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中图分类号:TU71文献标识码: A 文章编号:
前言:随着工程实体规模的不断发展变化,各种施工材料、施工工艺也在不断更新、改进,大体积混凝土施工逐渐被应用到建筑市场多类工程实体当中,因此大体积混凝土施工工艺急需广泛化、熟练化、适应化。
现结合本人目前所在工程(承德市马市街名城新时代广场)的实际应用情况,对补偿收缩混凝土的实际应用做如下见解。
工程概况:名城时代广场工程为一综合性商业和办公大楼,总用地面积为10914平方米,最高处十五层,由东向西错层分别为九层、六层、三层,地下二层。建筑高度56.9米,建筑面积约61124.68平方米;本工程采用的基础形式为独立基础+抗浮板。
一、膨胀加强带的留设要求:
补偿收缩混凝土浇筑方式和构造形式
二、基础及地下室混凝土设计标准和混凝土浇筑方案的确定:
抗浮板加独立基础东西向长123.5m,南北向宽64.8m,厚0.40m,混凝土强度等级为C35P6;外墙(挡土墙)东西向长122.7m,南北向宽64.0m及坡道与剪力墙相连的柱,采用C30P8混凝土;负一层局部埋地顶板设计为C30P6,其余部分顶板为C30,负二层顶板C30
为了便于地下室大体积混凝土的顺利施工,保证混凝土浇筑质量,本工程自±0.00以下混凝土(框架柱除外)采用掺特种外加剂取消后浇带的方式施工,依据为现行国家标准GB50010-2010 P101、P102第8.1.1条和第8.2.3条P335-336混凝土工程实践证明“超长结构采取有效措施后可以避免发生裂缝”。本工程按JGJ/T178—2009表4.0.4执行,所有混凝土都按膨胀加强带配制(见JGJ/T178—2009表4.0.2执行),任意部位都达到膨胀加强带的效果,连续浇筑板式结构可达到120m,墙体分段浇筑不超过60m。用RCMG-2型混凝土高效防水剂配制的混凝土正好能满足膨胀加强带要求。因此原设计混凝土强度分别修正为:基础C35P8;外墙及连墙柱C3OP8;地下室顶板C3OP8;梁柱结合处核心区C5OP8。基础抗浮防水板及地下室一层、二层混凝土浇筑方式:分段浇筑,结构形式:间歇式膨胀加强带;挡土墙混凝土浇筑方式:分段浇筑,结构形式:后浇式膨胀加强带(即留设2000mm宽后浇带)。
三、补偿收缩混凝土施工过程控制
1)基础及顶板混凝土浇筑
依据工程实际,划分3个施工段,即一段1-5轴;二段5-9轴;三段9-15轴
A、必须严格控制商品混凝土运输过程控制和时间控制,避免混凝土因停留时间过长或温度影响发生离析现象。
B、混凝土浇筑前冲洗管道砂浆必须留置于大桶内,然后让工人用工具撒于柱根或散于板上,切忌一次性全部浇筑于同一部位。
C、混凝土浇筑后,应及时振捣,在2h内必须振捣完毕。否则应按规范规定留置施工缝。振动棒的振捣采用梅花式插入点,每棒移动间距不得超过300mm,插入深度即筏板(顶板、梁)厚度,每棒震动时间10-15秒,以混凝土表面不反应有气泡为准,不得震动时间过长,超过20秒后,混凝土会出现分层离析。震动棒的震动直径为400mm,操作者必须晓得震动棒的每棒效应,以便保证混凝土施工质量。第一次振捣完毕后2h左右在混凝土初凝前进行二次振捣,将混凝土内部水泡全部振出,增加混凝土密实度。另外,在顶板混凝土施工时还要增加一道平板振动器振捣工序。
D、到场混凝土必须检测其坍落度,坍落度过小,会增加施工难度,且容易对管道造成阻塞;坍落度过大,混凝土终震流动面积较大,重复浇筑时需二次振捣。当坍落度过小时,严禁放灰人员私自向罐车内放水稀释,应由技术人员查明情况后利用减水剂等外加剂对混凝土坍落度进行调和,如确实是混凝土存在质量问题,则进行退场处理。
