膨脹加強(qiáng)帶代替后澆帶在超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用

曹國(guó)祥

混凝土膨脹加強(qiáng)帶是一種采用比正常澆筑混凝土高一強(qiáng)度等級(jí)的膨脹混凝土（添加一定比例的膨脹劑），設(shè)置在建筑物混凝土收縮應(yīng)力發(fā)生的最大部位，來增加混凝土的密實(shí)度，提高連續(xù)澆筑混凝土的強(qiáng)度及抗裂、防滲性能的超長(zhǎng)混凝土整澆澆筑技術(shù)[1]。

我公司承建的京滬高鐵南京南站北廣場(chǎng)工程為一層地下混凝土超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，呈扇形，東西向長(zhǎng)395.6m，南北向135m，總建筑面積約40515m2，設(shè)計(jì)有多條后澆帶，將整個(gè)地下室分為18個(gè)區(qū)塊。工程自2011年3月10日初開工，為確保京滬高鐵南京南站2011年6月30日開通，主體結(jié)構(gòu)必須于6月10日前完成，工期僅91天，如果按常規(guī)后澆帶組織施工，將無法滿足工期要求。為此，有必要采用膨脹加強(qiáng)帶代替后澆帶進(jìn)行施工。

1 膨脹加強(qiáng)帶代替后澆帶的基本原理

1.1 補(bǔ)償收縮混凝土裂縫控制的基本原理

依據(jù)《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，其澆筑長(zhǎng)度可延長(zhǎng)到60m以上。補(bǔ)償收縮混凝土的工作原理如圖1所示。當(dāng)混凝土膨脹時(shí)，混凝土中的鋼筋對(duì)它的膨脹產(chǎn)生限制作用，鋼筋本身也因與混凝土一起膨脹而產(chǎn)生拉應(yīng)力σs，同時(shí)混凝土中產(chǎn)生相應(yīng)的壓應(yīng)力σc。

當(dāng)鋼筋拉應(yīng)力與混凝土壓應(yīng)力平衡時(shí)，則

式中：σc—混凝土預(yù)壓應(yīng)力，MPa；As—鋼筋截面積；μ—配筋率，%；Ac—混凝土截面積；Es—鋼筋彈性模量，MPa；ε2—混凝土的限制膨脹率(也即鋼筋伸長(zhǎng)率)，%。

由上式可見，σc與ε2成正比例關(guān)系，而限制膨脹率隨膨脹劑摻量的增加而增加，所以，可以通過調(diào)整膨脹劑的摻量，使混凝土獲得不同的預(yù)壓應(yīng)力。

補(bǔ)償收縮混凝土在養(yǎng)護(hù)期間的膨脹可補(bǔ)償部分后期的收縮，其收縮落差比普通混凝土少30%左右，一般小于極限拉伸變形Sp，若大于Sp開裂。由于補(bǔ)償混凝土干縮開始時(shí)間往后推遲，此期間混凝土的抗拉強(qiáng)度得到長(zhǎng)足的增長(zhǎng)，抵抗混凝土干縮所產(chǎn)生的拉應(yīng)力，故可以避免有害裂縫。

1.2 膨脹加強(qiáng)帶設(shè)計(jì)基本原理

從圖2中可以看出，超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)使用普通混凝土的溫度收縮應(yīng)力曲線為ABCDE，其中σ從兩邊向中間增長(zhǎng)到B、D兩點(diǎn)時(shí)，σ≥ftk（混凝土抗拉強(qiáng)度），開始發(fā)生開裂，釋放能量；僅采用小摻量膨脹劑的膨脹混凝土進(jìn)行澆筑的超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)，能夠抵消部分溫度收縮應(yīng)力，其收縮應(yīng)力曲線為AFGHE，應(yīng)力從兩邊向中間隨結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度的延伸而增長(zhǎng)，達(dá)到F、H兩點(diǎn)時(shí)，σ≥ftk，開始產(chǎn)生開裂，當(dāng)采用小摻量膨脹劑的膨脹混凝土，并在適當(dāng)部位局部加大膨脹劑摻量形成膨脹加強(qiáng)帶，對(duì)超過長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行疊加式重復(fù)補(bǔ)償時(shí)，其溫度應(yīng)力曲線為AIJKE，可以看出沒有達(dá)到混凝土抗拉強(qiáng)度所以不會(huì)開裂[3]。

