1、1膨胀混凝土在超长无缝结构中的应用【摘要】以往在超长钢筋混凝土结构施工中，为防止混凝土受温度应力和干缩应力而引起开裂，通常采用设置伸缩缝或后浇带的处理方式。这种常规的施工方式，工序复杂，施工时间长（后浇带砼需在周围混凝土浇筑 45 天后进行） ，质量不易保证。本工程以混凝土收缩的整体补偿为基础，通过设置“膨胀加强带”的技术取消了伸缩缝和后浇缝，实现超长无缝钢筋混凝土结构的施工。 【关键词】 混凝土收缩的整体补偿、膨胀加强带、施工技术 中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号： 工程概况 重庆市鱼洞综合客运换乘枢纽工程地处重庆市巴南区俞南大道旁，整个工程总用地面积 96866m2，其中换乘
2、大楼总建筑面积约 34242.94 m2，地下一层，地上三层，建筑长 162m81m，为超长无缝框架结构。间隔约 40m 设一道膨胀加强带，主体结构设计使用年限为 50 年。 2、超长现浇钢筋混凝土结构无缝设计原理 超长现浇钢筋混凝土结构无缝设计及施工是利用混凝土膨胀剂的膨胀性能，通过掺量的变化，调整膨胀量，对整体混凝土结构不同部位的2收缩进行补偿。其设计思路是“抗放兼备、以抗为主”的原则。 “抗”的原则是通过对混凝土结构设计，增强混凝土结构的约束，通过膨胀剂的掺入，增强混凝土的限制膨胀，产生预压应力，使其出现抵抗裂缝；另一方面对于混凝土结构产生的干缩与冷缩，在设计时采用低水化热水泥，在施工时
3、采用膨胀加强带的方法，使得在施工过程中出现的应力尽早释放，从而减少裂缝，这是“放”的原则。 技术控制措施 3.1 膨胀加强带的作用 膨胀混凝土在混凝土硬化过程中产生适当膨胀，在钢筋的邻位约束下，在混凝土中建立起一定的自应力，其自应力值按式(1)计算： c = Es p(1) 其中，c 为混凝土自应力； 为截面配筋率；Es 为钢筋的弹模量；p 为混凝土限制膨胀率。由式(1)可知，在配筋率和钢筋弹性模量确定的情况下，膨胀混凝土自应力与膨胀率成正比。这样膨胀加强带部位的自应力增大，对温度收缩应力补偿能力增大，防止超长结构开裂。其原理如下图所示。 膨胀加强带补偿温度收缩应力的原理图 上图中，超长结构混
4、凝土使用普通混凝土的温度收缩应力曲线为ABCDE，其应力从两边向中间增长到 B，D 两点时，f (混凝土抗拉强度)，开始发生开裂，释放能量；仅采用小掺量膨胀混凝土进行补偿的超3长混凝土结构，能够抵消部分温度收缩应力，其温度收缩应力曲线为FGHIJ，应力从两边向中间随结构长度延伸而增长，达到 G，I 两点时，f，开始发生开裂，掺膨胀剂的混凝土达到开裂时的结构长度较普通混凝土延长，起到一定补偿作用。当大面积采用小掺量膨胀剂混凝土，适当部位加大膨胀掺量形成膨胀加强带，对超长混凝土结构进行叠加式重复补偿时，其温度应力曲线为 FKLMJ，当温度应力从两边向中间逐渐增长，到达膨胀加强带部位(K，M)时，由
5、于加强带部位储存较大自应力(或膨胀能)对其进行补偿，使其应力降低，然后随长度增加重新增长，但最终结构中部最大应力值小于混凝土抗拉强度，即 f，保证超长混凝土结构不开裂，这就是膨胀加强带的主要作用。 3.2 膨胀剂掺量的确定 根据我国著名的水泥混凝土专家，中国工程院院士吴中伟教授关于膨胀混凝土的基本理论和观点，防止混凝土开裂，有如下判据: 2-(St+Sd-CT)SK 式中 2限制膨胀率; St 冷缩率; Sd 干缩率; CT 受拉徐变率，徐变 CT 对补偿收缩防止开裂是有利因素; SK 极限延伸率。 满足上述判据，就不必设伸缩缝，否则应设伸缩缝。 经计算本项目换乘大楼的膨胀加强带用掺加 12%
6、ZY 膨胀剂的混凝土浇筑，其膨胀率为 0.025%0.035%；膨胀加强带两侧采用掺加 8%ZY 膨胀剂的混凝土浇筑，其膨胀率为 0.015%0.025%。 3.3 膨胀加强带的设置 膨胀加强带的位置应根据结构长度而定， 补偿收缩混凝土应用技术规程JGJ/T 178-2009 规定膨胀加强带之间的间距宜为 3060m。本项目4换乘大楼膨胀加强带位置布置见下图。膨胀加强带从基础梁，地下室底板、顶板，内外墙、各层楼板贯通设置。 膨胀加强带按构造形式主要分为连续式、间歇式、后浇式 3 种，浇筑方式主要和结构类别、结构长度、结构厚度有关，浇筑方式的划分见下表： 由于本工程换乘大楼总长达 162m，因此
