机场航站楼大体积钢筋混凝土梁楼板裂缝控制.doc

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1、机场航站楼大体积钢筋混凝土梁楼板裂缝控制一工程概况广州白云国际机场工程位于广州花都，由广州白云国际机场有限公司投资兴建，广东省建筑设计研究院设计。广州新白云国际机场总投资196亿人民币，首期工程建设预定于2010年完成，占地近16平方公里，新建东、西两条跑道分别长3800米、宽60米和长3600米、宽45米，满足B747和A340类型飞机全重起降要求。新航站楼建筑面积28万平方米。首期建设规模按年旅客吞吐量2500万人次，典型高峰小时旅客吞吐量9300人的要求设计。建成后的新白云国际机场将是国家三大中枢机场之一，不但会大大提升广州作为国际化大都市的形象，催化广州市、广东省乃至华南地区的经济增长

2、速度，同时也将成为新世纪中国民航事业迈向国际化进程的一个重要标志。二大体积混凝土裂缝控制技术现代工业与民用建筑中，大体积混凝土的工程规模日趋扩大，其结构形式也日趋复杂。大体积混凝土的裂缝控制问题是一项国际性技术难题。许多国家都成立了专门的研究机构，理论成果颇多，但在工程实践中仍然缺乏成熟的实用和理论依据。1 大体积混凝土裂缝的基本原因从基本概念上认为，混凝土结构的裂缝是不可避免的，但其有害程度是可以控制的。有害程度的界限由各种建筑物的使用要求所决定。使用要求包括承载力、持久承载力、允许变形、防水、防射线、防腐蚀以及精神方面包括建筑艺术和美观等。引起混凝土结构开裂的原因是极为复杂的,主要可分为两

3、大类作用,即外荷载作用和变形作用,这两种作用可称为“第一类荷载”和“第二类荷载”,“第二类荷载”即“变形荷载”。国内外大量调查说明,由于“变形荷载”引起的裂缝约占80%以上,变形作用包括气温、生产热源、水泥水化热引起的温度变形作用；温度变形作用(收缩和膨胀变形)；地基不均匀变形作用(水平变形和垂直变形)等。从材料方面看,水泥水化是个放热过程,其水化热为40-60卡/克,对于大体积混凝土来说,就存在蓄热与放热过程,混凝土绝热温升可达到30-50,与环境温度出现温差效应,持续放热时间达30-60天。研究表明,当混凝土内外温差为10时,产生冷缩值约0.01%,当温差达20-40时,其冷缩值则为0.0

4、2-0.04%,这是大体积混凝土开裂的主要原因。2新乡机电专科学校综合教学楼地下室大体积钢筋混凝土底板抗裂验算新乡机电专科学校综合教学楼地下室大体积钢筋混凝土底板高为1200mm,长72m，宽32m, 混凝土设计标号C45，单向配筋率P0.86 % 。采用525#普通硅酸盐水泥,商品混凝土，混凝土坍落度16-19cm，泵送。采用高效混凝土泵送剂，混凝土单方水泥用量420Kg/m3, ,水胶比W/B=0.45。环境温度26-32，取T4=29。混凝土入模温度29, 抗裂验算如下：水泥水化热引起混凝土最高绝热温升:Tmax= 。式中:W-单方混凝土水泥用量(Kg/m3)。Q1每公斤水泥水化热值,5

5、25普通硅酸盐水泥水化热值取375J/Kg。rh-混凝土容重,取2400Kg/m3。C-混凝土比热,取0.96KJ/Kg。所以,Tmax= 69()。忽略大体积钢筋混凝土梁沿宽度方向的散热，只考虑沿高度方向一维散热,散热系数为0.5-0.6,取0.5,则由水泥水化热引起的温升值: T1=690.5=35()。混凝土入模温度:T2=29。则预计混凝土中心平均温度:T3=T1T2=3529=64()。环境气温26-32 OC，取平均差值T0= = 3() 。所以, 混凝土的最大冷缩值:St= (T3-T4T0)=1.010-5(64-29+3)=3.810-4。混凝土7天最大干缩值Sd(t)按下面