2 膨脹加強(qiáng)帶的設(shè)計(jì)和技術(shù)要求

2.1 補(bǔ)償收縮混凝土設(shè)計(jì)

補(bǔ)償收縮混凝土設(shè)計(jì)的重點(diǎn)是確定膨脹劑的參量，以獲得合適的限制膨脹率，在結(jié)構(gòu)中建立一定的預(yù)壓應(yīng)力，這一預(yù)壓應(yīng)力可補(bǔ)償混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的溫差和干縮的拉應(yīng)力，防止混凝土開裂。根據(jù)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB-50119、《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》JGJ/T178等相關(guān)規(guī)范的要求，在征求相關(guān)專家、設(shè)計(jì)人員意見的的基礎(chǔ)上，確定混凝土設(shè)計(jì)限制膨脹率如表1所示，結(jié)合南京原材料情況及不同結(jié)構(gòu)部位，具體建議配合比如表2所示。

表1 混凝土限制膨脹率（×10-4）

表2 混凝土配合比

根據(jù)攪拌站試配，最終確定配合比如表3所示，大量實(shí)驗(yàn)表明礦粉大多情況下會(huì)增大混凝土的自收縮，因此對(duì)于側(cè)墻結(jié)構(gòu)的混凝土不適宜加入礦粉。粉煤灰的使用不僅會(huì)降低混凝土收縮，還可降低混凝土水化熱，因此在各部位均添加部分粉煤灰。

表3 攪拌站提供配合比（kg/m3）

2.2 混凝土實(shí)測(cè)限制膨脹率

在實(shí)際施工過程中，我們現(xiàn)場(chǎng)取樣送檢26批次，各規(guī)格混凝土的限制膨脹率均滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，具體數(shù)據(jù)如表4。

表4 各批次混凝土水養(yǎng)14d限制膨脹率技術(shù)要求對(duì)比

圖3為典型一般部位補(bǔ)償收縮混凝土與膨脹加強(qiáng)帶混凝土實(shí)測(cè)限制膨脹率數(shù)據(jù)?？梢娀炷猎阡摻钕拗谱饔孟乱琅f可以發(fā)揮有效的膨脹作用，并且將膨脹能儲(chǔ)存在鋼筋中。在水養(yǎng)14d后開始干燥，雖然此時(shí)混凝土開始收縮，但是在水養(yǎng)階段儲(chǔ)存起來的膨脹能開始發(fā)揮作用以抵消后期干燥的收縮作用。在42d齡期時(shí)混凝土也未發(fā)生明顯收縮作用，這為混凝土結(jié)構(gòu)良好的抗裂性提供了有力保障。

2.3 膨脹加強(qiáng)帶構(gòu)造

膨脹加強(qiáng)帶設(shè)置位置與原設(shè)計(jì)后澆帶位置相同，寬度2m,先澆筑一側(cè)參照施工縫做法設(shè)鋼板止水帶；加強(qiáng)帶兩側(cè)用密目鋼絲網(wǎng)分割并用鋼筋固定牢固，以防普通混凝土流入加強(qiáng)帶。加強(qiáng)帶的構(gòu)造見圖4?；炷翝仓r(shí)先澆筑加強(qiáng)帶預(yù)留鋼板止水帶一側(cè)，再次澆筑時(shí)先澆筑加強(qiáng)帶，在澆筑另一側(cè)混凝土。

2.4 原材料技術(shù)要求

2.4.1 水泥：必須采用滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB-175） 要求的42.5P.O或42.5P.II水泥。堿含量在0.6%以內(nèi)；Cl－含量不大于0.02%；燒失量小于3%；標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量不大于27%；C3A≤6%。建議選用早期水化熱較低，比表面積較低（小于350m2/kg）的水泥。避免使用溫度較高的水泥，防止混凝土溫升與環(huán)境溫度差幅度過大形成溫度裂縫。

2.4.2 粉煤灰：建議使用滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 （GB/T 1596） II級(jí)以上的粉煤灰。粉煤灰應(yīng)品質(zhì)穩(wěn)定、燒失量低。嚴(yán)禁使用高鈣粉煤灰。