7、选用后浇式膨胀加强带分段式浇筑，膨胀加强带混凝土在两侧混凝土浇筑完成 15d 后浇筑。 膨胀加强带宽度为 2m，膨胀加强带的梁、板、墙钢筋均连通设置，膨胀加强带的构造做法见下图： 施工过程控制措施 4.1 原材料的选择： 4.1.1 水泥 尽量采用低水化热水泥，本工程采用重庆小南海水泥厂生产的P.O.42.5R 级普通硅酸盐水泥。小南海 P.O.42.5R 级水泥相关检测数据如下： 54.1.2 粉煤灰 选用铬璜电厂二级粉煤灰，其技术指标应符合 GB1596-2005 用于水泥和混凝土中的粉煤灰标准要求，并应尽可能降低其含碳量。铬璜电厂二级粉煤灰相关检测数据如下： 4.1.3 粗骨料 本工程采
8、用泵送混凝土，为适应混凝土泵送工艺，选用粒径 5-20mm 的碎石，产地为大渡口跳蹬镇。其技术指标应符合 JGJ52-2006普通混凝土用砂，石质量及检 验方法标准 ，所含泥土不得呈块状或包裹石子表面，吸水率不大于 1.5%。大渡口跳蹬镇碎石各技术指标检验如下： 4.1.4 细骨料 中砂 采用混合砂（40%的机制砂+60%的长江特细沙）所有技术指标应符合 JGJ52-2006普通混凝土用砂，石质量及检验方法标准要求。 4.1.5 膨胀剂膨胀混凝土膨胀剂在重庆地区主要有 UEA 型、ZY 型，ZY 膨胀剂是在 UEA 的基础之上研发成功的新一代混凝土膨胀剂，该产品是用回转窑生产的特制膨胀熟料、石
9、膏和膨胀稳定剂共同粉磨而成，与6UEA 相比较 ZY 膨胀剂质量更稳定、掺量低、膨胀率高、碱含量低，坍落度损失小，强度高。本工程选用重庆江北特种建材有限公司生产的 ZY 膨胀剂，其技术指标应符合 JC476-2001混凝土膨胀剂标准要求。 4.1.6 外加剂 减水剂 选用重庆江北特种建材有限公司生产的 FDN-OR 缓凝高效减水剂其技术指标应符合 GB8076-1997混凝土外加剂 。 上述全部材料应经检验合格，符合使用要求时方可入场。且材料供应充足， 特别是指定的水泥品种有足够的储备量或后续供应有保证。 4.2 膨胀混凝土配合比设计 C30 膨胀混凝土限制膨胀率 0.015%0.025%的配
10、合比 4.3 膨胀混凝土的限制膨胀率检测 膨胀混凝土除了作普通混凝土力学性能试验外，还应当混凝土限制膨胀率和限制干缩率试验。限制膨胀率和限制干缩率值应符合下表和设计的规定。 限制膨胀率的测定方法： 7步骤 1、试件制好后，待强度达到 35Mpa（一般成型后 1216 小时）时拆除模板。用标准杆校正测长仪（图 1）置读数为 0。 步骤 2、测量试件的初始长度（即：水中养护前的长度） （图 2） ，测量前应将仪器清理干净，特别是仪器测头部分，并且将记有编号的一面朝上，方向和位置要固定一致不能随意变动（此条相当重要，稍有变动对试验结果影响很大） ，每个试件应重复测量三次长度，取其稳定值。 步骤 3、
11、将试件置入（202）的水中养护 14d 后将试件按照步骤2 方法测量其长度（图 3） ，计算出限制膨胀率。 步骤 4、完成步骤 3 后立即将试件置入室温为（202）相对湿度为（605）%的恒定环境中 28d 按步骤 2 方法测量其长度，计算其限制干缩率。 （图一） （图二） （图三） 掺加 8%ZY 膨胀剂的 C30 混凝土配合比为：水泥：砂：碎石：水：外加剂：粉煤灰：ZY 膨胀剂=1：2.16：3.93：0.6：0.023：0.17：0.1。 换乘大楼部分掺加 8%ZY 膨胀剂的 C30 混凝土水中养生 14d 的膨胀率检测结果如下表： 序号 浇筑部位 设计膨胀率 检测结果 单项结论 1 6
12、-13/E-K 轴 梁、板(0.000m) 0.015-0.025 0.021 合格 2 6-12/F-K 轴 梁、板(6.000m) 0.015-0.025 0.022 合格 3 6-12/F-K 轴 梁、板(12.000m) 0.015-0.025 0.023 合格 4 1-6/A-F 轴 梁、板(12.000m) 0.015-0.025 0.019 合格 85 7-5/F-J 轴 梁、板(18.000m) 0.015-0.025 0.023 合格 6 1-6/A-E 轴 梁、板(0.000m) 0.015-0.025 0.022 合格 掺加 12%ZY 膨胀剂的 C35 混凝土配合比为：
