膨脹混凝土加強(qiáng)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(huì)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(qiáng)帶技術(shù)則可以消除這些問題, 并可增強(qiáng)混凝土的強(qiáng)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(qiáng)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(duì)抗震不利。目前,通常在一些重大工程中采用臨時(shí)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(shí)間后,再進(jìn)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(shí)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(shí)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(gè)結(jié)構(gòu)施工過程,直至結(jié)構(gòu)封頂,對(duì)于高層建筑需要幾個(gè)月甚至幾年的時(shí)間,在這段時(shí)間內(nèi),后澆帶中將不可避免地落進(jìn)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(gè)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(jìn)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(shí)間間隔數(shù)月,新老混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度很難保證,又由于澆筑時(shí)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(qiáng)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(qiáng)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(shí)度,提高了混凝土的強(qiáng)度及抗裂、防滲性能。同時(shí)縮短工期,效果顯著。

      2.1 　工程概況

工程設(shè)計(jì)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(jìn)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(duì)頂板采用以高效CSA 膨脹加強(qiáng)帶取代后澆帶,實(shí)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(huì)對(duì)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(jì)強(qiáng)度為C40 ,配合比設(shè)計(jì)使用42. 5 等級(jí)普硅水泥,由于水化熱引起混凝土內(nèi)部絕熱溫升:
      Tmax = W 3 Q/ (γ3 C)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(shí)際用量(kg/ m3 ) ,取450 kg/ 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 / ( kg 3 ℃) , 取0. 96 ×103J / (kg 3 ℃) ; 
      γ———每方混凝土的重量( kg/ m3 ) ,取2450 kg/ 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. 4 TmaxT1 = 0. 4 ×86. 1 = 34. 4 ℃ 
      這個(gè)工程施工期間的氣候?yàn)?0 —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(gè)月后收縮值ε1 可按下面經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算:
εy (t ) = 3. 24 ×10 - 4 (1 - e - 0. 01t ) m1 m2……m10 ,式中m1 m2 ……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(jì)算:
εp = 0. 5Rf (1 + P/ d) ×10 - 4 ,其中Rf 為抗裂設(shè)計(jì)強(qiáng)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(bǔ)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(huì)開裂,可以實(shí)施超長結(jié)構(gòu)無縫施工。 

      3 　膨脹加強(qiáng)帶的設(shè)置 

      3.1 　膨脹加強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)帶外混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40 ,CSA 摻量為10 %(等量替換水泥) ,帶內(nèi)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C45 , CSA 摻量為12 %(等量替換水泥) 。帶內(nèi)的比帶外的強(qiáng)度提高5Mpa 是為提高膨脹加強(qiáng)帶的抗拉強(qiáng)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(qiáng)帶示意圖

      4 　施工的技術(shù)控制 

      4.1 　原材料計(jì)量 

      計(jì)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(jì)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(huì)造成混凝土的水化熱及收縮加大、強(qiáng)度下降。所以原材料都必須經(jīng)過準(zhǔn)確計(jì)量后才能投入攪拌機(jī)。412 　加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)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(xì)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(shí)度、提高混凝土強(qiáng)度、增強(qiáng)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(shí)可靠的保溫、保濕養(yǎng)護(hù)措施進(jìn)行充分的養(yǎng)護(hù)。 

      5 　結(jié)　論 

      這個(gè)工程采用膨脹混凝土加強(qiáng)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(jì)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(qiáng)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(shí)可行的方法,具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。 



      參考文獻(xiàn): 
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      [2 ] 馮浩, 朱清江. 混凝土外加劑工程應(yīng)用手冊(cè)[M] . 北京:中國建筑工業(yè)出版社,2005. 

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