2.4.3 礦粉：建議使用S95級(jí)以上礦粉。比表面積不大于 500m2/kg，同時(shí)不小于 350 m2/kg；Cl－≤0.02%；SO3≤3.0%；燒失量≤2.0%，含水量≤1.0%。

2.4.4 骨料：砂、石各項(xiàng)指標(biāo)應(yīng)滿足國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用砂、石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)方法》（JGJ52）。砂應(yīng)采用級(jí)配良好的潔凈中、粗河砂、江砂，細(xì)度模數(shù)≥2.4。石子應(yīng)采用5-25mm連續(xù)級(jí)配碎石。

砂石含泥量分別不超過1%和3%，泥塊含量分別不超過0.5%和1%，砂云母含量不大于1%。

2.4.5 膨脹劑：為了有效補(bǔ)償混凝土的收縮，應(yīng)采用滿足GB23439-2009《混凝土膨脹劑》中Ⅰ型要求限制膨脹率大于2.5×10-4、質(zhì)量穩(wěn)定的膨脹劑，本工程使用了江蘇蘇博特新材料有限公司的SBT-HME(III)低堿型混凝土膨脹劑。

2.4.6 減水劑:減水劑應(yīng)滿足《混凝土外加劑》(GB8076)要求。為了進(jìn)一步降低混凝土的收縮，建議采用收縮率低的新一代聚羧酸系高性能減水劑，如PCAR聚羧酸高性能減水劑。

2.4.7 水：應(yīng)盡量采用潔凈的地下水，水的性能指標(biāo)應(yīng)符合《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》 （JGJ63）的規(guī)定。

3 施工技術(shù)及質(zhì)量保障措施

3.1 膨脹加強(qiáng)帶施工

3.1.1 膨脹加強(qiáng)帶的兩側(cè)需用密孔鋼絲網(wǎng)攔隔，并用鋼筋固定牢固，一般每隔300mm設(shè)一根豎向Φ12鋼筋；底板大于600mm時(shí)，還應(yīng)在中間設(shè)置水平鋼筋，確保密目鋼絲網(wǎng)不被混凝土沖開，以防止普通補(bǔ)償收縮混凝土混入加強(qiáng)帶。

3.1.2 鋼絲網(wǎng)接頭必須搭接牢固，下口50mm保護(hù)層范圍必須封閉，可將密目鋼絲網(wǎng)下口增加80mm翻邊，遇底層鋼筋處剪開，用鋼釘固定在墊層上。

3.2 混凝土質(zhì)量保證

3.2.1 超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)無縫施工關(guān)鍵技術(shù)在于保障混凝土質(zhì)量，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求的限制膨脹率。要求混凝土配合比計(jì)量準(zhǔn)確，攪拌均勻，各種原材料必須滿足相關(guān)技術(shù)要求。

3.2.2 嚴(yán)格控制混凝土入模坍落度，施工中嚴(yán)禁隨意加水。

3.2.3 要組織好混凝土的供應(yīng)，加強(qiáng)施工現(xiàn)場(chǎng)的指揮和調(diào)度，確?；炷吝B續(xù)澆筑，防止?jié)仓r(shí)把普通混凝土與膨脹加強(qiáng)帶混凝土相混淆。

3.3 混凝土的澆筑

3.3.1 應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和攪拌系統(tǒng)的生產(chǎn)率及具體環(huán)境特點(diǎn)以及混凝土的凝結(jié)時(shí)間，選擇合適的澆筑方法。

3.3.2 應(yīng)控制混凝土入模坍落度不宜過大，宜控制在14-18cm，澆筑時(shí)應(yīng)注意落差不能過大。

3.3.3 注意嚴(yán)防普通混凝土進(jìn)入膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)，嚴(yán)禁混凝土散落在尚未澆筑的部位。

3.3.4 在混凝土澆筑至膨脹加強(qiáng)帶附近時(shí)，應(yīng)注意使振動(dòng)棒插搗點(diǎn)與密目鋼絲網(wǎng)保持距離不小于30cm，并不得過振。另外在混凝土澆筑、振搗過程中應(yīng)掌握時(shí)間，在接近混凝土初凝前進(jìn)行二次振搗。

