ZY補償收縮混凝土在蘇州科技新天地工程的應用

[摘要] 蘇州科技新天地工程地下室長約260m, 寬約120m, 除主樓四周設沉降性的后澆帶以外, 地下室其余地方均不設后澆帶, 需一次性澆筑完畢。這樣地下室連續(xù)澆筑的混凝土最長仍有200多m, 本工程底板厚度900-2760mm, 屬大體積混凝土, 而且底板不做外防水, 因此裂縫的控制尤為重要。蘇州科技園科技新天地工程運用ZY補償收縮混凝土抗裂防滲技術, 采用不同限制膨脹率的補償收縮混凝土, 使超長混凝土結構不同部位的混凝土收縮得到了大小適宜的補償, 實現(xiàn)了超長混凝土結構的一次性連續(xù)澆筑, 科學合理地解決了超長混凝土結構無縫施工和設計的難題, 地下室底板取消外防水, 取得了不裂不滲的良好效果。

[關鍵詞] 大體積混凝土超長結構補償收縮混凝土加強帶抗?jié)B防裂

[中圖分類號] TU528.55 [文獻標示碼] A [文章編號] 2007- 02- 0023- 04

1 工程概況

　　蘇州科技園科技新天地工程占地面積為3.68萬m2, 總建筑面積達15.4萬m2。由3棟建筑物組成, 3棟建筑物有共同的地下室。該地下室為兩層, 最大長度265m, 最大寬度122m, 最大弧長278m, 屬超長結構。地下室底板厚900mm、承臺厚1900mm、電梯井最厚達2760mm?；炷翉姸鹊燃塁40, 抗?jié)B等級S12, 混凝土總澆筑量約40000m3。

　　按照《地下工程防水技術規(guī)范》(GB50108-2001)規(guī)定, 本工程應設后澆帶, 在兩側混凝土齡期達到42d后再施工, 這樣就會大大延長施工工期,而且后澆帶的清理、澆筑非常麻煩, 處理不好常常會成為滲漏的隱患, 留置后澆帶也會影響到結構的整體性。

　　為加快施工進度, 縮短工期, 提高結構的整體性, 保證工程的防水質量, 本工程采用中國建筑材料科學研究院的《超長鋼筋砼結構無縫設計和施工方法》專利技術( 專利號93117132.6) , 取消( 伸縮性的) 后澆帶, 達到混凝土結構自防水、抗裂防滲之目的。

2 超長鋼筋混凝土結構裂滲控制的基本原理

　　工業(yè)與民用建筑的整體式基礎, 箱形基礎的底板, 車間混凝土的地面等, 其特點是厚度( 或高度)H遠小于長度或寬度尺寸L, 當H/L≤0.2時, 板在溫度收縮變形作用下, 離開端部區(qū)域, 板的全截面受拉應力較均勻。在地基約束下, 將出現(xiàn)水平法向應力σx。從工程實踐可知, σ是設計的主要控制應力, 是引起垂直裂縫的主要應力, 其最大值σmax出現(xiàn)在板截面的中點X=0處, 見圖1。

　　當σmax超過混凝土的抗拉強度(Rt) 時, 板中部出現(xiàn)第一條垂直裂縫; 開裂后, 每塊板的水平應力重新分布, 最大應力σx′出現(xiàn)在每塊板的中部, 當σx′>Rt, 又形成第二批裂縫。這種裂縫的有序排列經常在工程中見到。為防止這種有序裂縫的出現(xiàn),工程中用設置后澆帶來釋放收縮應力。這是控制裂縫的主要措施之一。法向溫度應力的最大值可以按下式計算:

其中, Cx為水平阻力; H為板厚; E為混凝土彈性模量。后澆帶只在較短的間距(L) 范圍

　　內對削減收縮應力( σmax) 起顯著作用,超過一定長度, 即使設后澆帶也沒有意義。按理論計算, 消減σmax的有效間距為20～60m。

　　因此, 膨脹加強帶間距應設在此范圍內。

　　研究表明, ZY膨脹混凝土在硬化過程中產生膨脹作用, 在鋼筋或鄰位約束下, 鋼筋受拉, 而混凝土受壓, 當鋼筋拉應力與混凝土壓應力平衡時,則有:

Ac·σc=As ·σs=As ·Es ·ε2 ( 3)

而配筋率ρ=As/(Ac+As) ( 4)

∴ As/Ac=ρ/(1- ρ) ( 5)

則σc=ρ·Es ·ε2 /(1- ρ) ( 6)

　　式中, σc為混凝土預壓應力, Ac為混凝土截面積,σs為鋼筋拉應力, As為鋼筋截面積, Es為鋼筋彈性模量, ρ為配筋率(%),ε2為混凝土的限制膨脹率。

　　從上式可見,σc與ε2成正比關系, 而限制膨脹率隨ZY的摻量增加而增加, 所以, 我們可以通過調整膨脹劑的摻量, 使混凝土獲得不同的預壓應力。

　　根據(jù)水平法向應力曲線, 我們設想在σmax處給予較大的膨脹應力σc, 而在兩側給予較小的膨脹應

力, 以便結構的收縮應力得到大小適宜的補償, 從而控制有序裂縫的出現(xiàn)。

　　為實現(xiàn)圖1所示的收縮補償應力, 在收縮應力集中的σmax處, 設膨脹加強帶, 其寬度2～3m, 帶兩側架設密孔鐵絲網, 目的是為防止兩側混凝土流入加強帶。施工時, 帶外側用小膨脹混凝土, 到加強帶時改用大膨脹混凝土, 到加強帶另一側時, 又改為小膨脹混凝土。如此循環(huán)下去, 可連續(xù)澆筑超長混凝土結構, 不留硬結茬。不同結構部位使用不同膨脹性能的混凝土, 如圖3所示。

3 施工技術措施

3.1 混凝土原材料選擇

　　精心選取配制混凝土所需原材料, 以提高混凝土的抗裂與抗?jié)B性能。

3.1.1 水泥: 采用P.O42.5型普通硅酸鹽水泥, 其中C3A含量≤6%, C3S含量≤55%, 含堿量≤0.6%。

3.1.2 骨料: 采用中砂, 細度模數(shù)為2.3～2.9, 含泥量≤0.3%; 采用人工碎石, 連續(xù)級配為5～31.5mm,含泥量≤1%, 含泥量和針片狀含量等指標均符合JGJ53- 92的規(guī)定。

3.1.3 外加劑及摻和料: 采用北京中巖特種工程材料公司中巖牌ZY高效混凝土膨脹劑, 質量符合JC476- 2001, 其中堿含量≤0.6%; 采用蘇州市金星混凝土外加劑研究所有限公司JN- 3B減水劑; 采用I級粉煤灰; 礦粉。

3.1.4 水: 潔凈自來水。

3.2 混凝土配合比設計

　　為確保本工程澆筑混凝土的施工質量及其混凝土后期的耐久性, 提出如下的要求:

3.2.1 新澆筑的混凝土性能: 混凝土坍落度控制

在( 140±20)mm, 流動度控制在500mm以上; 混凝土坍落度經時損失小; 不出現(xiàn)離析、泌水現(xiàn)象。

3.2.2 硬化混凝土要求: 體積穩(wěn)定性好, 收縮小,不出現(xiàn)不均勻的體積變形, 無荷載作用的有害裂縫出現(xiàn); 耐久性好、密實性高、滲透性低。

　　為達到上述要求, 對混凝土配合比進行試配, 并根據(jù)試驗結果, 對試配方案進行了調整見表1、2。

3.3 混凝土施工技術

3.3.1 混凝土攪拌

　　(1)派專人負責投料, 并符合計量要求。

　　(2)及時測定砂、石的含水量, 以便及時調整混凝土拌合用水量, 嚴禁隨意增加用水量。

　　(3)混凝土攪拌時間: 用自落式攪拌機, 比不摻外加劑的普通混凝土延長30s以上, 用強制式則延長10s以上。應嚴格控制攪拌時間, 確保混凝土拌和均勻。

3.3.2 混凝土運輸

　　混凝土在攪拌機卸出后應盡快運至澆筑地點。當攪拌好的混凝土放置時間較長、坍落度不夠時, 嚴禁隨意在混凝土中加水, 只能加減水劑溶液(高效型、無緩凝成分、濃度40%左右)。攪拌車應隨車攜帶減水劑溶液或工地備用。

