國內(nèi)外補(bǔ)償收縮混凝土規(guī)范述評(píng)
2005-07-12 00:00
[摘 要]本文簡要介紹了美國ACI 223298 的報(bào)告《補(bǔ)償收縮混凝土的使用準(zhǔn)則》，對(duì)美國在補(bǔ)償收縮混凝土的理論研究、設(shè)計(jì)、施工實(shí)踐等方面的經(jīng)驗(yàn)作了介紹，并對(duì)我國應(yīng)用補(bǔ)償收縮混凝土的現(xiàn)狀作了總結(jié)，將我國規(guī)范與美國、日本等國的標(biāo)準(zhǔn)作了比較，指出了它們的異同及我國規(guī)范的不足之處。
[關(guān)鍵詞]補(bǔ)償收縮混凝土；外加劑；膨脹劑；膨脹率
1 國外補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用現(xiàn)狀
1. 1 美國ACI 223298 報(bào)告概要
1998 年，美國ACI 223 主席H . G . Russell 提出《補(bǔ)償收縮混凝土的使用準(zhǔn)則》報(bào)告，綜合了理論研究、設(shè)計(jì)方面、施工實(shí)踐的經(jīng)驗(yàn)，提出規(guī)范性的使用方法，目的是減少混凝土樓層、路面和構(gòu)筑物的干縮開裂。減少膨脹混凝土開裂的作用取決于早期的養(yǎng)護(hù)，混凝土的配合比應(yīng)保證適當(dāng)?shù)呐蛎浺匝a(bǔ)償隨后的干縮。
1. 2 混凝土材料
1) 水泥(K型)
要選用能滿足混凝土膨脹和強(qiáng)度的水泥，要求CaSO4 和Al2O3 的比例在適當(dāng)時(shí)間內(nèi)利于鈣礬石的生長。水泥過細(xì)會(huì)導(dǎo)致混凝土早期強(qiáng)度較高，影響混凝土膨脹的發(fā)展。當(dāng)配筋率0115 %時(shí)，最低水泥用量為306 kgPm3 。
2) 骨料
用河卵石，一年后膨脹率為0103 %；用砂巖碎石，一年后膨脹率為0102 %。海砂(含氯) 會(huì)降低膨脹性，增加干縮。
3) 水
比普通混凝土多10 %～15 %。
4) 外加劑
各種外加劑對(duì)膨脹各有利弊，要注意其相互適應(yīng)性，由試配決定哪些可用。如有些減水劑、緩凝劑不利于鈣礬石反應(yīng)；快凝劑(如CaCl2 ) 不能用，它會(huì)減少膨脹，增加收縮；粉煤灰、火山灰會(huì)影響強(qiáng)度和膨脹等。要特別注意對(duì)坍落度、限制膨脹率以及干縮的影響，要控制溫度。
1. 3 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
要求補(bǔ)償收縮混凝土的膨脹與隨后的收縮互相抵消，才不致產(chǎn)生裂縫。
1. 3. 1 約束
主要約束條件有以下幾個(gè)方面:由配筋提供的彈性約束，將發(fā)展補(bǔ)償收縮作用，但高配筋率的構(gòu)件膨脹率小，而低配筋率的膨脹率大；相鄰構(gòu)件的約束(如底板對(duì)墻和柱對(duì)墻板的約束) ；地基對(duì)底板的摩阻約束。強(qiáng)約束條件補(bǔ)償收縮較少。
1. 3. 2 最低配筋率和布筋
補(bǔ)償收縮混凝土的最低配筋率為0.0015。如全補(bǔ)償需膨脹率0.025 % ，配筋率為0.05 %的構(gòu)件要求棱柱體試件的膨脹率為0.04 %；反之，膨脹率為0.05 % ，可以滿足配筋率為0.75 %構(gòu)件的補(bǔ)償收縮?？赡馨宓呐浣盥史謪^(qū)不同，可取其平均膨脹率。預(yù)計(jì)構(gòu)件收縮量時(shí)，應(yīng)考慮構(gòu)件厚度和混凝土材料對(duì)收縮的影響。
1. 3. 3 鋼筋混凝土板
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)預(yù)計(jì)早期荷載疊加膨脹應(yīng)力后不應(yīng)超過規(guī)范規(guī)定?？砂匆韵掠?jì)算:對(duì)構(gòu)件膨脹率εc ，混凝土截面面積Ac ，鋼筋面積As ，配筋率ρ，鋼筋彈性模量Es ，則鋼筋中的拉力和混凝土中的壓力均為εc Es As ，混凝土中的壓應(yīng)力=εcEsAs/Ac =εcρEs ，構(gòu)件伸長Δ = Lεc 。例:構(gòu)件配筋率ρ=0.15 % ，εc = 0.10 % ， Es = 200 GPa ，產(chǎn)生壓應(yīng)力013 MPa。對(duì)大部分工程，設(shè)計(jì)師應(yīng)規(guī)定構(gòu)件的最小膨脹率εc ≥0.03 %。
1. 3. 4 隔離接縫
