當(dāng)混凝土開始收縮時,其抗拉強度已增長到足以抵抗收縮引起的拉應(yīng)力,從而防止和減少收縮裂縫的出現(xiàn)。在混凝土中摻加適量的膨脹劑,通過水泥的化學(xué)反應(yīng),使混凝土產(chǎn)生適量膨脹,在鋼筋和鄰位限制下,鋼筋混凝土中產(chǎn)生0.2MPa~1.0MPa的預(yù)壓應(yīng)力,可大致抵消混凝土收縮時產(chǎn)生的拉應(yīng)力,防止混凝土開裂。同時,水化反應(yīng)生成的鈣釩石晶體屬針狀、棒狀晶體,填充、切斷、堵塞混凝土的毛細(xì)孔,使混凝土的抗?jié)B能力大大提高,抗?jié)B標(biāo)號可達(dá)$30,從而達(dá)到混凝土結(jié)構(gòu)自防水的目的。因此,膨脹加強帶的設(shè)置是超長混凝土結(jié)構(gòu)無縫施工技術(shù)的關(guān)鍵所在。
膨脹加強帶的設(shè)置
1.膨脹加強帶的作用.
膨脹混凝土在混凝.土硬化過程.中產(chǎn)生適當(dāng)膨脹.,.在鋼筋的鄰.位約束下,.在混凝土中建立起一定的自應(yīng)力,.其自應(yīng)力值按式計算:
其中,.σc為混凝土.自應(yīng)力;.ρ為截面配筋率;Es為鋼筋的彈.模;.為混凝土限制膨脹率。由式可知,.在配筋率和鋼筋彈性.模量確定的情況下,.膨脹混凝土自應(yīng)力與膨脹率成正比。這樣膨.脹加強帶部位的.自應(yīng).力增大.,.對溫度.收縮.應(yīng)力補償.能力增大,防.止超長結(jié)構(gòu)開裂,其原理如圖所示:
圖中,超長混凝.土使用普通混凝土的溫度收縮應(yīng)力曲線為.ABCDE,.其應(yīng)力從兩邊.向中間增長到.B,.D.兩點時.,σ≥f(.混凝土.抗拉強度),.開始發(fā)生開裂,.釋放能量;.僅采用小摻量膨脹混凝土.進(jìn)行補償?shù)某L混凝土結(jié)構(gòu),.能夠抵消部分溫度收縮應(yīng)力,.其溫度.收縮應(yīng)力曲線為FGHIJ,.應(yīng)力從兩邊向中間隨結(jié)構(gòu)長度延伸而增長,.達(dá)到.G、I兩點時,.σ≥f,.開始發(fā)生開裂,.摻膨脹劑的混凝土達(dá).到開裂時的結(jié)構(gòu)長度較普通混凝土延長,.起到一定補償作用。
當(dāng)大面積采用小摻量膨脹劑混凝土,.適當(dāng)部位局部加大膨脹劑量.形成膨脹加強帶,.對超長混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行疊加式重復(fù)補償時,.其.溫度應(yīng)力曲線為.FKLMJ,.當(dāng)溫度應(yīng)力從兩邊向中間逐漸增長,.到.達(dá)膨脹加強帶部位(K,.M)時,.由于加強帶部位儲存較大自應(yīng)力.(.或膨脹能).對其進(jìn)行補償,.使其應(yīng)力降低,.然后隨長度增加重新.增長,.但最終結(jié)構(gòu)中部最大應(yīng)力值小于混凝土抗拉強度,即σ.≤.f,.保證超長混凝土結(jié)構(gòu)不開裂,.這就是膨脹加強帶的主要作用
2膨脹加強帶數(shù)量的確定
膨脹加強帶的數(shù)量及位置的確定應(yīng)根據(jù)超長混凝土結(jié)構(gòu)的特點、溫度收縮應(yīng)力的大小進(jìn)行綜合分析,在工程誤差要求的前提下,將次要因素忽略,簡化其應(yīng)力曲線,以便進(jìn)行計算。