6、经验公式计算:Sd(t)=3.2410-4(1-e-0.03t)m1m2mn 。m1、m2mn为各种因素影响系数,这里取以下几种影响系数:水泥品种影响系数:m1=1.00；水泥细度影响系数:m2=1.00；骨料系数:m3=1.00；水灰比系数:m4=1.10；水泥浆量系数:m5=1.20；养护时间系数:m6=1.00；环境湿度系数:m7=0.77。代入公式得:Sd(7)=0.6310-4。混凝土的极限延伸率Sk按下式计算:Sk=0.5Rf(1 )10-4。C40混凝土Rf=2.55Mpa代入公式得:Sk=1.6710-4。混凝土7天的极限延伸率：Sk(7)=0.8Sk(lgt)2/3=1.19

7、10-4。混凝土的受拉徐变,偏于安全地假设为极限延伸率的0.5倍,则CT=0.5Sk(7)=0.51.1910-4=0.6010-4。混凝土最终变形:D= -（St+Sd-CT）=- 3.8310-4 (负号表示受拉状态)。由于混凝土7天最终变形值D=-3.8310-4，大于混凝土7天的极限延伸率Sk(7)= 1.1910-4，故混凝土会开裂。3大体积混凝土抗裂技术措施大体积混凝土工程因散热降温引起的冷缩比干缩更容易引起开裂，常规的温度控制措施往往既复杂又费钱。吴中伟院士提出，采用水化热低，又有一定膨胀性能的补偿收缩混凝土，同时加以适当的温度控制，就有可能做到既经济合理，又能有效地解决大体积混

8、凝土的开裂问题。他提出了混凝土冷缩和干缩的联合补偿模式。首先根据混凝土最大温降值（）和混凝土的线膨胀系数（通常取110-5/）计算最大冷缩值ST，同时考虑干缩值S2，最后选定适宜的限制膨胀率2和湿养膨胀时间t，对两种收缩进行补偿，当（2S2+r）ST=0或不超过极限拉伸P，就能达到控制裂缝的目的。在这一理论指导下，中国建筑材料科学研究院以UEA-H膨胀剂，缓凝高效减水剂和粉煤灰或矿渣粉的“三掺”技术，在降低水泥热的同时，通过UEA-H产生的前期膨胀以补偿混凝土的冷缩，后期（1460d）微膨胀以补偿干缩，这种“抗”的方法较好地解决了大体积混凝土的裂缝控制问题。在大体积混凝土施工中，控制混凝土中心

9、温度与表面温度之差是非常重要的。采用普通混凝土，温差应控制在25之内，否则，往往因温差应力而产生开裂（冷缩裂缝）。而采用UEA-H补偿收缩混凝土，这个温差可放宽至40-45。其原理如下：设大体积混凝土中心温度为T1，表面温度为T2，大气温度为T3；UEA-H混凝土限制膨胀率是2，混凝土产生限制膨胀系数为，产生的膨胀当量温度T4=2/，一般，2=2-310-4，=1.010-5/,则T4=20-30。若采用普通混凝土，须T1=T1-T225，否则，混凝土会开裂。而采用UEA-H补偿收缩混凝土后：T1=T1-T225+ T4（），T2=T1-T325+ T4（）。当量温度与混凝土限制膨胀率成正比。

10、这意味着在大体积混凝土施工时，采用UEA-H补偿收缩混凝土，放宽了温控指标，一般不必再用冷却骨料、在混凝土中埋设冷却水管等传统施工方法。这样可以大大节约昂贵的施工费用。例如重庆世界贸易中心转换层大梁（1.54129m，C60），重庆嘉陵江黄花园大桥桥墩承台C50大体积混凝土工程，深圳华为科研中心5区承台3m厚大体积混凝土工程，广州天汇大厦底板（厚1.5-2.0m，C40，S10），青岛中银大厦底板（厚1.3-1.8m，C50，S12），上海世界贸易商城板（1831011m，C40，S12），秦山核电站二期工程和西部卫星发射井等大体积特种结构，采用补偿收缩砼获得成功。4广州机场航站楼大体积钢筋混

