超长混凝土施工膨胀加强带代替后浇带技术总结

膨胀加强带代替后浇带在超长混凝土结构施工中的应用【摘要】本文以京沪高铁XXXX北广场工程为例，针对传统后浇带施工中存在的一系列问题，对膨胀加强带代替后浇带的基本原理及施工工艺作了论述，阐明超长混凝土结构采用膨胀加强带代替传统后浇带是一项有效加快工程进度和降低施工成本的技术措施。【关键词】混凝土裂缝，后浇带，膨胀加强带，施工工艺引言钢筋混凝土结构长度超过规范规定的伸缩缝最大间距时，为防止混凝土受温度应力和干缩应力作用而引起开裂，通常采用设置后浇带的方法处理。一般每隔30-40m设一道后浇带，在其两侧混凝土浇筑完毕2个月后，采用高一强度等级、膨胀混凝土进行二次浇筑。这种传统后浇带施工不仅影响工期，增大了施工成本，而且后浇带清理十分麻烦，填缝不好还会留下渗漏隐患。混凝土膨胀加强带是一种采用比正常浇筑混凝土高一强度等级的膨胀混凝土（添加一定比例的膨胀剂），设置在建筑物混凝土收缩应力发生的最大部位,来增加混凝土的密实度,提高连续浇筑混凝土的强度及抗裂、防渗性能的超长混凝土整浇浇筑技术。《建筑施工手册》中阐述其具有以下优点：以膨胀加强带取代后浇带，增强了混凝土结构的整体性；有效地提高了混凝土结构的抗裂性，提高了抗渗等级；加速了工程进度，缩短了工期，减少了质量缺陷。[4]我公司承建的京沪高铁XXXX北广场工程为一层地下混凝土超长结构，呈扇形，东西向长395.6m，南北向135m，总建筑面积约40515M2，设计有多条后浇带，将整个地下室分为18个区块。工程自2011年3月10日初开工，为确保京沪高铁XXXX2011年6月30日开通，主体结构必须于6月10日前完成，工期仅91天，如果按常规后浇带组织施工，将无法满足工期要求。为此，有必要采用膨胀加强带代替后浇带进行施工。膨胀加强带代替后浇带的基本原理2.1补偿收缩混凝土裂缝控制的基本原理钢筋混凝土结构产生裂缝的原因复杂，就材料而言，混凝土水化硬化过程中产生的干缩、冷缩、化学减缩、塑性收缩等是主要原因。采用膨胀剂拌制的补偿收缩混凝土是结构抗裂和自防水的理想材料，膨胀剂在水化过程中形成大量钙矾石、氢氧化钙晶体，使混凝土产生适度膨胀，在钢筋和邻位的约束下产生0.2～0.7MPa的预压应力，这一预压应力可大致抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力，从而使结构不裂或把裂缝控制在无害裂缝(有防水要求,缝宽小于0.2mm)的范围内[1]。根据《混凝土结构设计规范》（GB50010-2002），使用普通混凝土现浇地下室墙壁等结构时，钢筋混凝土结构伸缩缝最大间距仅为20-30m。而使用补偿收缩混凝土可延长浇筑长度，依据《补偿收缩混凝土应用技术规范》规定，其浇筑长度可延长到60m以上，如表1所示。补偿收缩混凝土连续浇筑结构长度表1结构类别结构长度L(mm)结构厚度H(m))浇筑方式选择构造形式墙体L≤60—连续浇筑—L＞60—断续浇筑后浇式膨胀加强带带或后浇带板式结构L≤60—连续浇筑—60＜L≤1200H≤1.5连续浇筑连续式膨胀加强带带60＜L≤1200H＞1.5断续浇筑后浇式、间歇式膨膨胀加强带或或后浇带L＞120—断续浇筑后浇式、间歇式膨膨胀加强带或或后浇带补偿收缩混凝土的工作原理如图1所示：当混凝土膨胀时，混凝土中的钢筋对它的膨胀产生限制作用，钢筋本身也因与混凝土一起膨胀而产生拉应力σs，同时混凝土中产生相应的压应力σc。