地下室底板超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償收縮混凝土設(shè)計(jì)與施工技術(shù)分析探討

摘要:本文結(jié)合工程實(shí)例，分析闡述了地下室底板超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)取消后澆帶的理論依據(jù)，并在補(bǔ)償收縮混凝土抗裂計(jì)算的基礎(chǔ)上，深入探討了地下室底板超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)補(bǔ)償收縮混凝土設(shè)計(jì)與施工工藝，對(duì)施工效果進(jìn)行了分析評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞:地下室底板;超長(zhǎng)結(jié)構(gòu);加強(qiáng)帶;補(bǔ)償收縮混凝土;抗裂

中圖分類號(hào):TU92

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

文章編號(hào):1008-0422(2009)12-0120-02

1引言

現(xiàn)代建筑物正朝著大底盤、超長(zhǎng)超高、結(jié)構(gòu)更復(fù)雜的方向發(fā)展，施工技術(shù)也在不斷地發(fā)展，如以膨脹加強(qiáng)帶取代后澆帶以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的無(wú)縫施工是一項(xiàng)近年來(lái)興起且廣泛應(yīng)用的建筑施工新技術(shù)，它在預(yù)防地下室滲漏、減少施工工期、降低造價(jià)等方面作用明顯，因此，對(duì)加強(qiáng)帶補(bǔ)償收縮混凝土設(shè)計(jì)與施工技術(shù)進(jìn)行分析探討具有極強(qiáng)的理論和現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

2工程概況

湖南永泰房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)有限公司開(kāi)發(fā)的山水庭院一期工程項(xiàng)目，框剪結(jié)構(gòu)，地上11層(共分六棟)，地下2層，總建筑面積63391.91m2，其中地下室負(fù)2層長(zhǎng)155.5m，寬58.2m，底板厚50cm，負(fù)一層長(zhǎng)133.5m，寬68.6m，底板厚45cm，設(shè)計(jì)混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，抗?jié)B等級(jí)為P6。

由于考慮樓盤交付時(shí)間的要求，施工工期較短，按原設(shè)計(jì)底板留置后澆帶的施工方案會(huì)增加施工成本及延長(zhǎng)工期，經(jīng)開(kāi)發(fā)商、設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工四方研究論證，在保證工程質(zhì)量的前提下，決定采用“間歇式”無(wú)縫施工的技術(shù)方案。

3取消后澆帶的理論依據(jù)分析

根據(jù)原設(shè)計(jì)意圖，此后澆帶設(shè)置是為了釋放部分混凝土的收縮和變形，屬于伸縮后澆帶。根據(jù)《建筑物裂縫控制》中提出的混凝土裂縫間距計(jì)算公式:

式中，H——板或墻的計(jì)算厚度或高度(mm);

——混凝土的極限拉伸(×10-4);

E——混凝土的彈性模量(×104MPa);

C——地基對(duì)混凝土的約束系數(shù)(N/mm);

α——混凝土的熱膨脹系數(shù)(1×10-5/℃);

T——綜合溫差(℃);

arcch——雙曲余弦的反函數(shù)。

由上式可知:伸縮縫間距設(shè)計(jì)的重要影響因素是混凝土的溫差和收縮值變形。一般總是αT大于，如果我們采取措施，使趨近于

，則式中arcch值→∞，可無(wú)需設(shè)置伸縮縫，這就要降低混凝土溫差和收縮值，或提高混凝土的極限拉伸。于是，采用微膨脹混凝土是一種有效的技術(shù)途徑。

研究表明:膨脹混凝土的主要變形有冷縮率St、干縮率Sd、受拉徐變率Ct、極限延伸率Sk、混凝土的限制膨脹率，其中，St及Sd是有害變形，Ct及是有益變形，當(dāng)D=-(St+Sd-Ct)≤Sk時(shí)，混凝土處于受壓狀態(tài)不會(huì)產(chǎn)生裂縫。

摻有UEA-y的鋼筋混凝土在硬化過(guò)程中混凝土產(chǎn)生一定的膨脹，鋼筋約束混凝土的膨脹而受拉，而混凝土未充分膨脹受壓，鋼筋拉力與混凝土的壓力相互平衡。

設(shè)為混凝土預(yù)壓應(yīng)力(MPa)、As為鋼筋截面積、μ——配筋率(%)、Ae為混凝土截面積、Es為鋼筋彈性模量(MPa)、為混凝土膨脹率，則有Ae· =As· = As·Es·

，即=μ·Es· 。

可見(jiàn)在配筋率和鋼筋彈性模量確定的情況下，膨脹混凝土自應(yīng)力與膨脹率成正比。這樣膨脹加強(qiáng)帶的自應(yīng)力增大，對(duì)溫度收縮應(yīng)力補(bǔ)償能力也增大，從而防止了超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂。限制膨脹率隨著UEA-y摻量的增加而增加，可以通過(guò)調(diào)整UEA-y的摻量使混凝土獲得不同的預(yù)壓應(yīng)力。

4補(bǔ)償收縮混凝土抗裂計(jì)算

4.1混凝土中心最高溫度計(jì)算

Tmax=(W1Ql+W2Q2+ W3Q3)/rhC(2)