3.3.3 混凝土澆筑

　　(1)在澆灌補償收縮混凝土前, 模板及鋼筋間的所有雜物必須清理干凈。

　　(2)基礎底板混凝土沿縱向采用“一個坡度、薄層澆筑、循序推進、一次到頂”的連續(xù)澆筑方法, 混凝土自然流淌形成一個斜坡。這種方法能較好的適應泵送工藝, 避免泵管的經常拆除沖洗和接長, 提供泵送效率, 保證及時接縫, 避免冷縫的出現(xiàn)。

　　(3)混凝土連續(xù)澆筑, 必須保證“軟結茬”, 接茬時間不得超過120min, 以防產生冷結茬, 造成防水隱患。若遇混凝土供應不上或晚間停止施工, 可在結茬處混凝土中摻加緩凝劑, 使混凝土緩凝若干小時, 這樣第二天混凝土就可以結上茬。摻加量通過試驗來確定, 加料要由專人負責添加, 嚴防少加或漏加, 避免造成工程質量事故。

　　(4)補償收縮混凝土振搗必須密實, 不能漏振、欠振、也不可過振。振搗時間宜為10～30s, 以混凝土開始泛漿和不冒氣泡為準。振搗時, 快插慢拔,振點布置要均勻。在施工縫、預埋件處, 加強振搗,以免振搗不實, 造成滲水通道、振搗時應盡量不觸及模板、鋼筋、止水帶, 以防止其移位、變形。

3.3.4 混凝土養(yǎng)護

　　ZY補償收縮混凝土的養(yǎng)護非常重要, 這是由于ZY混凝土中形成的膨脹結晶—鈣礬石以及水泥水化都需要水, 否則會影響膨脹效能。因此在每一塊混凝土澆筑、抹面完成后, 及時用塑料薄膜覆蓋其表面; 當整塊混凝土終凝后, 開始鋪麻袋片等養(yǎng)護材料( 防止陽光直曬) 并灑水養(yǎng)護, 始終保持潤濕, 放線后可采用蓄水養(yǎng)護, 養(yǎng)護期不少于14d。

　　自防水混凝土的養(yǎng)護是保證防水質量的最重要的措施之一, 施工過程中派專人負責養(yǎng)護工作。

4 結語

4.1 蘇州科技園科技新天地工程采用ZY補償收縮混凝土無縫設計和結構自防水技術, 取消柔性防水層, 底板不裂不滲, 防水效果良好, 經現(xiàn)場試樣檢測, 混凝土各項性能均達到設計要求。

4.2 本工程應用了抗?jié)B防裂控制技術, 采用補償收縮混凝土, 以其膨脹產生的壓應力來抵消收縮所產生的拉應力。根據(jù)結構不同部位, 調整補償收縮混凝土的膨脹劑的摻量, 即在結構收縮應力最大的中部采用大膨脹混凝土, 在結構收縮應力小的部位采用微膨脹混凝土, 使混凝土的收縮拉應力得到大小適宜的補償, 避免了留設后澆帶, 實現(xiàn)了超長結構的無縫設計和施工, 滿足了建筑物的使用功能和施工要求。

4.3 采用這種方法, 可不留后澆帶, 實現(xiàn)混凝土連續(xù)澆筑, 可以大大加快施工進度, 減少后澆處理給施工帶來的麻煩和給工程質量帶來的隱患, 提高結構的整體性和安全性, 并節(jié)約了工期、降水費用和施工管理費用。實踐表明, 補償收縮混凝土抗?jié)B防裂技術在工程應用中具有很大的使用價值。

[參考文獻]

　　[1]ACICommittee223: Expansive cement concrete- Present statof knowledge. ACIJournal, 1970(8): 583~610.

　　[2]P.K.Mehta. Cement and Concrete Research. Vol3, (1973).

　　[3]Diamond, S. Delayed ettringite formation process andproblems. Cement and Concrete Composites, 1996.(18).

　　[4]吳中偉著.補償收縮混凝土[M].北京: 中國建筑工業(yè)出版社.1979.

　　[5]游寶坤主編.混凝土膨脹劑及其應用[C].北京: 中國建材工業(yè)出版社.2002.