图1混凝土受力示意图当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时，则Ac·σc＝As·σs＝As·Es·ε2设μ＝As／Ac则σc＝μ·Es·ε2式中：σc--混凝土预压应力，MPa；As--钢筋截面积；μ--配筋率，％；Ac--混凝土截面积；Es--钢筋弹性模量，MPa；ε2--混凝土的限制膨胀率(也即钢筋伸长率)％。由上式可见，σc与ε2成正比例关系，而限制膨胀率随膨胀剂掺量的增加而增加，所以，可以通过调整膨胀剂的掺量，使混凝土获得不同的预压应力。补偿收缩混凝土在养护期间的膨胀可补偿部分后期的收缩，其收缩落差比普通混凝土少30%左右，一般小于极限拉伸变形Sp，若大于Sp开裂。由于补偿混凝土干缩开始时间往后推迟，此期间混凝土的抗拉强度得到长足的增长，抵抗混凝土干缩所产生的拉应力，故可以避免有害裂缝[2]。2.2膨胀加强带设计基本原理图2为混凝土膨胀加强带模型示意图。图3为补偿收缩混凝土无缝设计原理图.从图2中可以看出，超长混凝土结构使用普通混凝土的温度收缩应力曲线为ABCDE，其中从两边向中间增长到B、D两点时，（混凝土抗拉强度），开始发生开裂，释放能量；仅采用小掺量膨胀剂的膨胀混凝土进行浇筑的超长混凝土结构，能够抵消部分温度收缩应力，其收缩应力曲线为AFGHE，应力从两边向中间随结构长度的延伸而增长，达到F、H两点时，，开始产生开裂，当采用小掺量膨胀剂的膨胀混凝土，并在适当部位局部加大膨胀剂掺量形成膨胀加强带，对超过长混凝土结构进行叠加式重复补偿时，其温度应力曲线为AIJKE，可以看出没有达到混凝土抗拉强度所以不会开裂[3]。图2混凝土膨胀加强带模型示意图图3补偿收缩混凝土无缝设计原理图膨胀加强带的设计和技术要求补偿收缩混凝土设计补偿收缩混凝土设计的重点是确定膨胀剂的参量，以获得合适的限制膨胀率，在结构中建立一定的预压应力，这一预压应力可补偿混凝土在硬化过程中产生的温差和干缩的拉应力，防止混凝土开裂。根据《混凝土外加剂应用技术规范》GB-50119、《补偿收缩混凝土应用技术规程》JGJ/T178等相关规范的要求，在征求相关专家、设计人员意见的的基础上，确定混凝土设计限制膨胀率如表2所示，结合南京原材料情况及不同结构部位，具体建议配合比如表3所示。混凝土限制膨胀率（×10-4）表2结构部位最小限制膨胀率（×10-4）C35底板2.0C40底板加强带带4.0C40侧墙和顶板板2.0C45侧墙和顶板板加强带4.0混凝土配合比表3强度等级胶凝材料（kg//m3）膨胀剂粉煤灰掺量矿粉掺量砂率水胶比入模坍落度C35底板380-4208%15%-25%10-20%38~42%14±2cmC40底板加强带带390-43012%15%-25%/38~42%14±2cmC40侧墙、顶板板400-4408%15%-25%/38~42%16±2cmC45侧墙、顶板板加强带410-45012%15%-25%/38~42%16±2cm根据搅拌站试配，最终确定配合比如下表所示，大量实验表明矿粉大多情况下会增大混凝土的自收缩，因此对于侧墙结构的混凝土不适宜加入矿粉。粉煤灰的使用不仅会降低混凝土收缩，还可降低混凝土水化热，因此在各部位均添加部分粉煤灰。