[关键词]大体积混凝土超长结构补偿收缩混凝土加强带抗渗防裂

[中图分类号]TU528.55[文献标示码]A[文章编号]2007-02-0023-04

1工程概况

　　苏州科技园科技新天地工程占地面积为3.68万m2,总建筑面积达15.4万m2。由3栋建筑物组成,3栋建筑物有共同的地下室。该地下室为两层,最大长度265m,最大宽度122m,最大弧长278m,属超长结构。地下室底板厚900mm、承台厚1900mm、电梯井最厚达2760mm。混凝土强度等级C40,抗渗等级S12,混凝土总浇筑量约40000m3。

　　按照《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)规定,本工程应设后浇带,在两侧混凝土龄期达到42d后再施工,这样就会大大延长施工工期,而且后浇带的清理、浇筑非常麻烦,处理不好常常会成为渗漏的隐患,留置后浇带也会影响到结构的整体性。

　　为加快施工进度,缩短工期,提高结构的整体性,保证工程的防水质量,本工程采用中国建筑材料科学研究院的《超长钢筋砼结构无缝设计和施工方法》专利技术(专利号93117132.6),取消(伸缩性的)后浇带,达到混凝土结构自防水、抗裂防渗之目的。

2超长钢筋混凝土结构裂渗控制的基本原理

　　工业与民用建筑的整体式基础,箱形基础的底板,车间混凝土的地面等,其特点是厚度(或高度)H远小于长度或宽度尺寸L,当HL≤0.2时,板在温度收缩变形作用下,离开端部区域,板的全截面受拉应力较均匀。在地基约束下,将出现水平法向应力σx。从工程实践可知,σ是设计的主要控制应力,是引起垂直裂缝的主要应力,其最大值σmax出现在板截面的中点X=0处,见图1。

　　当σmax超过混凝土的抗拉强度(Rt)时,板中部出现第一条垂直裂缝;开裂后,每块板的水平应力重新分布,最大应力σx′出现在每块板的中部,当σx′Rt,又形成第二批裂缝。这种裂缝的有序排列经常在工程中见到。为防止这种有序裂缝的出现,工程中用设置后浇带来释放收缩应力。这是控制裂缝的主要措施之一。法向温度应力的最大值可以按下式计算:

其中,Cx为水平阻力;H为板厚;E为混凝土弹性模量。后浇带只在较短的间距(L)范围

　　内对削减收缩应力(σmax)起显著作用,超过一定长度,即使设后浇带也没有意义。按理论计算,消减σmax的有效间距为20～60m。

　　因此,膨胀加强带间距应设在此范围内。

　　研究表明,ZY膨胀混凝土在硬化过程中产生膨胀作用,在钢筋或邻位约束下,钢筋受拉,而混凝土受压,当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时,则有:

Ac·σc=As·σs=As·Es·ε2(3)

而配筋率ρ=As(Ac+As)(4)

∴AsAc=ρ(1-ρ)(5)

则σc=ρ·Es·ε2(1-ρ)(6)

　　式中,σc为混凝土预压应力,Ac为混凝土截面积,σs为钢筋拉应力,As为钢筋截面积,Es为钢筋弹性模量,ρ为配筋率(%),ε2为混凝土的限制膨胀率。

　　从上式可见,σc与ε2成正比关系,而限制膨胀率随ZY的掺量增加而增加,所以,我们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。

　　根据水平法向应力曲线,我们设想在σmax处给予较大的膨胀应力σc,而在两侧给予较小的膨胀应

力,以便结构的收缩应力得到大小适宜的补偿,从而控制有序裂缝的出现。

　　为实现图1所示的收缩补偿应力,在收缩应力集中的σmax处,设膨胀加强带,其宽度2～3m,带两侧架设密孔铁丝网,目的是为防止两侧混凝土流入加强带。施工时,带外侧用小膨胀混凝土,到加强带时改用大膨胀混凝土,到加强带另一侧时,又改为小膨胀混凝土。如此循环下去,可连续浇筑超长混凝土结构,不留硬结茬。不同结构部位使用不同膨胀性能的混凝土,如图3所示。

3施工技术措施

3.1混凝土原材料选择

　　精心选取配制混凝土所需原材料,以提高混凝土的抗裂与抗渗性能。

3.1.1水泥:采用P.O42.5型普通硅酸盐水泥,其中C3A含量≤6%,C3S含量≤55%,含碱量≤0.6%。

3.1.2骨料:采用中砂,细度模数为2.3～2.9,含泥量≤0.3%;采用人工碎石,连续级配为5～31.5mm,含泥量≤1%,含泥量和针片状含量等指标均符合JGJ53-92的规定。