11、凝土梁抗裂分析沿用二2前提条件，在混凝土中掺入北京中岩特种工程材料公司生产的“中岩”牌低碱低掺量高效混凝土膨胀剂（UEA-H），掺入量为胶凝材料总量的8%，单方混凝土水泥用量C=386Kg/m3，UEA-H = 34 Kg/m3。UEA-H混凝土在配筋率P=0.79%时限制膨胀率 23.5010-4，配筋率P=0.86%时限制膨胀率 2=3.2210-4。抗裂分析如下：水泥水化热引起混凝土最高绝热温升:Tmax= 。式中:W1-单方混凝土水泥用量。W2-单方混凝土UEA-H用量。Q1每公斤水泥水化热值,525硅酸盐水泥水化热值取375J/Kg。Q2UEA-H水化热值,取246J/Kg。rh-混

12、凝土容重,取2400Kg/m3。C-混凝土比热,取0.96KJ/Kg。所以,Tmax= = 67()。考虑混凝土梁一维散热,散热系数为0.5-0.6,取0.5,则由水泥水化热引起的温升值: T1=670.5=34()。混凝土入模温度:T2=29。则预计混凝土中心平均温度:T3=T1T2=3429=63()。环境气温26-32 OC，取平均差值T0= = 3() 。所以, 混凝土的最大冷缩值:St= (T3-T4T0)=1.010-5(63-29+3)=3.710-4。混凝土7天最大收缩值Sd(t)按下面经验公式计算:Sd(t)=3.2410-4(1-e-0.03t)m1m2mn 。m1、m2m

13、n为各种因素影响系数,这里取以下几种影响系数:水泥品种影响系数:m1=1.00；水泥细度影响系数:m2=1.00；骨料系数:m3=1.00；水灰比系数:m4=1.10；水泥浆量系数:m5=1.20；养护时间系数:m6=1.00；环境湿度系数:m7=0.77。代入公式得:Sd(7)=0.6310-4。混凝土的极限延伸率Sk按下式计算:Sk=0.5Rf(1 )10-4。C40混凝土Rf=2.55Mpa代入公式得:Sk=1.6710-4。混凝土7天的极限延伸率：Sk(7)=0.8Sk(lgt)2/3 = 1.1910-4。混凝土的受拉徐变,偏于安全地假设为极限延伸率的0.5倍,则CT=0.5Sk(7

14、)=0.51.1910-4 = 0.6010-4。混凝土最终变形:D=2-(St+Sd-CT) = - 0.5110-4 (负号表示受拉状态)。由于混凝土7天最终变形值D=-0.5110-4，小于混凝土7天的极限延伸率Sk(7)= 1.1910-4，故混凝土不会开裂。三 广州机场航站楼大体积钢筋混凝土梁裂缝控制技术措施（一）.结构设计原则1、掺低碱低掺量高效混凝土膨胀剂（UEA-H）补偿收缩混凝土大多应用于控制有害裂缝的钢筋混凝土工程，混凝土的膨胀只有在限制条件下才能产生于压应力。所以，构造（温度）钢筋的设计对该混凝土有效膨胀能的利用和分散收缩应力集中起到重要作用。结构设计者必须根据不同的结构

15、部位，采取不同的合理配筋。以往绝大多数设计图纸只写混凝掺入膨胀剂、强度等级，对混凝土的限制膨胀率没有提出具体要求，造成膨胀剂少掺或误掺，达不到补偿收缩效果而产生有害裂缝。根据GBJ11988混凝土外加剂应用技术规范要求，掺膨胀剂的补偿收缩混凝土水中养护14天的限制膨胀率0.015%，相当于在结构中建立的预压应力大于0.2MPa。该工程实际混凝土限制膨胀率最好控制在0.030.04%。施工单位或混凝土搅拌站应根据设计要求，确定膨胀剂的最佳掺量，在满足混凝土强度要求下，同时达到补偿收缩混凝土的限制膨胀率。只有这样，才能达到控制结构有害裂缝的效果。所以，当采用膨胀剂时请结构设计者在图纸上注明：“采用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土，强度等级、水中养护14天的混凝土限制膨胀率XX%（一般应大于0.030%）”。2、对于大梁与楼板相连的结构，由于大梁与楼板的配筋率相差较大甚至混凝土标号亦不一致，混凝土胀缩变形与限制条件有关，由于集中应力原因，在离开大梁12m的楼板上易出现收缩裂缝。工程实践表明，在梁板相连处设附加筋（钢筋网片