东莞国贸中心T3塔楼大跨度空心楼盖自密实混凝土收缩性能研究
1 工程概况
1.1 结构体系
东莞国贸中心T3塔楼建筑高度248.35m, 为钢管混凝土外框柱+钢筋混凝土核心筒 (内置钢骨) 多重抗侧力结构体系, 核心筒外标准层楼板为空心楼盖结构体系 (见图1) 。
1.2 空心楼盖
T3塔楼地上1～13层为办公层, 15～46层为公寓层, 空心楼盖最大跨度18m, 具体尺寸如表1所示。在高度>200m的高层建筑中应用空心楼盖, 并配合钢结构施工, 目前在国内未有相关应用实践。
图1 T3塔楼结构体系
Fig.1 T3 tower structure system
1.3 自密实混凝土
结合本工程空心楼盖特点, 通过多次适配与现场制作实体样板后确定自密实混凝土配合比, 混凝土强度等级为C35。
表1 T3塔楼空心楼盖尺寸
Table 1 Size of T3 tower hollow floor
1) 空心板底部板厚80mm, 分布3排以上的钢筋, 要求石子粒径宜≤20mm, 为保证混凝土浇筑密实, 选用扩展度为600～700mm的自密实混凝土。
2) 混凝土配合比C35自密实混凝土对水泥和砂石的要求较高, 理论配合比设计如表2所示。
表2 混凝土配合比
Table 2 Concrete mix proportion
kg·m-3
2 施工重难点
自密实混凝土具有优良的变形能力及抗离析性, 在浇筑过程中无需振捣, 依靠自重即可自由流淌, 可穿越钢筋间隙充分填充模板空间, 同时具有较好的黏聚性, 可防止离析泌水;拌合物均匀密实, 硬化后具有良好的力学性能及耐久性能。通过应用自密实混凝土可有效解决空心楼盖空箱间距小、上下板厚度薄、钢筋配筋大且密等因素造成的浇筑密实度无法保证的难题。
实际应用表明, 自密实混凝土由于胶凝材料用量较多且砂率较高其收缩值较大。为防止收缩过大导致大跨度空心楼盖混凝土产生有害裂缝, 进而保证结构承载力及使用功能, 本工程将控制混凝土收缩作为施工重难点, 通过自密实混凝土收缩试验研究其在自然条件下的收缩, 通过大跨度空心楼盖静载试验研究其在荷载作用下的收缩。
3 收缩试验
3.1 试验方法
3.1.1 试验仪器
混凝土膨胀收缩仪由底座、定位立柱、可调立柱、百分表、标准杆等组成。
1) 可调立柱在其上预制3个安装百分表的通孔, 分别距底座基准面50, 75, 100mm。其中距底座基准面50mm的孔用于测量100mm×100mm×515mm混凝土试块;距底座基准面75mm的孔用于测量150mm×150mm×515mm混凝土试块。
2) 底座为钢结构部件, 用于安放混凝土试块。
3) 定位立柱用于标准杆及混凝土试块测头左侧端的纵横向限位。
4) 标准杆作为仪器基准长度, 出厂前标准杆已安装在搁架上, 勿随意拆装, 以免影响标准杆中心高度准确性。
3.1.2 试验过程
收缩试件成型时不得使用机油等憎水性脱模剂;试件成型后应带模养护1～2d, 并保证拆模时不损伤试件;试件拆模后应立即送至温度为 (20±2) ℃、相对湿度>95%的标准养护室中养护。分别读出7, 14, 28, 60d试件长度。
3.1.3收缩率计算
式中:L1为试件养护7d时的基准长度 (mm) ;L2为各龄期试件长度 (mm) ;L为有效长度 (m) 。
3.2 数据分析
根据试验要求, 分别在实验室和施工现场进行2次试验, 每次选用3组试件, 试验结果如图2, 3所示。由图2, 3可知, 自密实混凝土前期收缩较大, 随着龄期的增加收缩率趋于稳定, 由收缩率可知, 自密实混凝土满足现场施工要求。
图2 实验室收缩率-龄期曲线
Fig.2 Shrinkage-age curves of laboratory tests
图3 施工现场收缩率-龄期曲线
Fig.3 Shrinkage-age curves of construction site
4 静载试验
4.1 试验方法
静载试验主要检测内容为钢筋应力、荷载作用下空心楼盖裂缝宽度及挠曲变形。试验前在试验区间内空心楼盖板表面砌筑1个布满整块板的贮水池, 试验时按每级施加荷载所需水量向池中注水, 卸载时将水抽出即可。
表3 各测点最大应变、应力值
Table 3 Maximum strain and stress at each test point
1) 采用电阻式应变片和静态应变仪对钢筋应变进行测试, 通过应力-应变关系换算为应力值。应变片位置如图4所示。测试点BD-12由于损坏未测值。
图4 板底、梁底、梁侧混凝土应变片布置
Fig.4 Layout of concrete strain gauges
2) 挠度测试采用吊锤法, 测试仪器为精密百分表。试验中每块板共设9个挠度测点, 分别布置在板起拱点及双向四分点, 均位于楼板下表面 (见图5) ;分别测试各级荷载作用下及卸载后楼板挠度变化情况。
图5 挠度测点布置
Fig.5 Layout of deflection measuring points
3) 在楼板顶面、底面及肋梁、边梁跨中侧面布置一定数量的混凝土应变片, 当楼板试件进入带裂缝工作阶段后, 应用裂缝宽度观测仪量测楼板裂缝宽度。
4.2 数据分析
4.2.1 钢筋应力
正常使用阶段钢筋应力还未达到屈服极限, 可采用理想弹性应力-应变关系σ=εEg, 其中, σ为钢筋应力;ε为受拉区钢筋应变;Eg为钢筋弹性模量。依据GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》, Eg=2.0×105N/mm2。根据检测得到的钢筋应变, 通过公式可得加载期间各测点钢筋最大应变、应力值 (见表3) 。实际测量过程中部分点位数据存在异常, 分析整体数据可知符合设计要求。
4.2.2 楼板裂缝宽度及分布
最后一级加载30min后对板、梁裂缝进行量测, 并描绘裂缝分布、走向等特性, 如图6所示。根据检测结果及现场调查情况, 楼板裂缝宽度基本为0.1～0.2mm, 主要分布在板、梁跨中附近, 裂缝产生的原因主要为温度变化、混凝土材料收缩作用及短期荷载作用等。根据《混凝土结构设计规范》表3.4.5的规定:“在一类环境下, 钢筋混凝土结构构件最大裂缝宽度限值为0.30mm”, 可知楼板裂缝宽度均满足要求。
图6 梁、板裂缝
Fig.6 Cracks of beams and slabs
4.2.3 楼板挠度检测
加、卸载过程中楼板各测点挠度曲线如图7所示, 挠度值向下为正、向上为负。由于局部测点附近存在500mm×1 000mm的矩形洞口 (后浇区域) , 影响了板的整体性, 但由图7可知各测点挠度均符合设计要求。
图7 各测点挠度曲线
Fig.7 Deflection curves of measuring points
5 结语
东莞国贸中心T3塔楼大跨度空心楼盖施工过程中, 通过反复试验及试配获得了既能满足自密实要求又可减少收缩率的自密实混凝土, 从而保证了工程实体质量。
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