補償收縮混凝土在超長混凝土結(jié)構中的應用

李丹丹

摘 要：通過對補償收縮混凝土的研究，在超長混凝土結(jié)構中使用補償收縮混凝土膨脹加強帶代替后澆帶，可以有效的防止裂縫的產(chǎn)生，實現(xiàn)超長混凝土結(jié)構的無縫施工技術。

關鍵詞：補償收縮混凝土；超長混凝土結(jié)構；無縫施工

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.088

1 引言

通過建筑學者的研究和工程師對大量混凝土工程的工程實踐，結(jié)合混凝土結(jié)構的材料性能，在鋼筋混凝土結(jié)構中，裂縫問題是不可避免的。而混凝土結(jié)構構件中出現(xiàn)的裂縫在一定的范圍內(nèi)也是可以接受的，只要采取有效的措施來控制裂縫的的危害。鋼筋混凝土規(guī)范也明確規(guī)定[1]：在不同環(huán)境條件下，允許鋼筋混凝土結(jié)構存在一定寬度的裂縫。引起鋼筋混凝土結(jié)構出現(xiàn)裂縫的原因很復雜，是由設計、施工、材料、環(huán)境及管理等眾多因素相互影響的綜合性問題，控制裂縫的產(chǎn)生要采取綜合的辦法，從設計方面、材料方面、施工方面的措施等綜合研究，相互配合，從而采取有效的措施來控制裂縫的產(chǎn)生，使鋼筋混凝土結(jié)構在使用過程中盡可能的不出現(xiàn)裂縫，或裂縫的數(shù)量和寬度在規(guī)范允許的范圍內(nèi)，避免有害裂縫的產(chǎn)生，確保工程質(zhì)量。

隨著城鎮(zhèn)化建設的加速，超長混凝土結(jié)構在現(xiàn)代工程建設中的應用越來越廣泛，平面尺寸超長，寬度超寬，面積超大的建筑迅速出現(xiàn)，特別是一些大城市隨著交通問題和停車問題的日趨嚴重，地鐵的建設和地下停車場的建設逐漸增多，超長混凝土地下結(jié)構對裂縫的控制更加嚴格。超長混凝土結(jié)構為了防止裂縫的產(chǎn)生，更好的適用于地下建筑，一般采取不設縫或少設縫的無縫施工技術措施。在超長混凝土結(jié)構應用方面我國已經(jīng)有大量的工程實踐案例，中國建筑材料科學研究院發(fā)明的《超長鋼筋混凝土結(jié)構無縫設計與施工方法》（專利號931171126）提出了用補償收縮混凝土代替后澆帶的無縫施工技術。

用補償收縮混凝土代替后澆帶的無縫施工技術設計思路是“抗放兼施，以抗為主”，通過補償收縮混凝土中的膨脹劑產(chǎn)生的膨脹作用，使得混凝土受到鋼筋和鄰位外界的約束，產(chǎn)生一定的預壓應力，該預應力可以抵消由于混凝土收縮產(chǎn)生的拉應力，防止混凝土構件產(chǎn)生裂縫?！盁o縫”只是相對的，是指結(jié)構的少縫或無縫，如鋼筋混凝土構件設置的后澆帶。

2 補償收縮混凝土膨脹加強帶

通過對超長鋼筋混凝土結(jié)構無縫施工技術的研究我們發(fā)現(xiàn)在眾多超長混凝土結(jié)構施工方式中采取無縫施工技術是最為廣泛的一種方法，無縫施工技術采取的是用摻加適量膨脹劑的混凝土膨脹加強帶代替后澆帶，來達到預防混凝土開裂的目的。膨脹加強帶是指通過在鋼筋混凝土結(jié)構預設的后澆帶部位澆筑由膨脹劑或膨脹水泥拌制的補償收縮混凝土，來達到延長構件連續(xù)澆筑長度，防止混凝土構件出現(xiàn)裂縫。通過國內(nèi)外學者的大量研究和試驗，補償收縮混凝土能夠避免或者大大減少混凝土構件的開裂，并具有良好抗?jié)B性能的特點。摻加在補償收縮混凝土中的混凝土膨脹劑是在膨脹水泥的基礎上發(fā)展而來的一種混凝土外加劑，在施工現(xiàn)場中直接摻加在硅酸鹽水泥中即可拌制成膨脹混凝土。補償收縮混凝土在膨脹加強帶中的使用重點要注意其膨脹劑的摻量和限制膨脹率，在實踐工程中，超長混凝土結(jié)構設計人員和施工人員通過大量試驗并結(jié)合具體工程來配制補償收縮混凝土。

