CN113653288A - 超大面积混凝土地面及其裂缝控制方法 - Google Patents

超大面积混凝土地面及其裂缝控制方法 Download PDF

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Abstract

超大面积混凝土地面及其裂缝控制方法涉及建筑领域。超大面积混凝土地面，自上而下依次为混凝土面层、应力吸收层、混凝土垫层、碎石层；所述混凝土面层的原料中含有钢纤维和聚丙烯纤维。本发明将钢纤维和聚丙烯纤维掺入轻骨料混凝土中，大大提高了混凝土的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度，从而有利于控制或减少裂缝的出现。

Description

超大面积混凝土地面及其裂缝控制方法
技术领域
本发明涉及建筑领域，尤其涉及混凝土地面裂缝控制方法及制备的混凝土地面。
背景技术
我国《超大面积混凝土地面无缝施工技术规范》GB/T51025-2016中规定厚度不大于700mm，短边不小于40m，或面积不小于1600m2，需采取特殊技术措施防止混凝土的温度变化和收缩产生有害裂缝的混凝土地面为超大面积混凝土地面。
由于对结构的外形和使用功能的考虑,超大面积混凝土结构需要不设缝或者少设缝。超大面积混凝土结构如果不设缝极易出现裂缝，裂缝的出现会影响结构的外观和耐久性，更为严重的会影响人们的生命财产安全。超大面积混凝土的开裂主要原因是结构或构件内外温度和水分发生变化从而导致混凝土体积收缩或膨胀，当混凝土的收缩和膨胀受到约束时，混凝土内部便会产生拉应力，当混凝土内部拉应力超过混凝土抗拉强度便会导致混凝土开裂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超大面积混凝土地面，该地面在不设缝的时候仍可以较长时间内不产生裂缝。
本发明的目的还在于提供一种超大面积混凝土地面的裂缝控制方法，以减少或缓解超大面积混凝土地面的裂缝的产生。
本发明所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
超大面积混凝土地面，其特征在于，自上而下依次为混凝土面层、应力吸收层、混凝土垫层、碎石层；
所述混凝土面层的原料中含有钢纤维和聚丙烯纤维。
首先，本发明将钢纤维和聚丙烯纤维掺入轻骨料混凝土中，大大提高了混凝土的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度，从而有利于控制或减少裂缝的出现。其次，本发明对掺入的纤维进行了选取，选取后的钢纤维和聚丙烯纤维不但不影响混凝土配合比，而且操作简单、不影响工期。最后，本发明对混凝土地面的层结构进行了优化，在混凝土面层和混凝土垫层之间加入了应力吸收层，通过应力吸收层减少相邻的两层混凝土之间的层间约束力，可进一步控制或减少裂缝的出现。
优选，所述应力吸收层的原料中含有沥青和砂。大大降低了混凝土面层受到的约束应力，但并不会造成混凝土面层的承载力的降低。
优选，所述混凝土面层的上方还设置有防护层，防护层从上至下依次为：无溶剂环氧面漆涂覆形成的面涂层、无溶剂环氧涂料与金刚砂骨料混合后涂覆形成的搅拌层、无溶剂环氧底漆涂覆形成的涂覆层、金属骨料涂覆形成的耐磨地面层。本发明在面层上方设置防护层，防止面层受外界因素而损坏，延长了混凝土地面的使用寿命。
优选，超大面积混凝土地面在与墙体、墙柱交界的地方填充有泡沫板，所述泡沫板位于应力吸收层之上。从而隔断混凝土面层与墙体或墙柱的硬性连接，使混凝土面层自有收缩，进而进一步控制或减少裂缝的出现。
优选，所述碎石层内或所述碎石层的下方设有钢筋。从而对超大面积混凝土地面进行支撑。
超大面积混凝土地面的裂缝控制方法，其特征在于，所述混凝土面层的原料的配制方法包括如下步骤：
(1)配制准备：
将所有原材料分别堆放，所述原材料包括水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、减水剂、水、钢纤维、聚丙烯纤维；
(2)干拌：
将水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、钢纤维、聚丙烯纤维混杂干拌得到预混料，其中钢纤维体积率为
