地，在混凝土澆注中，還有一個防裂措施：控制澆注混凝土的時間和溫度：

嚴格控制混凝土自出攪拌站的攪拌機至澆筑施工的時間，該時間不大于90分鐘。

另外，控制混凝土的入模溫度，混凝土入模溫度應低于環(huán)境溫度，或者在環(huán)境溫度的±5℃范圍之內。

分倉澆注的間隔時間在7-10天。

所述低收縮混凝土的配方的優(yōu)選方案是：

抗裂纖維的添加量為每立方米混凝土中添加0.9Kg。

在使用所述低收縮混凝土中，還可以在所述低收縮混凝土中加入混凝土膨脹劑，該混凝土膨脹劑的加入量為水泥加入量的12％-15％。

在分倉澆注中，在混凝土結構的長度方向上，一個澆筑倉的長度小于15米。

另外，還要避開一天中溫度最高的時間段實施澆注。

澆注混凝土時，還應該控制混凝土的塌落度，該塌落度應該控制在180mm±30mm。

在后期養(yǎng)護中，對于水平板面要進行灑水養(yǎng)護。

對于約束較大的墻，板節(jié)點部位，應該加強或者延長混凝土養(yǎng)護時間。延長養(yǎng)護的時間應在5～7天。

用后澆帶封閉超長混凝土結構應該在與澆注其相鄰兩側混凝土結構后時間之后不小于60天。

后澆帶的結構可以是：

一種超長混凝土結構收縮裂縫控制結構，其特征是：所述超長混凝土結構分為若干段，以便于分段澆注，在該超長混凝土結構中設有后澆帶，該后澆帶的寬度600-1000mm，相鄰后澆帶的間距不大于30米。

在后澆帶的中設置附設構造鋼筋，該附設構造鋼筋沿混凝土結構長度方向設置。

該附設構造鋼筋的兩端分別插入相鄰的混凝土結構內，插入的鋼筋長度不小于1米。

該附設構造鋼筋的兩端設置彎鉤結構，該彎鉤向背離外表面的方向彎曲。

該附設構造鋼筋置于兩側墻面的內側。

該后澆帶處還可以設置防水結構。

該防水結構可以是止水鋼板，設置在后澆帶與相鄰混凝土結構的接縫處。該止水鋼板的鋼板板面是橫插于所述接縫上的豎向鋼板。

進一步地，為了提高后澆帶與相鄰混凝土結構的接縫處的止水效果，后澆帶和相鄰混凝土結構之間的接縫可以在結構厚度方向上是彎曲的形狀，所述止水鋼板設置在彎折接縫的彎折處。

為了使得后澆帶與相鄰混凝土結構的結合面固著緊密，可以采用以下措施：

待要澆注后澆帶之前，將已經(jīng)固化且水化完成的混凝土結構的結合面表面鑿毛，然后再澆注后澆帶。還可以在后澆帶相鄰的側面上涂設界面劑。

所述防水結構還可以上在后澆帶的朝向室外的一側面上附加防水層，該防水層與混凝土結構的外墻面平齊，該防水層為防水材料構成，例如可以上防水涂料，或防水材料層。該附加防水層從后澆帶和相鄰混凝土結構接縫向外最好再延伸一段，延伸的長度為400-600mm為宜。

作為超長混凝土結構中的收縮裂縫，在現(xiàn)有技術中控制它的措施有很多，但是，在具體工程上，裂縫最終還是會產(chǎn)生。而本發(fā)明提供的裂縫控制方法和結構，雖然其措施看似常見，但是，在方法中，抓住了混凝土澆注工序中的幾個關鍵節(jié)點，采取切實有效的獨特工藝，例如獨特的低收縮混凝土的配方，再結合分倉澆注，后澆帶的設置即后澆帶的設置密度和后澆帶特有的結構，還有澆注過程中溫度控制以及后期的養(yǎng)護方式和養(yǎng)護時間，就能夠做到超長混凝土結構不再出現(xiàn)收縮裂紋。由此可知本發(fā)明提供的控制方法和控制結構的先進性和獨創(chuàng)性。

下面通過附圖和實施例對本發(fā)明的方法和結構做進一步說明。

附圖說明

圖1為本使用本發(fā)明提供的超長混凝土結構收縮裂縫控制方法和控制結構的一個具體實例的槽形空間滑水道的立體結構示意圖。

圖2為圖1所示的實例中槽形空間滑水道的俯視結構示意圖。

圖3為圖2所示的滑水道中一個局部段落的結構示意圖，顯示在一個分段中分倉澆注的分倉結構示意圖。

圖4為在假山的外墻的混凝土澆注中設置后澆帶的一種結構示意圖。

圖5為在塑石假山鋼結構基礎底板的混凝土澆注中設置后澆帶的另一種結構示意圖。

具體實施方式

本實施例的工程為一個主題樂園，主題樂園中的混凝土結構特點是：設置形狀不規(guī)則，高低差較大，截面變化大，這樣的混凝土結構造成了受力荷載不均勻，設計的墻、板、柱和梁截面積較大，給施工造成了很大挑戰(zhàn)。超長混凝土結構包括：