式中:W1、W2、W3分別為單方混凝土、水、UEA-y、粉煤灰用量，見(jiàn)表1。

Q1、Q2、Q3分別為上述材料的水化熱，相應(yīng)取值為320、300、150kJ/kg。

rh——混凝土容重，取2400kg/m3;

C——混凝土比熱容，取0.96kJ/kg℃。

計(jì)算Tmax =(288×320+35×300+50×150)/2400÷0.96=47.8(℃)

混凝土底板沿長(zhǎng)度方向的散熱可以忽略，只考慮沿高度方向一維散熱，散熱系數(shù)取0.6，則水泥水化熱引起的溫升值T1=47.8×0.6=28.7℃，混凝土的平均入模溫度T2=22℃，預(yù)計(jì)混凝土中心最高溫度T3= T1+ T2=28.7+22=50.7℃。

4.2混凝土極限拉伸率計(jì)算

C30混凝土Rt=2.0MPa，配筋率μ=0.56%，鋼筋直徑d=16mm

=0.5Rf(1+ /d)×10-4

=0.5×2.0×(1+0.56/1.6)×10-4

=1.35×10-4

徐變使混凝土極限拉伸增加，提高了混凝土的極限變形能力。計(jì)算混凝土的實(shí)際極限拉伸率Sk= (1+0.5)=2.03×10-4。

4.3溫差變形率計(jì)算

施工期間預(yù)計(jì)環(huán)境溫度平均為T4=20℃

混凝土結(jié)構(gòu)在升溫時(shí)內(nèi)部產(chǎn)生壓力，而降溫過(guò)程中產(chǎn)生拉應(yīng)力，由于混凝土受到鋼筋和基礎(chǔ)約束，取約束系數(shù)R=0.6。最不利的情況是，設(shè)混凝土中心最高溫度降至環(huán)境溫度時(shí)，產(chǎn)生冷縮最大值為:

St=1.0×10-5×(T3- T4)×R=1.84×10-4

4.4計(jì)算干燥收縮率

Sd(t)=3.24×10-4 (1-e-0.01t)m1m2…mn

式中的m1m2…mn為影響因素，t為時(shí)間。

水泥品種:m1=1.00;水泥細(xì)度:m2=1.20;骨料:m3=1.00;水灰比:m4=1.10;

水泥漿量:m5=1.20;養(yǎng)護(hù)時(shí)間:m6=1.10;環(huán)境濕度:m7=0.90;約束:m8=0.6

代入公式得:Sd(28)=0.75×10-4。

4.5混凝土的限制膨脹率

考慮試驗(yàn)室與施工現(xiàn)場(chǎng)養(yǎng)護(hù)條件的差別，本工程混凝土的限制膨脹率設(shè)計(jì)值 =2.9×10-4。

4.6混凝土最終變形值

補(bǔ)償收縮混凝土最終收縮變形D=- St- Sd =2.9×10-4-1.84×10-4-0.75×10-4=0.31×10-4

由于混凝土最終變形為正，混凝土呈受壓狀態(tài)，所以混凝土不會(huì)開(kāi)裂。

5地下室底板超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)帶設(shè)置

加強(qiáng)帶設(shè)計(jì)原理是在結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力最大的地方給予相應(yīng)的膨脹應(yīng)力補(bǔ)償。本工程具體做法，UEA-y加強(qiáng)帶底寬2m，上寬2.4m，帶的一側(cè)為臺(tái)階型，帶之間增加1/3的水平構(gòu)造鋼筋，帶的兩側(cè)分別鋪設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)，防止小膨脹混凝土流入加強(qiáng)帶。加強(qiáng)帶的混凝土采用C35/P8，施工縫應(yīng)鑿毛清冼干凈，用摻UEA-y=13%的混凝土澆入加強(qiáng)帶，隨后用小膨脹混凝土澆注帶外地段，見(jiàn)圖1、圖2。

6補(bǔ)償收縮混凝土混凝土配合設(shè)計(jì)

本工程地下室有汽車停車場(chǎng)、配電房，且面積較大，絕對(duì)不能有漏水?；炷翍?yīng)有足夠的補(bǔ)償收縮性能，故選用三摻技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)該工程混凝土配合比。

6.1原材料選用

(1)水泥:采用散裝32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，水泥7d水化熱不大于270kJ/kg，C3A含量在8%以下，3d強(qiáng)度19.2MPa，28d強(qiáng)度39.2MPa。

(2)砂:采用本地質(zhì)地堅(jiān)硬，級(jí)配良好的天然河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6~2.8，含泥量不大于l%，能有效地減少用水量，水泥用量也可相應(yīng)減少，降低了混凝土溫升并減少了混凝土的收縮。

(3)石子:采用本地5~40mm連續(xù)級(jí)配的機(jī)制碎石，含泥量不大于1%，針片狀含量不大于10%，空隙率少于40%。

(4)UEA-y高效膨脹劑:可在結(jié)構(gòu)中建立 σc=0.2~0.7MPa的預(yù)壓應(yīng)力，來(lái)補(bǔ)償混凝土在硬化過(guò)程中產(chǎn)生的收縮引起的拉應(yīng)力。