Figure BDA0003199891040000021
聚丙烯纤维体积率为
Figure BDA0003199891040000022
Figure BDA0003199891040000023
(3)加水拌和：
向预混料内加减水剂、水，并搅拌混合得到混凝土面层原料。
优选，还包括在混凝土地面层和垫层之间增加沥青和砂的混合料铺设形成的应力吸收层，所述应力吸收层中所述沥青的质量含量百分比为70～75％
优选，在墙体、墙柱与超大面积混凝土地面的交界的地方填充有泡沫板，所述泡沫板将混凝土面层与墙体、墙柱隔断。
优选，所述混凝土垫层采用逐层浇筑的方法制备而成，将先浇筑的混凝土浸湿或在先浇筑的混凝土面上涂上高标号砂浆后在浇筑新的一层混凝土。
优选，在不设置伸缩缝的情况下计算地面层一次浇筑长度：
计算公式如下：L＝27.093bt-27.029〃+15.665，式中：L为混凝土地面层不开裂的一次性最大浇筑长度，单位为m；bt为混凝土地面层中抗拉强度设计值，单位为MPa；〃为结构层间的摩擦系数。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面进一步阐述本发明。
超大面积混凝土地面的裂缝控制方法，包括混凝土面层的原料的配制方法，包括以下步骤：
(1)配制准备：
将所有原材料分别堆放，所述原材料包括水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、减水剂、水、钢纤维、聚丙烯纤维；
(2)干拌：
将水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、钢纤维、聚丙烯纤维混杂干拌得到预混料，其中钢纤维体积率为
Figure BDA0003199891040000031
聚丙烯纤维体积率为
Figure BDA0003199891040000032
Figure BDA0003199891040000033
本发明采用在混凝土中加入体积率为0.12％～0.18％的钢纤维和0.10％～0.14％聚丙烯纤维，钢纤维和聚丙烯纤维掺入轻骨料混凝土中后，大大提高了混凝土的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度；聚丙烯纤维长径比为167～281混杂，提高了混凝土的极限抗拉承载力；钢纤维和聚丙烯纤维并不影响混凝土配合比的设计，因此操作起来简单，且不影响工期，在超大面积混凝土地面层裂缝控制中有着较好的应用前景。同时，轻质的混凝土能够有效减小混凝土面层与垫层间的摩擦粘聚力。
(3)加水拌和：
向预混料内加减水剂、水，并搅拌混合得到混凝土面层原料。本发明采用减水剂的掺入能有效减少混凝土的用水量，在一样的强度要求下，减水剂的掺入可以降低水泥用量，从而降低水泥水化热，同时减水剂的掺入还能增强混凝土的流动性和和易性；采用钢纤维和聚丙烯纤维先干拌，后加水拌和，保证了钢纤维和聚丙烯纤维在混凝土中的分散性和均匀性；粗骨料混凝土孔隙大，当水泥水化失水时，骨料孔隙中的水分可转移到孔径较小的水泥砂浆中，大大降低水泥的自收缩。
本发明配置出的混凝土面层原料为轻骨料混凝土，轻骨料混凝土是指采用轻骨料的混凝土，其表观密度不大于1950kg/m3。轻骨料混凝土具有轻质、高强、保温和耐火等特点，并且变形性能良好，弹性模量较低，在一般情况下收缩和徐变也较大。
混凝土面层原料的施工准备：按照相关规范对基层进行检查，并且在面层浇筑前应将基层表面洒水浸湿。
混凝土面层原料的运输：运输时间控制在30min以内，运输使用有拌和功能的罐车运输。本发明通过缩短运输时间，钢-聚丙烯纤维混凝土在30min以后其坍落度降低大约一半。
在步骤(2)中，钢纤维采用波纹型钢纤维，波纹形钢纤维的主要性能：直径为30mm、长度为0.6mm、长径比50、抗拉强度506MPa。本发明通过混凝土中钢纤维的掺入，能有效地抑制轻骨料混凝土的收缩开裂，提高了混凝土的抗拉强度和韧性。聚丙烯纤维的主要性能：密度为0.91g/cm3、直径为34.2mm、长度为19mm、断裂强度为599MPa、断裂伸长率为27.6％、弹性模量4665MPa。本发明通过混凝土中加入聚丙烯纤维，单位面积混凝土里面聚丙烯纤维数量较大，可以提高混凝土的密实性，增强混凝土抗冻性、抗渗性以及抵抗各种有害介质的侵蚀能力，提高纤维混凝土建筑的使用时间。