2.1 混凝土膨脹劑

混凝土膨脹劑在超長混凝土結(jié)構中的使用起到了至關重要的作用，混凝土膨脹劑的類型較多，我國使用比較廣泛?；炷僚蛎泟┌椿瘜W成分可以分為五類：氧化鈣類、硫鋁酸鈣類、硫鋁酸鈣-氧化鈣類、氧化鎂類、氧化鐵類。國內(nèi)外絕大多數(shù)生產(chǎn)硫鋁酸鈣類膨脹劑，它以8%～12%摻入水泥中（等量取代水泥），形成鈣礬石（C3A·3CaSO4·32H2O）膨脹結(jié)晶。我國主要生產(chǎn)和使用的也是硫鋁酸鈣類膨脹劑。該膨脹劑在摻加過程中它等量取代水泥進行混凝土的攪拌，一般情況下的摻量以8%～12%摻入水泥中，形成鈣礬石膨脹結(jié)晶。通過與水泥其他成分反應，而生產(chǎn)鈣礬石晶體，鈣礬石的最大特點是會產(chǎn)生體積膨脹。該膨脹會全部抵消或部分抵消混凝土硬化過程中的收縮，同時混凝土膨脹受到鋼筋的約束，對鋼筋產(chǎn)生拉應力，在混凝土中產(chǎn)生壓應力，相當于預應力混凝土的特性，可以很好的防止鋼筋混凝土構件的開裂。

將膨脹劑按內(nèi)摻法（替代等量膠凝材料）摻入混凝土或水泥砂漿中，由膨脹能建立起的預壓應力可大致抵消混凝土在硬化過程中產(chǎn)生的收縮拉應力，使混凝土趨于致密及不裂或少裂，達到防滲漏目的。

2.2 補償收縮混凝土

補償收縮混凝土是指在施工現(xiàn)場摻加了各種膨脹劑拌制的混凝土，通過在混凝土水化過程中膨脹劑發(fā)生膨脹來抵抗混凝土的收縮，達到防止混凝土開裂的目的。用來補償混凝土的收縮而拌制的補償收縮混凝土的自應力值較小，其自應力值大小一般有兩種情況：一用于補償因混凝土收縮產(chǎn)生的拉應力時，為0.2～0.7MPa；二用于后澆帶、膨脹加強帶和接縫工程的填充時，為0.5～1.0MPa。在這兩種情況下使用的補償收縮混凝土混凝土，由于自應力很小，故在結(jié)構設計中一般不考慮自應力的影響。為了使得補償收縮混凝土發(fā)揮補償收縮的性能，在膨脹劑的選擇上和膨脹劑的摻加量上要根據(jù)工程結(jié)構特點和膨脹劑的相應標準規(guī)范來綜合考慮，同時也要根據(jù)具體工程來確定混凝土的限制膨脹率，確保補償收縮混凝土的補償收縮性能，保證工程質(zhì)量。

補償收縮混凝土對于提高能混凝土構件的防水抗?jié)B性能，應用非常廣泛，一般情況下宜用于混凝土結(jié)構自防水工程，混凝土結(jié)構接縫的填充，采取連續(xù)施工的超長混凝土結(jié)構，和易產(chǎn)生裂縫的大體積混凝土結(jié)構等工程中。

補償收縮混凝土的質(zhì)量除應符合現(xiàn)行國家標準《混凝土質(zhì)量控制標準》GB50164的規(guī)定外，還應符合設計所要求的混凝土的強度等級要求、以及滿足膨脹要求的限制膨脹率、膨脹劑的摻量的要求，和符合結(jié)構使用要求的抗?jié)B等級和耐久性等技術指標。