山洞盒外墻，其長86m，寬18m，高度在19m～23m之間，墻體厚度平均300mm左右)；

假山外墻，其厚度為400～600mm；

塑石假山鋼結構基礎底板，基礎底板的板厚有600～800～1000mm三種；

滑水道(Flume)的水槽4，長692m。

還有配電站(Substation)的外墻、隧道(Tunnel)等，均為不規(guī)則鋼筋混凝土結構，見圖1。

本工程中滑水道4在三維空間上蜿蜒延伸，穿越了假山山洞盒，塑石假山，橫貫整個混凝土結構輪廓，因此，工程中滑水道這一超長混凝土結構尤其具有平面輪廓不規(guī)則、體量大、結構受力復雜、局部荷載大、混凝土強度高等特點，極易產(chǎn)生裂縫，要有效控制混凝土結構有害裂縫的出現(xiàn)。

如圖2所示，滑水道4沿著延伸的方向根據(jù)轉彎的特性分成50多段，如圖3所示，在澆注之前根據(jù)分段40構建澆注模型。對于較短的分段40，該段就構成一可加入個澆筑倉，對于較長的分段41，就按照本發(fā)明的原則進行分倉，即確保一個澆筑倉411的長度在15米以內。

在混凝土材料特性方面：加強對骨料級配，含泥量，粉煤灰等級等于混凝土材料相關的質量控制；采用低收縮混凝土材料?；炷恋呐浞胶团浜媳鹊纫姳?。

表1：混凝土配合比報告

其中添加抗裂纖維可以形成補償收縮，這也是抑制混凝土裂縫最方便最經(jīng)濟，最有效的措施。

另外，還可以將加入的石子和砂清洗一下再使用。

再有，還在混凝土配方中加入混凝土膨脹劑，具體的，可使用固態(tài)粉末類的混凝土膨脹劑，例如使用鈣礬石類膨脹劑，用量為混凝土中水泥用量的12-15％。在本實施例中，混凝土膨脹劑的加入量為13％。

鋼筋混凝土產(chǎn)生裂縫的原因復雜，就材料而言，混凝土干縮和冷縮是主要原因。因此，在混凝土中摻入能達到補償其收縮的膨脹劑，是較為理想的辦法。膨脹劑加入到普通混凝土中，拌水生成大量膨脹結晶水化物-水化硫鋁酸鈣(即鈣釩石)，使混凝土產(chǎn)生適度膨脹，在鋼筋鄰位的約束下，在結構中建立0.2～0.7Mpa預壓應力，這一預壓應力可大致抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的收縮拉應力，同時，推遲了收縮的產(chǎn)生過程。當混凝土開始收縮時，其抗拉力已足以抵抗收縮應力，從而防止或減少混凝土后期收縮開裂；而且產(chǎn)生的鈣礬石使混凝土更加致密，從而大大提高了混凝土結構的抗裂防滲性能。膨脹劑配制補償收縮混凝土，是代替普通砼解決建筑物裂滲的理想材料。

對于要求更高抗?jié)B、抗裂的砼，可以試驗增加摻量。

現(xiàn)有技術中使用膨脹劑多是用于混凝土結構中有防水要求的部位。本發(fā)明創(chuàng)造性地將混凝土膨脹劑與上述混凝土配方中的各個組分配合，澆注超長混凝土結構，收到了防止收縮裂紋的很好的效果。

澆注混凝土時，還應該控制混凝土的塌落度，該塌落度應該控制在180mm±30mm。

然后就是采取分倉澆筑的措施。在澆注中，例如，先對于第1、3、5……號澆筑倉進行混凝土澆注，待這些澆注倉中的混凝土已經(jīng)凝固，水化過程結束后，再對于第2、4、6……號澆筑倉進行混凝土澆注。在分倉澆注中，在混凝土結構的長度方向上，一個澆筑倉的長度小于15米。一般情況下，分倉澆注的間隔時間在7-10天。