减小混凝土层间约束强度的方法：
在混凝土地面层和垫层之间增加沥青-砂混合材料作为应力吸收层。本发明采用沥青-砂混合材料作为应力吸收层，大大降低了混凝土面层的约束应力，又不减小混凝土面层的承载力。应力吸收层中沥青的质量含量百分比为70～75％，该沥青-砂应力吸收层摩擦系数为0.15～0.2。本发明采用沥青-砂应力吸收层中，当沥青重量百分比为75％时，摩擦系数仅为0.15，大大降低了垫层对混凝土面层的约束效应，同时也大大降低了混凝土地面层约束应力，增大了一次浇筑长度。应力吸收层中的沥青采用AH-70道路石油沥青。本发明采用沥青作为一种高粘弹性材料具有很强的变形恢复能力，特别是对于混凝土发生收缩或膨胀变形后的归位很有效果。应力吸收层中的砂选用标准砂。本发明采用标准砂作为沥青-砂应力吸收层材料的另一主要组成部分，具有取材方便，强度高，耐久性好，材料性能不受外界环境影响的特点，特别还具有造价低，施工方便，不影响工期的优点。本发明采用以上方法后，省去了在以往施工方法中采用的设置后浇带和施工缝的措施，在超大面积混凝土地面设计和施工中少设缝或不设缝。
减小混凝土地面层边缘约束强度的方法：
①在周边墙体上放置泡沫板来隔断周边墙体与现浇的混凝土地面层，让现浇的混凝土地面层可以自由收缩；②混凝土地面层与柱之间的约束和墙体相同，在柱的四周全部用泡沫板隔断；混凝土地面层浇筑完后成，割去高于混凝土地面层的泡沫板，混凝土地面层与周边墙体或柱之间的泡沫板用水泥砂浆抹平。本发明采用泡沫板隔断，降低了混凝土地面层受到的约束，防止了裂缝的产生。
减小先浇混凝土和后浇混凝土间约束强度的方法：
采用将先浇筑的混凝土浸湿或在先浇筑的混凝土面上涂上高标号砂浆中的任意一种方法，然后进行后浇混凝土的工序。本发明采用将先浇筑的混凝土浸湿或在先浇筑的混凝土面上涂上高标号砂浆，防止了先浇注的混凝土把接触面上的水吸走，影响混凝土收缩从而产生裂缝，提高了先后浇筑混凝土的粘聚力。
配置抗裂钢筋的方法：
超大面积混凝土地面结构布置钢筋应该选用直径8～10mm钢筋，纵筋间距10～30cm，横筋间距20～60cm；钢筋设在板表面下5～6cm处，减小了钢筋的间距。本发明采用减小钢筋之间的间距，从而增加单位面积内的钢筋数量，进而增大钢筋与混凝土的接触面，减小了混凝土受到的温度收缩应力，防止了混凝土裂缝的产生。在实施例十中的钢筋侧壁上设有网状纹，进一步增大面积的同时，增加与混凝土的结合力。
采用跳仓法施工的方法，跳仓法是充分利用了混凝土在5到10天期间性能尚未稳定和没有彻底凝固前容易将内应力释放出来的“抗与放”特性原理，它是将大面积砼平面机构划分成若干个区域，按照“分块规划、隔块施工、分层浇筑、整体成型”的原则施工，其模式和跳棋一样，即隔一段浇一段。相邻两段间隔时间不少于7天，以避免混凝土施工初期部分激烈温差及干燥作用，这样就不用留后浇带了。在不设置伸缩缝的情况下计算地面层一次浇筑长度：计算公式如下：L＝27.093bt-7.029〃+15.665，式中：L为混凝土地面层不开裂的一次性最大浇筑长度，单位为m；bt为混凝土地面层中抗拉强度设计值，单位为MPa；〃为结构层间的摩擦系数。本发明通过拟合关系式拟合出了混凝土地面层不开裂的一次性最大浇筑长度L与混凝土地面层中抗拉强度设计值bt、结构层间的摩擦系数〃之间的拟合关系，通过了大型有限元分析软件ABAQUS的验算，通过对一次浇筑长度的准确控制，进一步降低了裂缝产生的概率和延缓了裂缝产生的时间。
超大面积混凝土地面的裂缝控制方法制备的混凝土地面，混凝土地面结构从上至下依次为：面层为100mm厚C25细石混凝土层；应力吸收层为
Figure BDA0003199891040000061
Figure BDA0003199891040000062
