兩種工藝措施對受底板約束的混凝土墻早期形變的影響

羅志宏，夏憲忠，張劍

（1.中交融資租賃有限公司，上海 200125；2.上海交通建設總承包有限公司，上海 200136；3.中交上海航道局有限公司，上海 200002）

0 引言

混凝土產生裂縫的因來自于設計、材料、施工工藝和養護工藝等多個方面，裂縫的形成機制非常復雜[1]。對于受底板約束的混凝土墻，由自收縮、干縮和溫度變化產生的應力是導致其開裂的重要因[2]，工程中多采用安裝抗裂鋼筋、通冷卻水這兩種措施來減小開裂風險和避免產生貫通的長裂縫。在墻體內安裝抗裂鋼筋的措施，能夠通過平衡墻體內部應力，限制和約束墻體的形變，降低開裂風險。在墻體內安裝水管入冷卻水，則可以通過吸收水泥水化熱量，降低墻體內部溫度，減低溫升速率和降低溫度峰值，減小溫度應力，降低開裂風險[3-4]。

雖然這兩種降低開裂風險的措施在工程中都有應用，但很少有文獻就這兩種措施對抑制混凝土早期形變和抗裂的效果進行比較。

本文設計同尺寸、同配合比的4組混凝土墻體（均受底板約束），分別采用安裝抗裂鋼筋（S組）、安裝冷卻水管（W組）、安裝抗裂鋼筋+安裝冷卻水管（SW組）以及兩者均不用（Control組）等4種方式，澆筑混凝土后對墻體內不同測點的早期應變和溫度進行監測，利用這些數據，分析4種情況下，混凝土墻體的抗裂效果[5-6]。本文試驗及分析結果，對混凝土墻體實際工程抗裂工藝措施的選擇有一定參考價值。

1 材料及試驗方法

1.1 材料

水泥為P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為II級C類粉煤灰，細骨料為河砂、II區中砂，碎石為粒徑5耀10 mm和15耀25 mm間斷級配，水為自來水，減水劑為聚羧酸高性能減水劑（PCE）。

1.2 試驗方案

本次試驗墻體分為4組，每組墻體尺寸均為1.80 m伊1.50 m伊0.70 m（長伊高伊寬），4組墻體下已預先澆筑大體積混凝土底板，底板尺寸20 m伊20 m伊0.5 m（長伊寬伊厚）。

混凝土配合比和抗裂措施的應用情況如表1所示。

表1 墻體混凝土配合比及抗裂措施應用表Table 1 Mix proportion of wall concrete and anti-cracking action application

抗裂鋼筋采用直徑25 mm的HRB335二級帶肋鋼筋。鋼筋豎向中心間距16 cm、橫向水平中心間距20 cm，墻厚度方向共布置4層，層中心間距18 cm，鋼筋采用綁扎連接。抗裂鋼筋布置見圖1。

圖1 抗裂鋼筋布置（cm）Fig.1 Anti-crack reinforcement arrangement（cm）

冷卻水管為內徑50 mm、壁厚2 mm的PVC管，通水流量3.0 m3/h，布置在墻厚中部，管路見圖2。

圖2 冷卻水管布置（cm）Fig.2 Cooling pipe arrangement（cm）

1.3 監測儀器及布設

本次試驗采用VS-100振弦式應變計，每組墻體布設3個，位于墻厚中部，位置如圖3。

圖3 應變計布置（cm）Fig.3 Strain gauge arrangement（cm）

2 試驗結果與分析

2.1 形變監測結果與分析

圖4為各混凝土墻分別在1號位置、2號位置、3號位置自混凝土澆筑完成至28 d內的形變量變化情況。

圖4 混凝土墻各位置形變監測結果對比Fig.4 Comparison of deformation monitoring results at different positions of concrete wall

表2為各組混凝土墻自澆筑完成28 d內，1號位置、2號位置、3號位置的最大形變量。

表2 各組混凝土墻28 d各測點最大形變量Table 2 The maximum deformation of each concrete wall at each measuring point in 28 d滋m/m

由圖4可以看出，混凝土墻內部自最初澆筑開始，形變速率較大，至8 d時形變開始放緩，至28 d時形變達到觀測數據最大值。形變變化程度依次表現為Control組>W組>S組>SW組，其中，Control組和W組的形變明顯大于S組和SW組，由此說明抗裂鋼筋對于混凝土形變的約束作用較好。

由圖4和表2可以看出，各組墻體中，形變最大的測點均為2號位，說明應力在墻體對稱中心以下附近較集中，此處最易出現收縮性裂縫[7]。

由表2可以看出，S組和SW組在混凝土墻3個位置的形變差別較小，說明抗裂鋼筋有利于平衡墻體內部不同位置的應力和應變，有利于混凝土抗裂。SW組墻體在3個位置的形變量比S組更小，分析因為通冷卻水帶走了部分墻體內的水化熱，平衡了內部溫度，降低了內部溫度峰值，冷卻后混凝土的約束應力也較小，所以墻體基本恢復到環境溫度時，SW組墻體的形變會更小。

2.2 溫度監測結果及分析

表3為各組混凝土墻1號位置、2號位置、3號位置的最高溫度情況，達到該最高溫度的時間標注在括號內。

表3 各組混凝土厚墻各測點最高溫度及時間Table 3 Maximum temperature and time of each measuring point of each concrete thick wall in each group 益

圖5分別為各組混凝土墻分別在1號位置、2號位置、3號位置的溫度變化情況。

圖5 各墻體的各測點溫度變化Fig.5 Temperature change of each measuring point ofeach wall

由表3和圖5可以看出，各混凝土墻在澆筑完畢后，前期升溫速率較大，約在40 h左右達到溫度峰值，約從第120 h起，降溫速率和幅度明顯減小，逐漸趨于接近環境溫度。溫度峰值依次表現為S組>Control組>SW組>W組，其中，通冷卻水的W組和SW組，混凝土內部溫度峰值明顯低于Control組和S組，說明通冷卻水的措施對于大幅降低墻內溫度作用明顯，也從另一個角度說明了通冷卻水的措施對減小混凝土早期形變有較大的作用[8-9]。

另外，由圖5可見，混凝土內部溫度在40 h左右達到最高溫度，產生了升溫膨脹，但從圖4形變監測結果中未有明顯反應，這說明相對于混凝土水化反應后自收縮產生的形變，升溫膨脹產生的形變幅度遠小于收縮形變幅度。

3 結語

通過試驗數據的分析顯示，采用安裝抗裂鋼筋后，墻體通過抗裂鋼筋平衡內部應力，從而有效減小混凝土墻體的早期形變；而通冷卻水可以大幅降低混凝土內部溫度，減弱墻體內外過大溫差導致的溫度應力的影響，從而減小混凝土早期形變。采用安裝抗裂鋼筋比通冷卻水對減小墻體的早期形變有更大的效果，當同時采用上述兩種措施時，墻體早期收縮形變值最小，相應的減縮抗裂效果也更好。