施工因素对地铁车站侧墙混凝土早期裂缝影响监测分析

监测了不同施工季节、模板材质和拆模时间等工况下某地铁车站主体结构侧墙混凝土温度、应变历程,分析了其对混凝土早期收缩开裂的影响。结果表明,施工时气温越高,侧墙混凝土温升、温降、温降速率以及温降收缩越大,开裂风险也显著上升。使用钢模板有利于早期散热,可显著降低侧墙混凝土的温升与温度峰值,降低其开裂风险。延长木模板拆模时间可减小侧墙混凝土的温降速率,利用混凝土的徐变效应抑制开裂风险。上述施工因素变化过程中,侧墙混凝土的里表温差及其引起的开裂风险总体较小。     

不同季节地铁车站侧墙大体积混凝土抗裂防渗性能研究

温控型氧化镁膨胀剂具有调控混凝土水化放热历程和补偿收缩的双重功能,在不同季节下用其配制的补偿收缩混凝土大幅度提高了苏州明挖地铁车站侧墙大体积混凝土的抗裂防渗效果。实体结构监测数据表明,混凝土入模温度越高则温升越高,在夏季浇筑成型的侧墙大体积混凝土实体结构内部微应变最低,相对应的收缩开裂风险也最高;温控型氧化镁膨胀剂使侧墙大体积混凝土实体结构内部温峰降低了3.4~6.5℃,温峰出现时间延迟了8~10 h,温度修正后微应变最大值增长了30με~58με,30 d内最小值增长了77με~92με。     

现浇隧道结构混凝土不同裂缝控制技术效果比较

在控制原材料质量、优化配合比、降低入模温度的基础上,依托厚1.3 m、长10 m的现浇隧道模型,比较了分别以掺加具有温升抑制及微膨胀功能的抗裂剂与设置加密冷却水管为核心的裂缝控制成套技术方案效果。尽管采取间距为30 cm的加密冷却水管措施可大幅降低混凝土温峰值,但侧墙结构混凝土仍出现贯穿性裂缝,表明自收缩也是混凝土早期开裂的主要原因之一。模型试验及随后的工程应用结果表明,从功能材料角度出发实现对混凝土温度历程与全过程变形历程的双重调控是抑制现浇隧道结构混凝土早期收缩开裂的关键及可行性方案。     

基于统计分析的侧墙混凝土最大开裂风险回归模型

地下现浇侧墙结构混凝土开裂渗漏问题是工程界普遍公认的一大顽疾。针对多个工程实体侧墙结构,在采用水化-温度-湿度-约束耦合模型对侧墙混凝土在材料、结构、环境、施工等多种因素耦合作用下的早龄期收缩开裂风险进行量化评估的基础上,进行了四百余种工况的统计分析,通过方差分析进行各参数影响程度分析,并得到适用于厚0.3~1.2 m、强度等级C30-C60的侧墙结构混凝土中心温度和最大开裂风险多元回归模型,结果吻合较好,为快速便捷地预测侧墙结构混凝土的中心温升与最大开裂风险提供了较为有效的方法,为初步制定现浇地下侧墙结构混凝土抗裂方案提供依据。     

侧墙结构混凝土早龄期开裂风险影响因素定量研究

采用基于"水化-温度-湿度-约束"多场耦合机制的抗裂性评估理论与方法,结合城市轨道交通工程典型的主体结构形式,考虑材料、结构、施工等因素对城市轨道交通地下车站主体结构混凝土开裂风险的影响,系统研究了混凝土自身材料性能(强度等级、绝热温升、自生体积变形)、结构(长度、厚度)、施工工艺(浇筑季节、入模温度、模板类型、拆模时间)等因素对开裂风险的定量影响,明晰了各参数对侧墙结构混凝土开裂风险的影响规律,为抗裂性能控制指标的确定和类似工程侧墙结构混凝土早期抗裂提供指导。     

混凝土高效抗裂剂在徐州轨道交通地下工程中的应用

轨道交通地下车站侧墙中温度开裂是其最主要的开裂形式,主要是由于结构温升高,且拆模后快速的降温造成收缩开裂。基于此,在混凝土中掺入HME-V混凝土(温控、防渗)高效抗裂剂,该抗裂剂能够降低水泥水化速率,进而降低混凝土结构温升及温度开裂风险;并且抗裂剂自身膨胀组分水化产生膨胀,进一步补偿混凝土自收缩及后期温度收缩。HME-V混凝土(温控、防渗)高效抗裂剂在徐州轨道交通2号线市政府站中得到了成功的应用,全站侧墙中未见任何贯穿性裂缝。     