3.1.3外加剂及掺和料:采用北京中岩特种工程材料公司中岩牌ZY高效混凝土膨胀剂,质量符合JC476-2001,其中碱含量≤0.6%;采用苏州市金星混凝土外加剂研究所有限公司JN-3B减水剂;采用I级粉煤灰;矿粉。

3.1.4水:洁净自来水。

3.2混凝土配合比设计

　　为确保本工程浇筑混凝土的施工质量及其混凝土后期的耐久性,提出如下的要求:

3.2.1新浇筑的混凝土性能:混凝土坍落度控制

在(140±20)mm,流动度控制在500mm以上;混凝土坍落度经时损失小;不出现离析、泌水现象。

3.2.2硬化混凝土要求:体积稳定性好,收缩小,不出现不均匀的体积变形,无荷载作用的有害裂缝出现;耐久性好、密实性高、渗透性低。

　　为达到上述要求,对混凝土配合比进行试配,并根据试验结果,对试配方案进行了调整见表1、2。

3.3混凝土施工技术

3.3.1混凝土搅拌

　　(1)派专人负责投料,并符合计量要求。

　　(2)及时测定砂、石的含水量,以便及时调整混凝土拌合用水量,严禁随意增加用水量。

　　(3)混凝土搅拌时间:用自落式搅拌机,比不掺外加剂的普通混凝土延长30s以上,用强制式则延长10s以上。应严格控制搅拌时间,确保混凝土拌和均匀。

3.3.2混凝土运输

　　混凝土在搅拌机卸出后应尽快运至浇筑地点。当搅拌好的混凝土放置时间较长、坍落度不够时,严禁随意在混凝土中加水,只能加减水剂溶液(高效型、无缓凝成分、浓度40%左右)。搅拌车应随车携带减水剂溶液或工地备用。

3.3.3混凝土浇筑

　　(1)在浇灌补偿收缩混凝土前,模板及钢筋间的所有杂物必须清理干净。

　　(2)基础底板混凝土沿纵向采用“一个坡度、薄层浇筑、循序推进、一次到顶”的连续浇筑方法,混凝土自然流淌形成一个斜坡。这种方法能较好的适应泵送工艺,避免泵管的经常拆除冲洗和接长,提供泵送效率,保证及时接缝,避免冷缝的出现。

　　(3)混凝土连续浇筑,必须保证“软结茬”,接茬时间不得超过120min,以防产生冷结茬,造成防水隐患。若遇混凝土供应不上或晚间停止施工,可在结茬处混凝土中掺加缓凝剂,使混凝土缓凝若干小时,这样第二天混凝土就可以结上茬。掺加量通过试验来确定,加料要由专人负责添加,严防少加或漏加,避免造成工程质量事故。

　　(4)补偿收缩混凝土振捣必须密实,不能漏振、欠振、也不可过振。振捣时间宜为10～30s,以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准。振捣时,快插慢拔,振点布置要均匀。在施工缝、预埋件处,加强振捣,以免振捣不实,造成渗水通道、振捣时应尽量不触及模板、钢筋、止水带,以防止其移位、变形。

3.3.4混凝土养护

　　ZY补偿收缩混凝土的养护非常重要,这是由于ZY混凝土中形成的膨胀结晶—钙矾石以及水泥水化都需要水,否则会影响膨胀效能。因此在每一块混凝土浇筑、抹面完成后,及时用塑料薄膜覆盖其表面;当整块混凝土终凝后,开始铺麻袋片等养护材料(防止阳光直晒)并洒水养护,始终保持润湿,放线后可采用蓄水养护,养护期不少于14d。

　　自防水混凝土的养护是保证防水质量的最重要的措施之一,施工过程中派专人负责养护工作。

4结语

4.1苏州科技园科技新天地工程采用ZY补偿收缩混凝土无缝设计和结构自防水技术,取消柔性防水层,底板不裂不渗,防水效果良好,经现场试样检测,混凝土各项性能均达到设计要求。

4.2本工程应用了抗渗防裂控制技术,采用补偿收缩混凝土,以其膨胀产生的压应力来抵消收缩所产生的拉应力。根据结构不同部位,调整补偿收缩混凝土的膨胀剂的掺量,即在结构收缩应力最大的中部采用大膨胀混凝土,在结构收缩应力小的部位采用微膨胀混凝土,使混凝土的收缩拉应力得到大小适宜的补偿,避免了留设后浇带,实现了超长结构的无缝设计和施工,满足了建筑物的使用功能和施工要求。

4.3采用这种方法,可不留后浇带,实现混凝土连续浇筑,可以大大加快施工进度,减少后浇处理给施工带来的麻烦和给工程质量带来的隐患,提高结构的整体性和安全性,并节约了工期、降水费用和费用。实践表明,补偿收缩混凝土抗渗防裂技术在工程应用中具有很大的使用价值。

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