厚沥青-砂混合材料；垫层为200mm厚C25混凝土垫层；基层为300mm厚级配碎石层，其中面层中加入体积率为0.12％～0.18％的钢纤维和0.10％～0.14％聚丙烯纤维、聚丙烯纤维长径比为167～281混杂干拌。本发明采用在混凝土中加入体积率为0.12％～0.18％的钢纤维和0.10％～0.14％聚丙烯纤维，钢纤维和聚丙烯纤维掺入轻骨料混凝土中后，大大提高了混凝土的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度；聚丙烯纤维长径比为167～281混杂，提高了混凝土的极限抗拉承载力；钢纤维和聚丙烯纤维并不影响混凝土配合比的设计，因此操作起来简单，且不影响工期，在超大面积混凝土地面层裂缝控制中有着较好的应用前景。
混凝土地面的面层上方还设置有防护层，防护层的结构从上至下依次为：1mm厚无溶剂环氧面涂层；1mm厚无溶剂环氧中涂材料与金刚砂骨料混合搅拌层；无溶剂环氧底漆层；金属骨料耐磨地面层。本发明采用在面层上方设置防护层，防止面层受外界因素而损坏，延长了混凝土地面的使用寿命。
具体实施时，钢-聚丙烯纤维增强混凝土抗裂性能机理：由于聚丙烯纤维具有较高抗拉强度，故将其加入混凝土中可以吸收混凝土收缩产生的能量。能有效防止混凝土微裂缝的发展并能阻止新裂缝的产生，增强结构内部的连续性，能很好的解决混凝土的脆性问题。聚丙烯纤维的密度小，加入混凝土后，很大地提高混凝土的抗裂性能和抗塑性收缩能力。这主要是因为聚丙烯纤维具有较低的弹性模量和很好的柔性，当其分布在混凝土中可以形成三维乱向的支撑网，可以起到类似晒网的作用。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.超大面积混凝土地面，其特征在于，自上而下依次为混凝土面层、应力吸收层、混凝土垫层、碎石层；
所述混凝土面层的原料中含有钢纤维和聚丙烯纤维。
2.根据权利要求1所述的超大面积混凝土地面，其特征在于，所述应力吸收层的原料中含有沥青和砂。
3.根据权利要求1所述的超大面积混凝土地面，其特征在于，所述混凝土面层的上方还设置有防护层，防护层从上至下依次为：无溶剂环氧面漆涂覆形成的面涂层、无溶剂环氧涂料与金刚砂骨料混合后涂覆形成的搅拌层、无溶剂环氧底漆涂覆形成的涂覆层、金属骨料涂覆形成的耐磨地面层。
4.根据权利要求1所述的超大面积混凝土地面，其特征在于，超大面积混凝土地面在与墙体、墙柱交界的地方填充有泡沫板，所述泡沫板位于应力吸收层之上。
5.根据权利要求1所述的超大面积混凝土地面，其特征在于，所述碎石层内或所述碎石层的下方设有钢筋。
6.根据权利要求1所述的超大面积混凝土地面的裂缝控制方法，其特征在于，所述混凝土面层的原料的配制方法包括如下步骤：
(1)配制准备：
将所有原材料分别堆放，所述原材料包括水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、减水剂、水、钢纤维、聚丙烯纤维；
(2)干拌：
将水泥、细骨料、粗骨料、粉煤灰、钢纤维、聚丙烯纤维混杂干拌得到预混料，其中钢纤维体积率为
Figure FDA0003199891030000011
聚丙烯纤维体积率为
Figure FDA0003199891030000012
Figure FDA0003199891030000013
(3)加水拌和：
向预混料内加减水剂、水，并搅拌混合得到混凝土面层原料。
7.根据权利要求6所述的超大面积混凝土地面的裂缝控制方法，其特征在于，还包括在混凝土地面层和垫层之间增加沥青和砂的混合料铺设形成的应力吸收层，所述应力吸收层中所述沥青的质量含量百分比为70～75％。
8.根据权利要求6所述的超大面积混凝土地面的裂缝控制方法，其特征在于，在墙体、墙柱与超大面积混凝土地面的交界的地方填充有泡沫板，所述泡沫板将混凝土面层与墙体、墙柱隔断。
9.根据权利要求6所述的超大面积混凝土地面的裂缝控制方法，其特征在于，所述混凝土垫层采用逐层浇筑的方法制备而成，将先浇筑的混凝土浸湿或在先浇筑的混凝土面上涂上高标号砂浆后在浇筑新的一层混凝土。
10.根据权利要求6所述的超大面积混凝土地面的裂缝控制方法，其特征在于，在不设置伸缩缝的情况下计算地面层一次浇筑长度：
计算公式如下：L＝27.093bt-27.029〃+15.665，
式中：L为混凝土地面层不开裂的一次性最大浇筑长度，单位为m；
bt为混凝土地面层中抗拉强度设计值，单位为MPa；
〃为结构层间的摩擦系数。
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