钙镁复合膨胀技术在城市轨道交通工程中的应用

地下车站主体结构混凝土开裂渗漏是城市轨道交通工程建设的顽疾,尤其是侧墙结构。采用环境模拟箱研究了实际温度历程下CaO与MgO膨胀组分对混凝土早期变形性能的影响。结果表明:复合掺入4%CaO与4%活性(110±10)s MgO可使混凝土温升阶段膨胀变形较基准混凝土增大约82%,温降阶段收缩变形较基准混凝土减小约17%。基于钙镁复合膨胀技术制备低收缩、高抗裂混凝土并用于无锡地铁4号线某地下车站主体结构侧墙施工,显著降低了其收缩变形与开裂风险,实施效果良好。     

金鸡湖隧道现浇侧墙结构抗裂性能提升技术与应用

为解决金鸡湖湖底隧道现浇侧墙易出现早期收缩裂缝问题,在采用温控膨胀抗裂剂优化配合比降低收缩应力与开裂风险基础上,基于多场耦合机制的现代混凝土开裂风险评估方法对抗裂性施工影响因素模拟计算,提出温控指标及针对性工艺方法,采用微膨胀抗裂混凝土与预埋水管冷却控温协同抑制厚度1.4 m侧墙开裂风险,通过工程监测与观察验证,材料与工艺措施配合可实现主体结构无贯穿性收缩开裂.     

温度场与膨胀历程双重调控抑制混凝土开裂技术

侧墙混凝土结构快速温降过程中很大的温度收缩是导致其易于开裂的关键原因。为抑制这一风险,从温度场与膨胀历程双重调控角度出发,一方面通过新型水化热调控材料削弱侧墙混凝土温峰,控制温降速率,抑制温度收缩;另一方面掺入CaO类高效膨胀剂,产生显著有效膨胀,补偿侧墙混凝土结构温度收缩和自收缩。二者复合使用,是提升侧墙混凝土抗裂性行之有效的方法。这一技术在重庆天和国际商业中心侧墙大体积混凝土结构中得到成功应用,混凝土14 d水养限制膨胀率达0.028%,并降低了结构中心部位最高温升约6.2℃,降温幅度近10%。     

混凝土温升抑制抗裂技术在镇江西津湾地下停车场工程中的应用

侧墙混凝土结构温度控制是降低其温降收缩开裂风险的重要措施之一。试验研究了粉煤灰、矿粉和水泥水化热调控材料掺入对水泥水化放热进程和混凝土绝热温升历程的影响。试验结果表明:粉煤灰显著降低水泥水化加速期放热速率、放热速率峰值和放热总量,同等掺量下矿粉对这些参数影响则相对较小,抑制温升效果较差,水泥水化热调控材料显著降低水泥水化加速期放热速率、放热速率峰值,但不影响最终放热总量,绝热温升早期温度上升速率也明显延缓。将基于这些试验结果形成的混凝土配合比和配套施工措施应用于镇江西津湾地下停车场超长结构一次性浇筑过程中,取得了良好的抗裂效果。     

现浇隧道大体积侧墙结构混凝土裂缝控制技术

以控制太湖湖底现浇隧道主体结构大体积混凝土无贯穿收缩性裂缝为目标,基于多场耦合机制抗裂性评估提出了混凝土裂缝控制成套技术。通过掺加具有温升抑制与微膨胀功能的抗裂剂实现混凝土温升和收缩性能的双重调控,采取新型张贴式混凝土保温保湿养护材料实现温降阶段混凝土中心平均温降速率不超过2.0℃/d,内外温差不超过15℃。首件主体结构大体积侧墙自2018年11月浇筑,至今变形监测曲线未出现跳点,实体结构未发现裂缝,裂缝控制效果良好。     

混凝土早龄期性能与裂缝控制

从混凝土微观结构出发,研究普通混凝土、高性能混凝土成型过程的时变温度场;对裂缝持续增长的早龄期混凝土物理、力学特性进行深入、系统的研究;综合考虑混凝土材料、结构特征,研究混凝土结构早期裂缝的成因机理、分析方法与控制措施;提出裂缝开展的预测和控制方法,建立裂缝扩展过程的损伤模型;在理论分析与试验研究的基础上,总结了混凝土早龄期的水化、温度、收缩、徐变、力学性能和断裂性能随时间的发展规律;综合分析各种因素对混凝土早期开裂的影响,推导了混凝土结构内部应力的增量计算方法。对室内试验与实际工程的研究表明：对混凝土早期开裂的分析应该是对混凝土温度、收缩、徐变、力学性能、结构特征等因素的综合动态分析,提出的混凝土早龄期开裂分析模型与试验结果吻合良好,采用理论模型结合数值模拟的方法可以有效提高分析过程的效率与准确性。图18参22     

