超长混凝土底板“抗裂”新技术及应用_张绪强.pdf

广东土木与建筑GUANGDONG ARCHITECTURE CIVIL ENGINEERING2023年2月第30卷 第2期FEB 2023Vol.30 No.2DOI:10.19731/j.gdtmyjz.2023.02.015作者简介：张绪强（1984-），男，大学本科，工程师，主要从事建筑工程研究工作。E-mail：0引言我国 混凝土结构设计规范：GB 5001020101对允许裂缝（三级裂缝控制）的普通混凝土结构，在 类环境条件下，最大裂缝宽度的限值为 0.2 mm。地下工程防水技术规范：GB 5001020102也规定防水混凝土的结构裂缝宽度不得大于 0.2 mm。所以控制混凝土裂缝是工程建设中的一个非常重要的课题。工程中一般采用“抗与放”的原则来控制混凝土裂缝3-4。按照文献 1，混凝土结构为避免超长引起使用期和施工期的收缩裂缝，需要设置永久伸缩缝与施工后浇带5；在混凝土内加入膨胀剂6；采用补偿收缩混凝土7或高性能耐久性混凝土8-9，均可达到减少混凝土裂缝产生的目的。本文根据“抗放兼施，以放为主”设计原则，提出一种构筑物超长底板防渗关键技术，通过释放混凝土应力，减小混凝土开裂几率，提高超长混凝土底板防渗性能。1消除收缩应力关键技术消除混凝土底板的收缩应力，控制混凝土裂缝宽度，关键在于如何减少基础对混凝土底板的约束应力以及如何高效释放混凝土因内部温度变化和体积变化所产生的收缩应力。本项研究根据这两个主要思路提出以下两种做法。1.1设置平滑面降低表面约束1.1.1技术原理在一些项目中，底板会直接落在混凝土垫层上，混凝土垫层与底板之间过大的摩擦力将显著增加底板的约束应力。为了减少混凝土垫层与底板之间摩擦力对底板约束应力的影响，本研究考虑在底板底与基底间涂抹环氧树脂涂层（见图1）或将混凝土垫层表面打磨光滑（见图1），使底板与混凝土垫层的接触面变得光滑，减少混凝土垫层对底板的约束，使底超长混凝土底板“抗裂”新技术及应用张绪强（广州智科投资开发有限公司广州510700）摘要：民用与工业建筑地下空间超长混凝土底板结构容易出现裂缝导致结构渗水、漏水是建筑行业的一个难题。为了解决这个难题，提出两种构筑物超长底板抗裂关键技术：通过减少基岩对底板的约束消除应力关键技术；通过增设变形沟诱导裂缝释放应力关键技术。采用试验得出的底板摩擦系数，通过YJK和MIDAS对超长混凝土底板结构进行温度变化模拟计算得到采用抗裂技术前后规律，并通过实际工程验证。研究提出的两种抗裂关键技术，可以有效地降低或释放底板混凝土水化过程中产生的收缩应力，从而达到减少超长混凝土底板的裂缝，提高混凝土结构工程质量的目的，对建筑结构工程抗裂设计及施工有着重要的指导作用。关键词：超长混凝土底板；抗裂；消除应力；释放应力；变形沟中图分类号：TU375.2文献标志码：A文章编号：1671-4563（2023）02-061-03New Technology and Application of Crack Resistance of Super-long Concrete FloorNew Technology and Application of Crack Resistance of Super-long Concrete FloorZHANG Xuqiang（Guangzhou WisTech Investment Development Co.，Ltd.Guangzhou 510700，China）AbstractAbstract：It is a difficult problem in the construction industry that the super-length concrete floor structure in the underground space ofcivil and industrial buildings is prone to crack and lead to structural water seepage and leakage.In order to solve this problem，proposes twokey anti crack technologies of super-length floor of structures：the key technology of eliminating stress by reducing the constraint of bedrockon the floor；It is a key technology to induce crack and release stress by adding deformation groove.Based on the friction coefficient of thebase plate obtained from the test，the temperature change simulation calculation of the super-length concrete base plate structure is carried outby YJK and Midas to obtain the laws before and after the anti crack technology is adopted，and it is verified by the actual project.The twokey anti-crack technologies proposed in this study can effectively reduce or release the shrinkage stress generated in the hydration process ofthe bottom slab concrete，so as to reduce