墻、柱、機(jī)器基礎(chǔ)、基礎(chǔ)或外約束的其它結(jié)點(diǎn)常設(shè)接縫以適應(yīng)垂直或水平的位移。如管路、油池的接縫能適應(yīng)混凝土的初始膨脹。接縫墊料不能太硬，可用壓縮應(yīng)力0.17 MPa時(shí)，壓縮應(yīng)變能達(dá)到50 %的材料。
1. 3. 5 施工縫
采用補(bǔ)償收縮混凝土?xí)r，在封閉結(jié)構(gòu)內(nèi)其溫度變化小，可鋪設(shè)1500m2板不設(shè)縫；在不封閉環(huán)境，溫度變化大時(shí)可鋪650～1100 m2不設(shè)縫，盡可能做成方形板。相鄰板的差異收縮和新澆板水化熱引起的膨脹，如不采取措施，可能發(fā)生裂縫。
1. 3. 6 收縮縫
在露天地面，可以30.5m設(shè)1個(gè)收縮縫，在有濕度的地面可以45.7～61.0 m設(shè)縫。除了高應(yīng)力區(qū)外，補(bǔ)償收縮混凝土可取代收縮縫。
1. 3. 7 膨脹縫
要保證適度膨脹，0.06 %膨脹率相當(dāng)于溫度變化38 ℃，在自由非約束邊，應(yīng)允許地基上的板發(fā)生膨脹應(yīng)變。
1. 3. 8 后張結(jié)構(gòu)混凝土
后張產(chǎn)生彈性縮短和附加徐變，加上收縮、徐變、溫度冷縮使框架結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件長度變短，由于這些變形，框架柱必須抵抗更高的力矩和剪力，特別是對(duì)連續(xù)基礎(chǔ)上的第一層框架柱，框架縮短將柱向內(nèi)拉。對(duì)地基上的后張板，補(bǔ)償收縮混凝土初始階段壓縮應(yīng)力大于張拉應(yīng)力，在混凝土澆后5～10d 內(nèi)，在外部作用適當(dāng)約束時(shí)，可以達(dá)到0.01～0.10 MPa的壓縮應(yīng)力，混凝土的壓縮應(yīng)力消失很快，除非在混凝土收縮前施加后張應(yīng)力。對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土可以消除地基板摩阻約束產(chǎn)生的張應(yīng)力，由于早期混凝土存在約束，可以由混凝土膨脹抵消，因而不需后張混凝土，而普通混凝土則需要。
1. 4 混凝土澆筑、抹面與養(yǎng)護(hù)
通常，補(bǔ)償收縮混凝土稍粘，不易離析，適于泵送。a) 當(dāng)塑性混凝土澆筑于干土或硬化混凝土上，應(yīng)將其澆濕，熱天還應(yīng)把模板、鋼筋澆濕。b) 在干、熱、多風(fēng)天氣，混凝土易失水產(chǎn)生塑性裂縫，可用一定功能的噴霧機(jī)噴水霧于混凝土表面防止水分散發(fā)，直到終凝。c) 防止預(yù)拌混凝土澆筑延誤，因攪拌時(shí)間愈長，坍落度損失愈大。d) 建議在溫度30 ℃限時(shí)攪拌1 h ，在30 ℃以下可拌115 h ，當(dāng)用高效減水緩凝劑，上限溫度可提高。要求養(yǎng)護(hù)7 d ，水溫要適當(dāng)。e) 補(bǔ)償收縮混凝土泌水少，對(duì)抹面有利。f) 養(yǎng)護(hù)應(yīng)防止早期混凝土收縮，要選較好的養(yǎng)護(hù)方法，如蓄水養(yǎng)護(hù)、連續(xù)噴淋、濕麻袋覆蓋等就很有成效。在混凝土終凝后馬上養(yǎng)護(hù)(至少7 d) ，如未到位，可先噴霧水(特別在干、熱、多風(fēng)天氣) 。如在7 d 前拆模，應(yīng)用養(yǎng)護(hù)平衡濕度，在極端冷熱天氣應(yīng)做好初期養(yǎng)護(hù)。
2 我國補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用現(xiàn)狀
2. 1 總的情況
a) 我國是使用補(bǔ)償收縮混凝土的大國，每年使用膨脹劑達(dá)40 萬噸，國內(nèi)膨脹劑產(chǎn)品很多，應(yīng)用的工程也很多。
b) 國內(nèi)補(bǔ)償收縮混凝土的使用缺少詳細(xì)的規(guī)范，使用不當(dāng)易出現(xiàn)問題，從而使人產(chǎn)生誤解，有些省、市甚至發(fā)文禁止某些膨脹劑的使用。
c) 有些施工單位缺乏應(yīng)用補(bǔ)償收縮混凝土的經(jīng)驗(yàn)，出現(xiàn)少用膨脹劑；應(yīng)用假貨、次品；膨脹劑不符合要求等情況，導(dǎo)致工程出現(xiàn)問題。
d) 設(shè)計(jì)方面對(duì)混凝土要求不準(zhǔn)確、不要求或由施工單位作主，而在美國的準(zhǔn)則中，規(guī)定設(shè)計(jì)人員要參與必要的計(jì)算和決定。