搅拌站提供配合比（kg/m3）表4强度等级水泥矿粉粉煤灰砂碎石水HME-ⅢPCA（Ⅰ）砂率部位C35P624840797101111168324.839%底板C40P63250636901127160345.538%侧墙、顶板C40P627343646851118164525.638%底板膨胀加强带C45P63310676621128158546.337%侧墙顶板膨胀加强强带混凝土实测限制膨胀率在实际施工过程中，我们现场取样送检26批次，各规格混凝土的限制膨胀率均满足规范和设计要求，具体数据如下表5。各批次混凝土水养14d限制膨胀率技术要求对比表5混凝土规格混凝土水养14dd限制膨胀率率（%）《补偿收缩混凝土土应用技术规规程》设计值实测值范围C35底板≥0.015≥0.020C40底板加强带带≥0.025≥0.040C40墙顶板≥0.015≥0.020C45墙顶板加强强带≥0.025≥0.040图4为典型一般部位补偿收缩混凝土与膨胀加强带混凝土实测限制膨胀率数据。可见混凝土在钢筋限制作用下依旧可以发挥有效的膨胀作用，并且将膨胀能储存在钢筋中。在水养14d后开始干燥，虽然此时混凝土开始收缩，但是在水养阶段储存起来的膨胀能开始发挥作用以抵消后期干燥的收缩作用。在42d龄期时混凝土也未发生明显收缩作用，这为混凝土结构良好的抗裂性提供了有力保障。图4火车南站现场取样限制膨胀率（C40为膨胀加强带）3.3膨胀加强带构造膨胀加强带设置位置与原设计后浇带位置相同，宽度2m,先浇筑一侧参照施工缝做法设钢板止水带；加强带两侧用密目钢丝网分割并用钢筋固定牢固，以防普通混凝土流入加强带。加强带的构造见下图。混凝土浇筑时先浇筑加强带预留钢板止水带一侧，再次浇筑时先浇筑加强带，在浇筑另一侧混凝土。3.4原材料技术要求水泥：必须采用满足《通用硅酸盐水泥》（GB-175）要求的或水泥。碱含量在0.6%以内；Cl－含量不大于0.02%；烧失量小于3%；标准稠度用水量不大于27%；C3A≤6%。建议选用早期水化热较低，比表面积较低（小于350m2/kg）的水泥。避免使用温度较高的水泥，防止混凝土温升与环境温度差幅度过大形成温度裂缝。粉煤灰：建议使用满足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB/T1596）II级以上的粉煤灰。粉煤灰应品质稳定、烧失量低。严禁使用高钙粉煤灰。矿粉：建议使用S95级以上矿粉。比表面积不大于500m2/kg，同时不小于350m2/kg；Cl－≤0.02%；SO3≤3.0%；烧失量≤2.0%，含水量≤1.0%。矿粉各项指标应满足《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》（GB/T18046）。骨料：砂、石各项指标应满足国家现行标准《普通混凝土用砂、石质量标准及检测方法》（JGJ52）。砂应采用级配良好的洁净中、粗河砂、江砂，细度模数≧2.4。石子应采用5-25mm连续级配碎石。控制石子和砂子的含泥量分别不超过1%和3%，泥块含量分别不超过0.5%和1%，砂云母含量不大于1%，否则将降低混凝土强度，还会增加拌和水量，加大混凝土的干缩以及降低抗渗性和抗冻性。膨胀剂：为了有效补偿混凝土的收缩，应采用满足GB23439-2009《混凝土膨胀剂》中Ⅰ型要求限制膨胀率大于2.5×10-4、质量稳定的膨胀剂，本工程使用了江苏苏博特新材料有限公司的SBT-HME(III)低碱型混凝土膨胀剂。