the cracks of the super-length concrete bottom slab and improve the quality of the concrete structure engineering.It has an important guiding role in the anti crack design and construction of the building structure engineering.Key wordsKey words：super-length concrete floor structure；crack resistance；eliminate stress；release stress；deformation ditch图1底板接触面Fig.1Bottom Plate Contact Surface（mm）环氧树脂光面环氧树脂混凝土垫层底板土层400混凝土表面打磨光滑混凝土垫层底板土层40061张绪强：超长混凝土底板“抗裂”新技术及应用FEB 2023 Vol.30 No.22023年2月 第30卷 第2期板收缩的过程中均匀变形，减少拉应力集中。1.1.2计算分析本项目采用MIDAS软件对底板进行应力分析，对底板与基底之间的摩擦效应进行模拟，通过建立无处理情况、对混凝土表面打磨光滑（下文称“光面”）、涂环氧树脂涂层3种对照实验样本，对比出涂环氧树脂涂层改善表面约束的情况。其中，仿真计算的关键参数取值对计算结果影响非常大，然而底板与垫层之间滑动摩擦系数的取值尤其缺少实际工程经验，为此进行试验测定。滑动摩擦系数实验计算分析：本项目采用三试块双滑动面滑动摩擦系数试验如图2所示，先给上下试块施加竖向荷载，再通过施加外力推动中间试块产生相对位移来测出摩檫力，并通过摩擦力计算公式如下：f=N=Es其中，f 为单位面积上的摩擦力；为摩擦系数；N为单位面积上的压力；E为等效水平刚度；s为水平位移。本项目通过摩擦实验得出无处理、光面、涂抹环氧树脂处理的摩擦系数分别为0.3，0.082 6，0.080 2。底板收缩应力分析：实际情况中，混凝土是一种各向异性、非均质复合型材料，其热学性能受很多因素的影响。为简化模型，本文假定混凝土是均匀的各向同性材料，来建立有限元模型。通过建立不同板跨及不同的界面条件下的底板结构受力模型，分析混凝土底板收缩应力数据如图3所示，且从研究可以看出，在相同跨度的情况下，在温差作用的条件下，底板经过接触面处理的收缩应力比未作任何处理的要更小。基于以上条件，进行有限元分析。具体分析结果如图4所示。根据有限元计算结果显示，混凝土底板在光面基底以及涂抹环氧树脂基底的情况下，混凝土内部产生的拉应力较不作基底处理的要小 10%15%，所以改变底板与基底之间的摩擦情况，能减少因摩擦约束带来的拉裂情况。1.2增设变形沟诱导裂缝释放应力1.2.1技术原理在一些项目中，由于各种原因，底板不能设置后浇带，在这种情况下，可考虑增设变形沟如图5图6所示，减小底板在平面上被约束的有效宽度。变形沟沟面深度应深于底板底，让底板标高平面上存在可收缩形变的空间，从而诱导应力集中至变形沟沟底内。变形沟则可考虑在应力集中的范围，设置超前止水做法，避免因应力集中的开裂而引起渗水。另外变形沟可考虑与线沟、水沟共用，对地下水的防治达到“防排合一”。图2三试块双滑动面试验方案示意图Fig.2Schematic Diagram of Double Sliding SurfaceTest Scheme of Three Test Blocks水平作动，测水平推力竖向荷载加载力传感器采用固定装置固定试验滑动面固定装置上试块反力墙中试块下试块图3底板收缩应力云图Fig.3Cloud Diagram of Shrinkage Stress of Bottom Plate图4不同板跨度及不同摩擦条件下的底板拉应力对比Fig.4Comparison of Bottom Plate Tensile Stress underDifferent Plate Span and Different Friction Conditions图5变形沟平面布置Fig.5Plane Layout of Deformation Ditch（mm）变形沟A18A14A18A14110CT9aDL1（1）DL1（1）DL1（1）3360CT5a11784502200CT8a297CT12a450353120025506006003352193CT2a1803153CT2aCT6b353CT6b192CT2a361348图6变形沟大样做法Fig.6Detail of Deformation Ditch（mm）板厚200板厚la轻质陶粒填充楼面标高板厚800板厚la无处理光面涂抹环氧树脂计算板跨长度/m拉应力/Nmm-20100mm12200mm34300mm56400mm762广东土木与建筑FEB 2023 Vol.30 No.22023年2月 第30卷 第2期1.2.2计算分析本项目采用 MIDAS 软件对底板进行应力分析。通过改变一个超长底板上设置变形沟的间距距离，分析区域底板板顶与板底由于混凝土收缩所产生的应力，如图7图8所示，分析出变形沟的设置以及不同间距对应力大小的影响。根据以上数据显示，增置变形沟较不设置变形沟的情况下，底板的板面和板底应力都有不同程度上的降低，且应力降低的幅度在30%以上，设置变形沟的间距越小，所产生的应力值越低。所以设置变形沟能较好释放板因收缩而导致的拉力，诱导板块变形集中于沟内，减少板块之间因收缩而带来变形拉裂情况。结合设置变形沟的工程效果和工程项目的经济性考虑，变形沟间隔不宜超过7080 m/道。2工程实例广东省深圳市某大厦项目地下建筑占地面积约为2.67万m2，属于超长混凝土底板项目，地下室底板，一部分基底于微风化岩层上，一部分基底于粉质粘土上。采用环氧树脂涂层及光面处理，以解决因基底的不同约束带来底板