3.3.5 膨脹加強(qiáng)帶澆筑前，應(yīng)將先期澆筑的混凝土表面按施工縫的要求清理干凈，充分濕潤(rùn)。尤其是外貼式橡膠止水帶表面必須清理干凈。

3.3.6 混凝土振搗應(yīng)及時(shí)、充分，振搗要密實(shí)，不應(yīng)欠振或過振，澆筑時(shí)注意振搗到位使混凝土充滿端頭角落?；炷琳駝?dòng)棒移動(dòng)間距400mm左右，時(shí)間應(yīng)根據(jù)混凝土流動(dòng)性而定，以15-25S/次為宜。

3.3.7 在表面水基本收干前后，初步用長(zhǎng)刮尺刮平，用木抹子磨平搓毛2-3遍，拍打液化混凝土，愈合裂紋；在混凝土終凝前用機(jī)械磨光機(jī)打磨，進(jìn)一步減少混凝土表面細(xì)紋。

3.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)

3.4.1 混凝土澆筑后必須進(jìn)行充分養(yǎng)護(hù)；在硬化中須加以保護(hù)。

3.4.2 為了避免大面積板式結(jié)構(gòu)混凝土塑性開裂，應(yīng)在抹面之后混凝土表面開始變干時(shí)即開始采取覆蓋薄膜措施進(jìn)行養(yǎng)護(hù)?？梢栽跐仓戤吥嬷霸诨炷帘砻鎳姙⑺终舭l(fā)抑制劑以降低水分蒸發(fā)抑制塑性開裂。

3.4.3 底板、頂板砼宜采取澆水并薄膜覆蓋養(yǎng)護(hù)，同時(shí)應(yīng)保持混凝土表面濕潤(rùn)；在膨脹加強(qiáng)帶澆筑完畢且凝結(jié)抹面之后，采取覆蓋麻袋澆水的方法進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，且養(yǎng)護(hù)總齡期不應(yīng)少于14d。

3.4.4 墻體補(bǔ)償混凝土澆筑完成后，可以帶模養(yǎng)護(hù)。膨脹加強(qiáng)帶澆筑完畢后，應(yīng)在頂端設(shè)多孔淋水管。達(dá)到脫模強(qiáng)度后，可松動(dòng)對(duì)拉螺栓，使墻體外側(cè)與模板之間有2mm-3mm的縫隙，確保上部淋水進(jìn)入模板與墻壁間。直至養(yǎng)護(hù)14天后再拆模。

3.4.5 頂板膨脹加強(qiáng)帶處模板及其支撐，須在砼強(qiáng)度達(dá)到100%后方可拆除。

3.4.6 組織專門人員負(fù)責(zé)混凝土的養(yǎng)護(hù)工作，并對(duì)薄膜完整性及保濕養(yǎng)護(hù)情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理。

4 實(shí)施效果

（1）確保工程質(zhì)量。嚴(yán)格按照施工前編制的詳細(xì)可行的施工技術(shù)方案、施工交底組織施工，主體結(jié)構(gòu)完成至今未發(fā)現(xiàn)明顯裂縫和滲漏現(xiàn)象。

（2）縮短施工工期。由于后澆帶一般應(yīng)在其兩側(cè)混凝土澆筑完畢2個(gè)月后才能封閉，而采用膨脹加強(qiáng)帶可實(shí)現(xiàn)混凝土連續(xù)澆筑，施工工期大為縮短。

（3）降低施工成本。由于取消了后澆帶，省去了為保護(hù)后澆帶而砌筑的磚墻及預(yù)制混凝土蓋板，同時(shí)也省去了后澆帶清理的人工開支，減少了模板和支架的占用時(shí)間，降低了施工成本。

5 結(jié)語

南京南站北廣場(chǎng)工程實(shí)踐，進(jìn)一步驗(yàn)證了以膨脹加強(qiáng)帶取代后澆帶，可以增強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的整體性；有效地提高混凝土結(jié)構(gòu)的抗裂性和抗?jié)B等級(jí)；加速工程進(jìn)度，縮短工期，減少質(zhì)量缺陷。

[1]王鐵夢(mèng).建筑物裂縫控制[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1997.

[2]江正榮,朱國(guó)梁.簡(jiǎn)明施工計(jì)算手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,1999.

[3]王慶春,柳春圃.建筑施工常用數(shù)據(jù)手冊(cè)[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2001.