在澆注過程中，采用分層振搗，有序推進，嚴格控制混凝土自出機至澆筑施工的時間和混凝土的入模溫度，混凝土自出攪拌站的攪拌機至澆筑施工的時間不大于90分鐘，該時間也包括混凝土從攪拌站的攪拌機出來，裝上攪拌車運到工地澆注現(xiàn)場的時間。監(jiān)控混凝土的入模溫度，混凝土的入模溫度應低于環(huán)境溫度，最多也應該是在環(huán)境溫度上下5℃的范圍內?！痘炷两Y構工程施工與驗收規(guī)范》GB50204-1992中規(guī)定混凝土內外溫差不宜超過25℃，但在本發(fā)明的施工中，溫度控制更加嚴格，只有這樣，才能有效保證超長的混凝土結構不出現(xiàn)收縮裂紋。

另外，還應該合理安排澆筑時間，盡可能避開中午等高熱時間澆筑施工，避免高溫烈日下混凝土收光飾面作業(yè)；在混凝土稍干即進行混凝土表面壓實收光，壓實步驟與現(xiàn)有技術基本相同。

在砼的初凝前應按有關施工規(guī)定，對砼表面反復抹壓以防風干，避免沉降引起裂縫，終凝后，開始養(yǎng)護，養(yǎng)護期不得少于14天。

在施工過程中，通過設置后澆帶進一步防止收縮裂縫的產(chǎn)生。

如圖4所示，將施工范圍的例如假山外墻2分割出小規(guī)模的施工澆筑單元成為后澆帶21，后澆帶21寬度800mm，在墻體上，分割出的后澆帶的密度也對于防止產(chǎn)生收縮裂縫有很大的影響，相鄰后澆帶21的間距最大30m，在后澆帶21的中除了與混凝土結構中一樣的鋼筋211之外，還設置附設構造鋼筋212，附設構造鋼筋212沿混凝土結構長度方向設置。附設構造鋼筋212的兩端分別插入相鄰的混凝土結構內，插入的鋼筋長度不小于1米，在本實施例中插入相鄰混凝土結構的長度La例如可以是1200mm。附設構造鋼筋212的兩端設置彎鉤結構212a，彎鉤212a向背離墻體2外表面的方向彎曲。附設構造鋼筋212置于兩側墻面的內側。后澆帶處還設置防水結構。防水結構是止水鋼板213，設置在后澆帶與相鄰混凝土結構的接縫處。該止水鋼板213的鋼板板面是橫插于墻體2和后澆帶21的接縫上的豎向鋼板。為了提高后澆帶與相鄰混凝土結構的接縫處的止水效果，后澆帶和相鄰混凝土結構之間的接縫可以在結構厚度方向上是彎曲的形狀，所述止水鋼板設置在彎折接縫的彎折處。

所述防水結構還可以上在后澆帶的朝向室外的一側面上附加防水層214，防水層214與混凝土結構的外墻面平齊，該防水層214為防水材料構成，例如可以是防水涂料，或防水材料層。該附加防水層從后澆帶和相鄰混凝土結構接縫向外最好再延伸一段，延伸的長度為500mm。

如圖5所示為塑石假山鋼結構基礎底板3上設置的后澆帶31結構，其在與如圖4所示的后澆帶212結構基本相同的基礎上，在澆注完成后澆帶兩側的底板后，待要澆注后澆帶31之前，將已經(jīng)固化且水化完成的底板3與后澆帶相鄰的側面30的混凝土表面鑿毛，然后再澆注后澆帶。這樣，可以使得后澆帶31與底板3之間的結合更加緊密。

另外，還可以在于后澆帶相鄰的側面30上涂設界面劑，以增加后澆帶與相鄰混凝土側面的固著力。

后澆帶封閉墻體或底板的時間應該在后澆帶兩側墻體或底板澆注之后不小于60天，在一些大體積，厚重混凝土結構處，延長后澆帶封閉時間。在本實施例中，該時間為65天。

混凝土后期養(yǎng)護方面：水泥水化過程中放出大量的熱，且主要集中在澆筑后的前7天內，一般每克水泥可以放出502J的熱量，如果以水泥用量350kg/m³～550kg/m³來計算，每m³混凝土將放出17500kJ～27500kJ的熱量，從而使混凝土內部溫度升高，可達80℃左右甚至更高。因此采用覆蓋養(yǎng)護措施，其中，水平板面進行灑水養(yǎng)護；養(yǎng)護時間不少于14天，對于約束較大的墻，板節(jié)點等部位，應該加強或者延長混凝土養(yǎng)護時間。例如，可以延長養(yǎng)護的時間5～7天。

綜合裂縫控制技術中，設計和施工是緊密聯(lián)系，不可分割的，對混凝土結構的設計可能會發(fā)生變化，這時，也要對現(xiàn)場的施工工序進行調整以及對后澆帶的位置進行變更。

使用本發(fā)明提供的控制方法和控制結構，建立起的主題公園的各個超長混凝土結構，在使用了近兩年之后無一發(fā)生影響結構安全性的裂紋。由此證明本發(fā)明的先進性和創(chuàng)造性。