在上圖中,當(dāng)普通膨脹混凝土溫度收縮應(yīng)力從兩邊增長到G,J兩點時,兩點的拉應(yīng)力達(dá)到混凝土的抗拉強度,如再增長結(jié)構(gòu)就會發(fā)生開裂,必須在G,J兩點增設(shè)膨脹加強帶,進(jìn)一步降低拉應(yīng)力,增設(shè)加強帶后,G,J兩點的拉應(yīng)力降低到K,M點,溫度收縮應(yīng)力從K,M兩點重新增長,但結(jié)構(gòu)中點L處最大拉應(yīng)力不超過混凝土抗拉強度,結(jié)構(gòu)不會發(fā)生開裂。這樣G,L,I三個臨界點拉應(yīng)力為:
聯(lián)立以上四式,可得:
即可確定膨脹加強帶的數(shù)量。其中,n為膨脹加強帶的數(shù)量;f為混凝土的抗拉強度,MPa;E為混凝土的彈性模量;α為混凝土的線膨脹系數(shù),1×10-5;μ為泊松比,取0.15(單向受力時可不考慮);cosh為雙曲余弦函數(shù);Cx為水平阻力;H為結(jié)構(gòu)長條板板厚;L為結(jié)構(gòu)長條板板長。
3膨脹加強帶的布置原則
1)加強帶的數(shù)量及位置必須根據(jù)公式計算,根據(jù)每條加強帶的補償能力確定其數(shù)量;
2)加強帶的寬度不宜太窄,一般控制在2m~3m;
3)膨脹加強帶的位置宜布置在拉應(yīng)力較大、配筋變化及截面突變的部位及應(yīng)力集中部位;
4)結(jié)構(gòu)長度達(dá)到70m以上時,無論計算是否需要加強帶,都均要設(shè)置加強帶。
4膨脹加強帶的構(gòu)造形式
1)連續(xù)式膨脹加強帶構(gòu)造。如圖所示,在收縮應(yīng)力集中的位置,設(shè)置膨脹加強帶,其寬度2m~3m,帶兩側(cè)架設(shè)密孔鐵絲網(wǎng),目的是為防止兩側(cè)混凝土流人加強帶。施工時,帶外側(cè)用小膨脹混凝土,到加強帶時改用大膨脹混凝土,到加強帶另一側(cè)時,又改為小膨脹混凝土。如此循環(huán)下去,可連續(xù)澆筑100m~150m的超長混凝土結(jié)構(gòu),不留硬結(jié)茬,并在不同結(jié)構(gòu)部位使用不同膨脹性能的混凝土。
2)底板間歇式膨脹加強帶構(gòu)造。當(dāng)混凝土供應(yīng)或施工力量達(dá)不到連續(xù)作業(yè)要求而無法連續(xù)施工時,可采用如圖所示的間歇式膨脹加強帶做法。為提高底板后澆加強帶部位的防水效果,留置階梯縫,即先澆混凝土留置階梯口(綁扎兩道鋼板網(wǎng)),硬茬需做附加防水處理:底板兩頭端口豎向加橡膠止水條或鋼板,該止水條或鋼板應(yīng)從墊層豎向一直延伸到與外墻鋼板相接,防止水平方向水的滲入。下次施工需間隔3d以上,待混凝土達(dá)到足夠強度后,再澆膨脹加強帶大膨脹混凝土,緊接著澆小膨脹混凝土。
3)后澆膨脹加強帶構(gòu)造。當(dāng)混凝土無法連續(xù)施工時,也可以先澆筑加強帶兩側(cè)的小膨脹混凝土,兩邊硬茬均留置階梯縫。間隔3d以上,待混凝土達(dá)到足夠強度再澆加強帶大膨脹混凝土。澆帶兩頭端口豎向加橡膠止水條或鋼板,該止水條或鋼板應(yīng)從墊層豎向一直延伸到與外墻鋼板相接,防止水平方向水的滲入。