膨脹混凝土加強帶在超長混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

摘　要:在超長混凝土結(jié)構(gòu)施工中使用后澆帶技術(shù)會給施工帶來很多的不便,如果在某一工程中采用膨脹混凝土加強帶技術(shù)則可以消除這些問題,并可增強混凝土的強度,加快工期。

關(guān)鍵詞:膨脹;超長混凝土結(jié)構(gòu);后澆帶;混凝土;加強帶

在工業(yè)與民用建筑結(jié)構(gòu)中,一般現(xiàn)澆的連續(xù)墻式結(jié)構(gòu)、地下構(gòu)筑物及設(shè)備基礎(chǔ)等是容易由溫度收縮應(yīng)力引起裂縫的結(jié)構(gòu),這類工程均以永久伸縮縫或施工縫來釋放溫度應(yīng)力。但留伸縮縫不僅麻煩,而且容易漏水并對抗震不利。目前,通常在一些重大工程中采用臨時性的伸縮縫即后澆帶(后澆縫)的辦法來控制裂縫,這種縫根據(jù)具體條件,保留一定時間后,再進行填充封閉,后澆成連續(xù)整體的無伸縮縫結(jié)構(gòu)。設(shè)置后澆帶能部分的解決施工過程中結(jié)構(gòu)的沉降差,同時將混凝土在澆筑前期由于水泥水化熱升溫膨脹后,在降溫過程中產(chǎn)生的拉應(yīng)力予以消散。然而,在實際施工操作過程中,后澆往往帶來一些問題。

1　后澆帶在施工中存在的問題

1.1　留于基礎(chǔ)底部結(jié)構(gòu)的后澆帶,將歷經(jīng)整個結(jié)構(gòu)施工過程,直至結(jié)構(gòu)封頂,對于高層建筑需要幾個月甚至幾年的時間,在這段時間內(nèi),后澆帶中將不可避免地落進各種各樣的垃圾雜物,由于底部結(jié)構(gòu)鋼筋較粗較密,使得清理工作非常艱難。

1.2　后澆帶貫穿整個地下、地上結(jié)構(gòu),所到之處遇梁斷梁,遇板斷板,給施工帶來很多不便,影響施工進度。

1.3　在后澆帶灌充混凝土前,需將兩側(cè)混凝土鑿毛,施工非常困難,而有些結(jié)構(gòu)混凝土與后澆帶混凝土澆筑時間間隔數(shù)月,新老混凝土的粘結(jié)強度很難保證,又由于澆筑時間差,造成這些結(jié)構(gòu)的混凝土的干縮大部分已于后澆帶灌充前完成。因此,后澆帶混凝土的干縮極易在新老混凝土的連接處產(chǎn)生裂縫。設(shè)置施工后澆帶的初衷是防止混凝土裂縫的產(chǎn)生,而后澆帶處理不好卻人為地在每條后澆帶處造成兩條貫穿裂縫,引起漏水。

2膨脹混凝土加強帶的應(yīng)用

如果取消或盡早灌充后澆帶混凝土,將基本上克服這些諸多困難,給施工帶來很多便利。采用以膨脹混凝土加強帶取代后澆帶的連續(xù)澆筑無縫施工技術(shù),通過在某工程的應(yīng)用,不僅消除了這些問題,還增加混凝土的密實度,提高了混凝土的強度及抗裂、防滲性能。同時縮短工期,效果顯著。

2.1　工程概況

工程設(shè)計為地下室二層結(jié)構(gòu),地下停車庫平面尺為100×120m,底板厚度500mm,側(cè)墻厚度300mm,頂板厚度400mm,工期很緊張。為加快工程進度,提高工程質(zhì)量,減少因后澆帶設(shè)置而產(chǎn)生施工不便,對頂板采用以高效CSA膨脹加強帶取代后澆帶,實施長結(jié)構(gòu)連續(xù)無縫施工,這種高效CSA膨
脹劑采用以無水硫鋁酸鈣為主要礦物的熟料,配入適量的石膏制成的,因此堿含量極低(R2O≤0.3%),不會對混凝土產(chǎn)生任何堿害。

2.2　抗裂分析

2.2.1　溫升頂板設(shè)計強度為C40,配合比設(shè)計使用42.5等級普硅水泥,由于水化熱引起混凝土內(nèi)部絕熱溫升:
Tmax=W3Q/(γ3C)式中Tmax———絕熱溫升(℃),是指在結(jié)構(gòu)四周無任何散熱條件、無任何損耗的條件下,水泥與水化合后產(chǎn)生的反應(yīng)(水化熱)全部轉(zhuǎn)化為溫升的最高溫度;
W———每立方米混凝土中水泥的實際用量(kg/m3),取450kg/m3;
Q———水泥水化熱(J/kg),其28天的水化熱為450.16×103;
C———混凝土的比熱,J/(kg3℃),取0.96×103J/(kg3℃);
γ———每方混凝土的重量(kg/m3),取2450kg/m3。
則混凝土水化熱引起混凝土內(nèi)部絕熱溫升為:
Tmax=450×450.16×103/(0.96×103×2450)=86.1℃
考慮到頂板為表面二維散熱,散熱系數(shù)為0.3—0.4,則由水化熱引起的溫升值T1=0.4TmaxT1=0.4×86.1=34.4℃
這個工程施工期間的氣候為20—25℃,取其平均差值T2=(25-20)/2=2.5℃