3 補償收縮混凝土在超長結(jié)構中的應用

3.1 超長混凝土結(jié)構無縫施工的意義

超長混凝土無縫施工技術是在混凝土中摻加一定量的膨脹劑補償收縮混凝土作為結(jié)構材料，通過其在水硬化過程中產(chǎn)生膨脹作用，該膨脹由于受到結(jié)構鋼筋等的約束，而產(chǎn)生一定的預壓應力，來抵抗混凝土由于溫度和收縮變形產(chǎn)生的拉應力，防止混凝土結(jié)構的收縮裂縫或把裂縫控制在無害裂縫的范圍內(nèi)。其特點是

（1）以“膨脹加強帶”而取消后澆帶與伸縮縫，補償收縮混凝土能連續(xù)澆筑施工，提高混凝土結(jié)構的整體性，對有整體防水要求的地下混凝土結(jié)構，提高了其防水性能。

（2）后澆帶一般需經(jīng)過42d以后才能進行混凝土澆筑，采用補償收縮混凝土無縫施工技術，減少了施工中對后澆帶的處理這一繁瑣的施工環(huán)節(jié)，減化了施工程序，加快模板周轉(zhuǎn)，縮短了建設工期，降低了工程造價。

（3）通過大量的實踐研究，采用補償收縮混凝土膨脹加強帶，

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可以很好的防止混凝土結(jié)構的溫度裂縫和收縮裂縫，增強了混凝土結(jié)構的耐久性和使用年限。

3.2 超長混凝土結(jié)構無縫施工應用

超長混凝土無縫施工技術是用膨脹加強帶代替后澆帶，預防混凝土的開裂。在廣大建筑學者的共同努力和施工技術人員的不斷探索中，無縫施工技術越來越多的成功應用到各建筑工程中。無縫施工技術的成功使用可以有效地避免按結(jié)構設計規(guī)范設置的伸縮縫，提高超長混凝土結(jié)構的整體性、耐久性、防水防滲性及抗震性，同時也可以縮短工期，降低工程造價。

國內(nèi)對超長混凝土結(jié)構的分析研究從王鐵夢在20世紀50年代提出了有條件取消伸縮縫，以及“抗放兼施，以抗為主”的設計原則，到吳中偉、游寶坤等研制了一系列混凝土膨脹劑，成功的應用到工程實際，并取得了良好的效果。這一階段超長混凝土結(jié)構無縫施工技術的施工，主要依靠對混凝土材料和施工技術的研究分析，采取一定的措施進行控制。隨著計算機技術的發(fā)展，超長混凝土結(jié)構收縮模型的建立，大型結(jié)構有限元程序的應用，超長混凝土結(jié)構在收縮和溫度作用下的受力特點的分析計算，設計者可以有的放矢的進行結(jié)構設計和配筋。從而使超長混凝土結(jié)構的使用更加廣泛。

海南省政府辦公大樓為超長混凝土結(jié)構，主體結(jié)構軸線總長度158m、總寬度38m，地下室底板軸線總長度158m、總寬度41m，地下建筑面積5866m2，在施工過程中采取總長度方向上無縫施工和預應力混凝土技術，有效地控制了裂縫的產(chǎn)生。

合肥“新地中心”建筑面積約70萬m2，地下室單層面積約6萬m2，長278m，寬213m，整個地下室采用補償收縮混凝土無縫施工技術，不設置永久伸縮縫。在超長地下室設計過程中，考慮大體積混凝土水化熱的影響，降低地下室地板和外墻厚度；在施工過程中，綜合考慮混凝土原材料、環(huán)境溫差及膨脹劑的所產(chǎn)生的收縮變形、溫度變形和徐變的影響，計算分析了膨脹加強帶的設置間距和限制膨脹率的取值。通過合理的設置膨脹加強帶，結(jié)合有效的結(jié)構措施和施工措施，成功的實現(xiàn)了該超長地下室的無縫設計。

4 小結(jié)

通過大量工程實踐，補償收縮混凝土在超長混凝土結(jié)構的有效使用，超長構件不設置施工縫，提高了混凝土結(jié)構的整體性和耐久性，縮短了建設工期，降低了工程造價。在施工過程中應根據(jù)規(guī)范要求來配置補償收縮混凝土，強化施工環(huán)節(jié)，保證超長混凝土結(jié)構施工質(zhì)量。

參考文獻：

[1]王鐵夢.工程結(jié)構裂縫控制[M].中國建筑出版社，1997.

[2]葉金宜，王俊等.海南省政府辦公大樓超長混凝土結(jié)構無縫施工技術[J].施工技術，2010.