两种工艺措施对受底板约束的混凝土墙早期形变的影响

罗志宏，夏宪忠，张剑

（1.中交融资租赁有限公司，上海 200125；2.上海交通建设总承包有限公司，上海 200136；3.中交上海航道局有限公司，上海 200002）

0 引言

混凝土产生裂缝的因来自于设计、材料、施工工艺和养护工艺等多个方面，裂缝的形成机制非常复杂[1]。对于受底板约束的混凝土墙，由自收缩、干缩和温度变化产生的应力是导致其开裂的重要因[2]，工程中多采用安装抗裂钢筋、通冷却水这两种措施来减小开裂风险和避免产生贯通的长裂缝。在墙体内安装抗裂钢筋的措施，能够通过平衡墙体内部应力，限制和约束墙体的形变，降低开裂风险。在墙体内安装水管入冷却水，则可以通过吸收水泥水化热量，降低墙体内部温度，减低温升速率和降低温度峰值，减小温度应力，降低开裂风险[3-4]。

虽然这两种降低开裂风险的措施在工程中都有应用，但很少有文献就这两种措施对抑制混凝土早期形变和抗裂的效果进行比较。

本文设计同尺寸、同配合比的4组混凝土墙体（均受底板约束），分别采用安装抗裂钢筋（S组）、安装冷却水管（W组）、安装抗裂钢筋+安装冷却水管（SW组）以及两者均不用（Control组）等4种方式，浇筑混凝土后对墙体内不同测点的早期应变和温度进行监测，利用这些数据，分析4种情况下，混凝土墙体的抗裂效果[5-6]。本文试验及分析结果，对混凝土墙体实际工程抗裂工艺措施的选择有一定参考价值。

1 材料及试验方法

1.1 材料

水泥为P.O 42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为II级C类粉煤灰，细骨料为河砂、II区中砂，碎石为粒径5耀10 mm和15耀25 mm间断级配，水为自来水，减水剂为聚羧酸高性能减水剂（PCE）。

1.2 试验方案

本次试验墙体分为4组，每组墙体尺寸均为1.80 m伊1.50 m伊0.70 m（长伊高伊宽），4组墙体下已预先浇筑大体积混凝土底板，底板尺寸20 m伊20 m伊0.5 m（长伊宽伊厚）。

混凝土配合比和抗裂措施的应用情况如表1所示。

表1 墙体混凝土配合比及抗裂措施应用表Table 1 Mix proportion of wall concrete and anti-cracking action application

抗裂钢筋采用直径25 mm的HRB335二级带肋钢筋。钢筋竖向中心间距16 cm、横向水平中心间距20 cm，墙厚度方向共布置4层，层中心间距18 cm，钢筋采用绑扎连接。抗裂钢筋布置见图1。

图1 抗裂钢筋布置（cm）Fig.1 Anti-crack reinforcement arrangement（cm）

冷却水管为内径50 mm、壁厚2 mm的PVC管，通水流量3.0 m3/h，布置在墙厚中部，管路见图2。

图2 冷却水管布置（cm）Fig.2 Cooling pipe arrangement（cm）

1.3 监测仪器及布设

本次试验采用VS-100振弦式应变计，每组墙体布设3个，位于墙厚中部，位置如图3。

图3 应变计布置（cm）Fig.3 Strain gauge arrangement（cm）

2 试验结果与分析

2.1 形变监测结果与分析

图4为各混凝土墙分别在1号位置、2号位置、3号位置自混凝土浇筑完成至28 d内的形变量变化情况。

图4 混凝土墙各位置形变监测结果对比Fig.4 Comparison of deformation monitoring results at different positions of concrete wall

表2为各组混凝土墙自浇筑完成28 d内，1号位置、2号位置、3号位置的最大形变量。

表2 各组混凝土墙28 d各测点最大形变量Table 2 The maximum deformation of each concrete wall at each measuring point in 28 d滋m/m

由图4可以看出，混凝土墙内部自最初浇筑开始，形变速率较大，至8 d时形变开始放缓，至28 d时形变达到观测数据最大值。形变变化程度依次表现为Control组>W组>S组>SW组，其中，Control组和W组的形变明显大于S组和SW组，由此说明抗裂钢筋对于混凝土形变的约束作用较好。

由图4和表2可以看出，各组墙体中，形变最大的测点均为2号位，说明应力在墙体对称中心以下附近较集中，此处最易出现收缩性裂缝[7]。

由表2可以看出，S组和SW组在混凝土墙3个位置的形变差别较小，说明抗裂钢筋有利于平衡墙体内部不同位置的应力和应变，有利于混凝土抗裂。SW组墙体在3个位置的形变量比S组更小，分析因为通冷却水带走了部分墙体内的水化热，平衡了内部温度，降低了内部温度峰值，冷却后混凝土的约束应力也较小，所以墙体基本恢复到环境温度时，SW组墙体的形变会更小。

2.2 温度监测结果及分析

表3为各组混凝土墙1号位置、2号位置、3号位置的最高温度情况，达到该最高温度的时间标注在括号内。

表3 各组混凝土厚墙各测点最高温度及时间Table 3 Maximum temperature and time of each measuring point of each concrete thick wall in each group 益

图5分别为各组混凝土墙分别在1号位置、2号位置、3号位置的温度变化情况。

图5 各墙体的各测点温度变化Fig.5 Temperature change of each measuring point ofeach wall

由表3和图5可以看出，各混凝土墙在浇筑完毕后，前期升温速率较大，约在40 h左右达到温度峰值，约从第120 h起，降温速率和幅度明显减小，逐渐趋于接近环境温度。温度峰值依次表现为S组>Control组>SW组>W组，其中，通冷却水的W组和SW组，混凝土内部温度峰值明显低于Control组和S组，说明通冷却水的措施对于大幅降低墙内温度作用明显，也从另一个角度说明了通冷却水的措施对减小混凝土早期形变有较大的作用[8-9]。

另外，由图5可见，混凝土内部温度在40 h左右达到最高温度，产生了升温膨胀，但从图4形变监测结果中未有明显反应，这说明相对于混凝土水化反应后自收缩产生的形变，升温膨胀产生的形变幅度远小于收缩形变幅度。

3 结语

通过试验数据的分析显示，采用安装抗裂钢筋后，墙体通过抗裂钢筋平衡内部应力，从而有效减小混凝土墙体的早期形变；而通冷却水可以大幅降低混凝土内部温度，减弱墙体内外过大温差导致的温度应力的影响，从而减小混凝土早期形变。采用安装抗裂钢筋比通冷却水对减小墙体的早期形变有更大的效果，当同时采用上述两种措施时，墙体早期收缩形变值最小，相应的减缩抗裂效果也更好。