2.2.3　最大冷縮值
混凝土的最大冷縮值為:εmax=а(T1+T2),
а為混凝土線膨脹系數(shù)1.0×10-5εmax=1.0×10-5×(34.4+2.5)=3.69×10-4

2.2.4　混凝土收縮值
混凝土1個月后收縮值ε1可按下面經(jīng)驗公式計算:
εy(t)=3.24×10-4(1-e-0.01t)m1m2……m10,式中m1m2……m10為各種因素影響系數(shù)。在這里只考慮水灰比和環(huán)境濕度影響,取m4=1.21,m7=1.13則ε1(30)=3.24×10-4(1-e-0.01×30)×1.21×1.13=1.15×10-4

2.2.5　混凝土的極限拉伸值
混凝土的極限拉伸εp,考慮配筋和徐變影響,按下式計算:
εp=0.5Rf(1+P/d)×10-4,其中Rf為抗裂設(shè)計強度,P為配筋率,d為鋼筋直徑,設(shè)配筋率0.4,鋼筋直徑為20mm, Rf取2.0
εp=0.5×2.0×(1+0.4/2)×10-4=1.2×10-4
考慮混凝土的徐變影響,偏安全地假設(shè)為單性極限的0.5倍,則混凝土最終極限拉伸:
εp=(1+0.5)1.2×10-4=1.8×10-4

2.2.6　混凝土的最終變形值
則混凝土的最終變形:D=Σi-ε1-εmax(Σi為單位混凝土加HEA膨脹劑后的補償收縮變形量,取4.10×10-4) D=(4.10-1.15-3.69)×10-4=0.74×10-4
由于混凝土的最終變形D=0.74×10-4小于極限拉伸εp=1.8×10-4,所以混凝土不會開裂,可以實施超長結(jié)構(gòu)無縫施工。

3　膨脹加強帶的設(shè)置

3.1　膨脹加強帶要求設(shè)置在混凝土收縮應(yīng)力發(fā)生的最大部位,一般也就是長度方向的中間位置,在頂板長度和寬度方向上各每間隔30m設(shè)一條加強帶,帶寬1.5m,帶的兩側(cè)上下層鋼筋之間設(shè)置Ф6mm鋼絲網(wǎng),網(wǎng)格尺寸為35×35mm,兩端分別綁扎在上下層鋼筋上,將帶內(nèi)混凝土與帶外的分隔開。

3.2　膨脹加強帶外混凝土設(shè)計強度為C40,CSA摻量為10%(等量替換水泥),帶內(nèi)混凝土設(shè)計強度為C45,CSA摻量為12%(等量替換水泥)。帶內(nèi)的比帶外的強度提高5Mpa是為提高膨脹加強帶的抗拉強度,防止混凝土在最易開裂的部位開裂,帶內(nèi)摻CSA量比帶外混凝土CSA提高
2%,從而提高最易開裂部位的混凝土的膨脹率,消除該部位混凝土內(nèi)的拉應(yīng)力,避免開裂。

見圖1:

圖1　頂板膨脹加強帶示意圖

4　施工的技術(shù)控制

4.1　原材料計量

計量是保證防水混凝土質(zhì)量非常重要的環(huán)節(jié),尤其是膨脹劑及水的計量。膨脹劑的摻量影響到防水效果,水加量過大不僅影響混凝土的抗?jié)B性能,而且會造成混凝土的水化熱及收縮加大、強度下降。所以原材料都必須經(jīng)過準(zhǔn)確計量后才能投入攪拌機。412　加強養(yǎng)護CSA加入普通混凝土中,生成大量的鈣礬石,出于鈣礬石具有填充、切斷混凝土毛細管孔隙的作用,使大孔減少,總孔隙率降低,因而具有增加混凝土的密實度、提高混凝土強度、增強抗?jié)B性和抗凍性等作用。為確保膨脹劑效能的充分發(fā)揮,混凝土澆注后必須采取切實可靠的保溫、保濕養(yǎng)護措施進行充分的養(yǎng)護。

5　結(jié)　論

這個工程采用膨脹混凝土加強帶取代后澆帶的連續(xù)澆筑超長混凝土結(jié)構(gòu),施工很便利,比預(yù)計工期提前了20天,在后期的施工和使用中沒有發(fā)現(xiàn)裂紋,經(jīng)檢測混凝土結(jié)構(gòu)的強度、抗裂防滲性能都得到了提高。因此,在超長混凝土結(jié)構(gòu)施工中使用膨脹混凝土是一種切實可行的方法,具有一定的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻:
[1]王鐵夢.工程結(jié)構(gòu)裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1997.
[2]馮浩,朱清江.混凝土外加劑工程應(yīng)用手冊[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005.