减水剂:减水剂应满足《混凝土外加剂》(GB8076)要求。为了进一步降低混凝土的收缩，建议采用收缩率低的新一代聚羧酸系高性能减水剂，如PCA®聚羧酸高性能减水剂。水：应尽量采用洁净的地下水，水的性能指标应符合《混凝土用水标准》（JGJ63）的规定。4施工技术及质量保障措施4.1膨胀加强带施工膨胀加强带的两侧需用密孔钢丝网拦隔，并用钢筋固定牢固，一般每隔300mm设一根竖向Φ12钢筋；底板大于600mm时，还应在中间设置水平钢筋，确保密目钢丝网不被混凝土冲开，以防止普通补偿收缩混凝土混入加强带。钢丝网接头必须搭接牢固，下口50mm保护层范围必须封闭，可将密目钢丝网下口增加80mm翻边，遇底层钢筋处剪开，用钢钉固定在垫层上。4.2混凝土质量保证超长混凝土结构无缝施工关键技术在于保障混凝土质量，以达到设计要求的限制膨胀率。要求混凝土配合比计量准确，搅拌均匀，各种原材料必须满足相关技术要求。严格控制混凝土入模坍落度，施工中严禁随意加水。要组织好混凝土的供应，加强施工现场的指挥和调度，确保混凝土连续浇筑，防止浇筑时把普通混凝土与膨胀加强带混凝土相混淆。4.3混凝土的浇筑应根据结构特点和搅拌系统的生产率及具体环境特点以及混凝土的凝结时间，选择合适的浇筑方法。应控制混凝土入模坍落度不宜过大，宜控制在14~18cm，浇筑时应注意落差不能过大，防止混凝土离析，防止石子下沉造成混凝土不均匀引起沉缩裂缝。注意严防普通混凝土进入膨胀加强带内，以免影响设置效果，同时，严禁混凝土散落在尚未浇筑的部位，以免形成潜在的冷缝或薄弱点。在混凝土浇筑至膨胀加强带附近时，应注意使振动棒插捣点与密目钢丝网保持距离不小于30cm，并不得过振。另外在混凝土浇筑、振捣过程中应掌握时间，在接近混凝土初凝前进行二次振捣，二次压抹，使混凝土中的成分重新组合，排除混凝土中的孔隙和多余水分，使混凝土更加密实，以达到减少混凝土收缩裂缝的目的。膨胀加强带浇筑前，应将先期浇筑的混凝土表面按施工缝的要求清理干净，充分湿润。尤其是外贴式橡胶止水带表面必须清理干净。混凝土振捣应及时、充分，振捣要密实，不应欠振或过振，浇筑时注意振捣到位使混凝土充满端头角落。混凝土振动棒移动间距400mm左右，时间应根据混凝土流动性而定，以15～25S/次为宜，振捣时间过长，骨料下沉，混凝土表面砂浆层富集，容易产生裂纹。在表面水基本收干前后，初步用长刮尺刮平，用木抹子磨平搓毛2～3遍，拍打液化混凝土，愈合裂纹；在混凝土终凝前用机械磨光机打磨，进一步减少混凝土表面细纹。4.4混凝土的养护混凝土浇筑后必须进行充分养护；在硬化中须加以保护。为了避免大面积板式结构混凝土塑性开裂，应在抹面之后混凝土表面开始变干时即开始采取覆盖薄膜措施进行养护。若施工期间温度较高、风速较大混凝土容易在抹面之前即发生塑性开裂，此时可以在浇筑完毕抹面之前在混凝土表面喷洒水分蒸发抑制剂以降低水分蒸发抑制塑性开裂。底板、顶板砼宜采取浇水并薄膜覆盖养护，同时应保持混凝土表面湿润；在膨胀加强带浇筑完毕且凝结抹面之后，采取覆盖麻袋浇水的方法进行养护，且养护总龄期不应少于14d。墙体补偿混凝土浇筑完成后，可以带模养护。膨胀加强带浇筑完毕后，应在顶端设多孔淋水管。达到脱模强度后，可松动对拉螺栓，使墙体外侧与模板