高性能混凝土早期裂缝的防治措施

通过对高性能混凝土产生早期裂缝的原因进行分析得出,温度变形和自收缩变形是导致混凝土开裂的主要原因,而其产生的干缩可以忽略不计。从而提出降低温度收缩和自收缩来控制混凝土出现早期开裂,同时还介绍了掺加高效减水剂降低早期水化程度、掺膨胀剂补偿收缩和掺加纤维阻裂增韧。     

变温历程对混凝土抗裂效能的影响

为探究CEA和HME-V外加剂在变温历程实体混凝土结构中抗裂的效果,研究了温度历程对此类混凝土抗裂效能的影响。结果表明:温度历程对CEA和HME-V外加剂补偿收缩变形的影响显著,CEA的膨胀速率随温度的升高而加快,且在开裂风险高的温降阶段无补偿收缩变形作用,HME-V在温升及温降阶段均发挥较好的补偿变形作用,且与混凝土温度历程匹配较好;实际工程宜评估实体结构变温历程条件下CEA和HME-V外加剂的补偿收缩变形能力来优选抗裂效能较好的外加剂,并在满足设计要求的情况下,参考变温历程条件下混凝土强度的发展来确定拆模时间。     

Early age deformations of concrete with high content of mineral additions

Under the project “EcoBéton” (Green concrete) funded by the French National Agency (ANR), concrete mixtures with a high quantity of mineral additions, such as blast-furnace slag and fly ash were studied. A first approach to quantify their cracking risk was to measure their plastic shrinkage evolution. In parallel, the evolution of other parameters such as setting, capillary depression and porosity were also monitored to relate this deformation to the evolution of the microstructure of the studied mixtures. Setting monitoring by means of ultrasonic measurements allows obtaining significant macroscopic information such as hardening process and rigidity evolution. The correlation between these different parameters shows that the plastic shrinkage evolution can be divided into three phases driven by different mechanisms. Moreover, it appears that the use of mineral additions has an effect on the plastic shrinkage behaviour, but this impact is not proportional to the percentage of additions. It depends on the hydration process and the microstructure of the cementitious materials. So, it seems that an optimum content of cement replacement by mineral additions must be sought to limit the development of plastic shrinkage of concretes with mineral additions at early age. However, a high rate of substitution of cement may affect the early age compressive strength of the concrete. So these mixtures were also optimised to obtain a significant compressive strength at an early age, but this optimisation leads to a higher risk of cracking for some of them.     

矿物掺和料对混凝土早期开裂的影响

针对高性能混凝土普遍存在的早期开裂问题,采用板式混凝土开裂架研究了掺硅灰、粉煤灰、矿渣粉对混凝土早期开裂的影响规律,同时测量了混凝土早期自收缩及在干燥条件下的总收缩。试验结果表明:掺硅灰对混凝土在干燥条件下的早期总收缩影响不大,但使混凝土早期开裂加重;掺粉煤灰使混凝土早期自收缩明显减小,而总收缩并不降低;掺矿渣粉使混凝土早期自收缩和总收缩都增大,而掺粉煤灰和矿渣粉均使混凝土早期抗裂性改善,且掺粉煤灰抗裂性优于矿渣粉。掺硅灰混凝土早期抗裂性差的主要原因是混凝土早期弹性模量增大,徐变和应力松弛能力降低;而掺矿渣粉或粉煤灰混凝土早期抗裂性改善的主要原因在于混凝土早期弹性模量减小、徐变和松弛能力提高。     

陶粒内养护高性能混凝土抗裂性能研究

通过平板开裂试验,研究陶粒内养护对不同强度混凝土早期抗裂性能的影响规律,并结合混凝土塑性收缩试验、绝热温升试验和内部相对湿度变化,探明陶粒内养护提高混凝土早期抗裂性能的微观机理.结果表明:在混凝土中使用饱水陶粒替代部分粗骨料,能够减少混凝土材料的早期塑性收缩,降低大体积混凝土内部的水化温升,有效提高混凝土早期的抗裂性能,达到显著的内养护效果;饱水陶粒通过减缓早龄期试件内部相对湿度的快速下降,改善了胶凝材料水化环境,有效抑制了胶凝材料水化过程引发的自干燥作用,降低了混凝土材料早期收缩,从而提高了混凝土材料的抗裂性能;C30与C60两个强度混凝土中饱水陶粒替代粗骨料的最佳比例均为20%(体积分数).     

混凝土减缩剂研究进展

混凝土收缩变形是导致混凝土结构产生非荷载裂缝的主要原因,本文简单概述了混凝土非荷载裂缝产生的原因及其收缩机理,描述了混凝土减缩剂的国内外研究进展,并对减缩剂的化学结构、组成和掺量等问题进行了阐述。