13、水泥：砂：碎石：水：外加剂：粉煤灰：ZY 膨胀剂=1：1.98：3.66：0.56：0.025：0.13：0.16。 换乘大楼部分掺加 12%ZY 膨胀剂的 C35 混凝土水中养生 14d 的膨胀率检测结果如下表： 序号 浇筑部位 设计膨胀率 检测结果 单项结论 1 1-19/A-K 轴 梁、板(0.000m) 0.025-0.035 0.033 合格 2 1-19/A-K 轴 梁、板(6.000m) 0.025-0.035 0.034 合格 3 1-19/A-K 轴 梁、板(12.000m) 0.025-0.035 0.028 合格 4 5-15/B-J 轴 梁、板(18.000m) 0.0
14、25-0.035 0.029 合格 4.4 混凝土的拌制与质量控制 进场的原材料进行严格的把关，必须符合国家有关标准，现场加强 管理，有明确的生产记录，并对混凝土质量控制要求如下： 4.4.1 各种原材料必须符合有关标准，并检验合格后才能入库。 4.4.2 定期校验计量设备，水泥，粉煤灰，用水量，膨胀剂，减水剂计量误 差不得超过1% ，石子不得超过2%。 4.4.3 投料顺序为:砂，石，水泥，膨胀剂，粉煤灰，水，搅拌时间应比普 通混凝土延长 30 s60 s。 94.4.4 由于砂，石材料的含水率时常变化，因此拌和混凝土应以坍落度为准， 施工现场严禁更改配合比所设计的含水量，入泵坍落度 160
15、20mm。 4.4.5 用水量:不宜大于 180kg/m3，混凝土水胶比不大于 0.50。 4.5 膨胀加强带两侧混凝土的浇筑与养护 剪力墙混凝土浇筑时要分段分层进行，每层浇筑高度应根据结构特点，钢筋疏密决定。一般分层高度为插入式振动器作用部分长度的 1.25 倍，最大不超过 500mm。底板，顶板混凝土的浇筑沿纵向每区段内采用“一个坡度，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。这种方法能较好地适应泵送工艺， 避免经常拆除泵管或接长，提高泵送效率，保证及时接茬，避免了冷缝的出现。 混凝土振捣必须密实，不能漏振， 欠振，也不可过振。振捣时，振动棒上下略为抽动，振捣时间为
16、 20-30 秒，但以混凝土面不再出现气泡，不再显著下沉，表面泛浆和表面形成水平面为准。插入式振动器应做到快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，按顺序进行，不得遗漏，做到均匀振实。移动间距不大于振动棒作用半径的 1.5 倍(一般为 300-400mm)。振捣上一层时应插入下层混凝土面 50-100mm，以消除两层间的接缝。 底板、顶板混凝土浇筑完毕，在混凝土终凝前必须用木抹刀或铁抹刀搓压混凝土表面，以防止混凝土表面出现裂缝(主要是沉降裂缝，塑性收缩裂缝和表面 失水干缩裂缝) ，抹压共 2-3 遍。底板、顶板混凝土原浆收面后，应立即进行覆盖洒水养护。 10掺加 8%ZY 膨胀剂的 C30 混凝土施
17、工 4.6 膨胀加强带的施工 梁、板混凝土设计强度等级为 C30，膨胀加强带的混凝土提高一个等级即为 C35，加强带两侧设密孔铁丝网以防混凝土流入。浇筑前对膨胀加强带处的混凝土进行凿毛、清理。 两侧混凝土浇筑完成后达到一定的强度后（最好大于 5Mpa） ，首先对膨胀加强带两侧原结构混凝土施工进行剃打，原混凝土界面须全部去除，施工缝要直，后用水将施工缝冲洗干净。浇筑前对模板进行检查，模板内异物要清理干净，模板与两侧结构混凝土接缝应贴双面胶，以免混凝土漏浆造成蜂窝、孔洞等影响膨胀加强带的质量。 本工程膨胀加强带采用混凝土输送泵由远至近逐节拆除泵管的方式浇筑，浇筑完成后分 3 次抹面成型。剪力墙膨胀加强带采取分层浇筑的方式，将混凝土输送导管伸入墙模板内，每层混凝土高度不超过 2m。振捣工作非常重要，尤其是加强新老混凝土接触面混凝土的振捣。为保证混凝土的整体性，每条膨胀加强带一次浇筑完成。 梁板膨胀加强带抹面完成后，立即用双层塑料透光薄膜遮盖，派专人根据温度及湿度情况不定期对膨胀加强带进行洒水，随时保持混凝土处于湿润状态，连续养护 14 天。