(5)粉煤灰:選用I級(jí)灰，細(xì)度為10%，燒失量2.5%，28d抗壓強(qiáng)度比78%，由于粉煤灰的火山灰活性作用，孔的細(xì)化作用，內(nèi)核作用和潤(rùn)滑、吸附作用，可以提高混凝土的力學(xué)性能與耐久性，并改善混凝土的和易性。

(6)木質(zhì)素磺酸鈣:降低單方混凝土的用水量，減少混凝土干縮量，輕微引氣能提高混凝土的抗?jié)B性能，對(duì)耐久性有利。在木質(zhì)素磺酸鈣溶液中加入硫酸鹽活性激發(fā)劑，能加速粉煤灰的火山灰反應(yīng)。

6.2施工配合比的確定

混凝土單方水泥用量越大，用水量越多，則收縮變形越大。摻人微引氣的減水劑不僅使混凝土的和易性明顯改善，同時(shí)又減少了約8%左右的拌合用水，減水后使混凝土回縮量減小。

混凝土骨料中的砂采用中砂，根據(jù)有關(guān)資料及試驗(yàn)表明:當(dāng)采用細(xì)度模數(shù)為2.8、平均粒徑為0.381的中砂，比采用細(xì)度模數(shù)為2.1、平均粒徑為0.336的細(xì)砂，每1m混凝土可減少用水量20~25kg，水泥用量可相應(yīng)減少25~35kg。

在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，考慮摻加適量的I級(jí)粉煤灰及高效膨脹劑，用適量I級(jí)粉煤灰取代水泥，可使水泥的顆粒級(jí)配更加合理化。在I級(jí)粉煤灰的微填充效應(yīng)和形貌效應(yīng)作用下，能使混凝土水單方用量適當(dāng)減少，加上I級(jí)粉煤灰的自生收縮是膨脹變形，這對(duì)混凝土抗裂是有利的;摻加一定量的高效膨脹劑來(lái)補(bǔ)償混凝土收縮引起的拉應(yīng)力。

通過(guò)試驗(yàn)室六個(gè)配合比各項(xiàng)性能的綜合評(píng)價(jià)，確定了施工配合比，見(jiàn)表1、表2。

混凝土拌合物和易性好，不離析，不泌水，混凝土強(qiáng)度、膨脹率均達(dá)到試配要求。

7地下室底板超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)加強(qiáng)帶混凝土施工工藝

7.1混凝土攪拌及運(yùn)輸

施工現(xiàn)場(chǎng)采用750自落式攪拌機(jī)一臺(tái)，砂、石、水、減水劑電子計(jì)量，水泥、UEA-y、粉煤灰由專人計(jì)量投放，混凝土攪拌采用減水劑后摻法，攪拌時(shí)間為2min，坍落度嚴(yán)格按設(shè)計(jì)要求控制在4.0~6.0cm，定時(shí)檢測(cè)混凝土坍落度，間接控制水灰比。當(dāng)砂、石含水率發(fā)生變化時(shí)，及時(shí)調(diào)整施工配合比，使混凝土的工作性能達(dá)到最佳狀態(tài)。

混凝土運(yùn)輸采用拖拉機(jī)水平運(yùn)輸、塔吊垂直運(yùn)輸相結(jié)合。

7.2混凝土澆筑及養(yǎng)護(hù)

由于南邊圍護(hù)發(fā)生問(wèn)題，I加強(qiáng)帶改為“Z”字型。底板澆筑后進(jìn)行兩次壓面再進(jìn)行表面拉毛，以消除混凝土沉降裂縫及表面塑性收縮微裂縫。

混凝土表面具體處理程序:初凝前一次抹壓→臨時(shí)覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)→混凝土終凝前1～2h掀膜兩次抹壓→覆蓋保濕養(yǎng)護(hù)?；炷两K凝后設(shè)專人澆水養(yǎng)護(hù)，保證混凝土表面潮濕狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間10~14d。

7.3混凝土施工質(zhì)量評(píng)價(jià)

由于各部門積極配合，工程進(jìn)展順利，底板混凝土澆筑完成至今已有3年多，未發(fā)現(xiàn)裂縫和滲漏現(xiàn)象，底板試塊留置41組，平均強(qiáng)度34.8MPa，最小值為30.2MPa，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差Sfcu=2.86。

8結(jié)語(yǔ)

通過(guò)以上工程實(shí)踐表明，地下室底板超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)不設(shè)后澆帶采用補(bǔ)償收縮混凝土加強(qiáng)帶是可行的，補(bǔ)償收縮混凝土配合比應(yīng)綜合考慮混凝土的強(qiáng)度及限制膨脹率兩個(gè)指標(biāo)，以滿足工程要求。加強(qiáng)帶處應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力的構(gòu)造筋，利用三摻技術(shù)，可明顯改善混凝土的性能，提高混凝土早期抗裂能力，加快施工速度，縮短工期，降低造價(jià)。

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