e) 我國各地水泥種類、生產(chǎn)廠家繁多，應(yīng)選擇適合補(bǔ)償收縮的水泥品種和外加劑類別。
f) 規(guī)范化設(shè)計(jì)、施工是可以把補(bǔ)償收縮混凝土工程做好的。另外，加強(qiáng)研究工作也很需要，如對(duì)混凝土中各種材料的相容性，設(shè)計(jì)指標(biāo)的準(zhǔn)確性的研究就很有必要。
g) 對(duì)膨脹劑材料已有相應(yīng)的規(guī)程。膨脹劑一般摻率為8 %～12 % ，但也有同樣品牌(不同廠) 的膨脹劑有不同的膨脹率和摻率的情況，從而引起使用上的混亂?！痘炷镣饧觿?yīng)用技術(shù)規(guī)范》(GBJ 50119) 對(duì)補(bǔ)償收縮混凝土的設(shè)計(jì)、施工作了若干規(guī)定。
2. 2 中國、日本、美國的膨脹混凝土標(biāo)準(zhǔn)的比較日本JISA 6202 :1997 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，試件按表1 要求試驗(yàn)。從試驗(yàn)要求上比較，我國與其性能是相近的。我國與日本都用膨脹劑制作補(bǔ)償收縮混凝土，我國明礬石膨脹水泥(AEC)也有使用，但較少，由于對(duì)水泥混凝土總堿量的限制(小于3kg/m3混凝土)，AEC水泥用于堿骨料產(chǎn)地(如北方) 要加以特別注意。各國補(bǔ)償收縮混凝土標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)比較見表2。
從內(nèi)容上看我國規(guī)范較簡要(僅5000余字) ，美國標(biāo)準(zhǔn)較詳細(xì)(40000 字以上) 。a) 我國規(guī)范對(duì)混凝土養(yǎng)護(hù)較注意，時(shí)間也較長(14d) ，但對(duì)混凝土的施工要求太簡單。b) 美國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)膨脹率的要求比中國高，見表3。c) 美國標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)補(bǔ)償收縮膨脹量應(yīng)大于預(yù)期的收縮量，設(shè)計(jì)要規(guī)定混凝土的膨脹率> 0.03 %(ASTM C 878 標(biāo)準(zhǔn)) ，施工時(shí)應(yīng)留樣做膨脹試驗(yàn)，對(duì)膨脹混凝土的質(zhì)量更有保證。除個(gè)別工程，這點(diǎn)我國做不到。d) 美國標(biāo)準(zhǔn)對(duì)構(gòu)件約束很注意，如底板對(duì)墻的約束采取減少約束的措施，地下室墻的澆筑考慮墻的自由膨脹，同時(shí)考慮框架變形對(duì)柱的影響。我國則通過增加配筋率和布筋來解決。e) 美國標(biāo)準(zhǔn)要求按工地材料試配，選擇適合膨脹性又符合強(qiáng)度等要求的水泥，特別對(duì)外加劑(減水劑、緩凝劑) 要選用合適的。f) 我國混凝土試件和砂漿試件的限制膨脹率之比ε2 (混凝土)/ε2 (砂漿) = 0.6～0.7 ，美國為ε2 (混凝土)/ε2 (砂漿)= 0.03/0.04 = 0.75。
3 結(jié)論
a) 認(rèn)真按規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)去做，補(bǔ)償收縮混凝土結(jié)構(gòu)是可以做好的，有害裂縫是可以減少或避免的。
b) 各地的水泥以及外加劑應(yīng)作認(rèn)真的篩選，改善級(jí)配，以利于膨脹混凝土的補(bǔ)償收縮作用。
c) 中國和美國均未規(guī)定應(yīng)用纖維混凝土作為混凝土的抗裂方法，采用膨脹混凝土是相對(duì)經(jīng)濟(jì)的方法，有時(shí)可配合用后張預(yù)應(yīng)力防止裂縫出現(xiàn)。
d) 國外規(guī)范中有些內(nèi)容值得我們借鑒、參考。
參考文獻(xiàn)
1 ACI Committee 223. Standard Practice for the Use of Shrinkage Compensating Concrete. 1998
2 中華人民共和國建設(shè)部. 混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范，GBJ50119. 2002
3 游寶坤. 混凝土膨脹劑及其應(yīng)用. 北京. 中國建材工業(yè)出版社，2002 編輯：
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