E、混凝土振捣密实后,利用框架柱钢筋上的结构50线通长拉线,按标杆检查混凝土上平,然后用大杠刮平、表面用木抹子搓平,在混凝土初凝时再用木抹子搓一遍,最后用铁抹子抹面,并覆盖薄膜。面层找平要恰时,不能过早,过早收面会导致在混凝土硬化过程中由于水化热吸收大量水分而造成龟裂,但也不可以过晚,过晚会由于混凝土初凝影响收面质量,且干燥的面层不能与覆盖的薄膜紧贴,起不到养护效果。需要注意的是,在因不及时收面而造成混凝土初凝给收面造成难度时严禁作业人员向混凝土面层洒水湿润再进行抹压。
F、混凝土浇筑过程中,必须对钢筋成品进行有意识的保护,管道要用马镫支起,不允许管道直接压在钢筋上,作业人员作业时要铺设马道,不能随意踩踏钢筋,柱钢筋要用套管按根嵌套包裹,避免混凝土渐到钢筋上。而且要留设专门看筋、看模、人员,水电、消防、空调人员也应在现场对各自施工成品进行看护。保证各成品施工质量。
G、施工缝要按照规范要求进行留设(即板跨度1/3弯矩最小处),下次浇筑时要对施工缝进行凿毛处理,并浇水湿润,但施工缝处用止水胶条时不可浇水,否则止水胶条遇水先膨胀,失去止水效果。当施工缝处用止水钢板时要将止水钢板上的混凝土渣凿除干净,浇撒一层与混凝土灰砂比相同的水泥砂浆,然后再进行浇筑。
H、为了便于施工,框架柱混凝土提前浇筑,浇筑高度为柱头处最低梁底标高,带梁板混凝土浇筑前,对梁柱相交处的核心区进行C50P8混凝土浇筑。如图:
核心区混凝土浇筑要充分,并略高于板混凝土面层,不可低于h高度,当因振捣原因使核心区混凝土下沉时必须用相同标号混凝土进行二次补筑,严禁浇筑梁板时用低标号混凝土进行统一浇筑。核心区混凝土浇筑完成后,在混凝土初凝前对旁边梁板混凝土进行浇筑,在梁板混凝土浇筑时要将快易接口网拆除,并对此部位的混凝土加强振捣,使两部分的混凝土充分密实,避免梁体产生裂缝而影响工程质量,同时,梁板混凝土浇筑时可提前对模板进行浇水湿润。
2)墙体混凝土浇筑
A、墙体高度超过2m时一般要进行分层浇筑,在浇筑上层混凝土时,振动棒至少要插到第一次浇筑高度下5cm,每次振捣要严格控制振捣间距和振捣时间,由于一般建筑物墙体高度至少在3m-4m之间,因此振捣对混凝土浇筑质量影响甚大,必须控制到位,间距适中,插入深度到位,快插慢拔。
B、墙体后浇带用高于墙体一个标号,即C35P8混凝土进行浇筑,待加强带两侧混凝土强度达到80%后即可进行。
C、其他注意事项同梁板混凝土浇筑。
四、补偿收缩混凝土成品养护:
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2016.23.088
1 引言
通过建筑学者的研究和工程师对大量混凝土工程的工程实践,结合混凝土结构的材料性能,在钢筋混凝土结构中,裂缝问题是不可避免的。而混凝土结构构件中出现的裂缝在一定的范围内也是可以接受的,只要采取有效的措施来控制裂缝的的危害。钢筋混凝土规范也明确规定[1]:在不同环境条件下,允许钢筋混凝土结构存在一定宽度的裂缝。引起钢筋混凝土结构出现裂缝的原因很复杂,是由设计、施工、材料、环境及管理等众多因素相互影响的综合性问题,控制裂缝的产生要采取综合的办法,从设计方面、材料方面、施工方面的措施等综合研究,相互配合,从而采取有效的措施来控制裂缝的产生,使钢筋混凝土结构在使用过程中尽可能的不出现裂缝,或裂缝的数量和宽度在规范允许的范围内,避免有害裂缝的产生,确保工程质量。
随着城镇化建设的加速,超长混凝土结构在现代工程建设中的应用越来越广泛,平面尺寸超长,宽度超宽,面积超大的建筑迅速出现,特别是一些大城市随着交通问题和停车问题的日趋严重,地铁的建设和地下停车场的建设逐渐增多,超长混凝土地下结构对裂缝的控制更加严格。超长混凝土结构为了防止裂缝的产生,更好的适用于地下建筑,一般采取不设缝或少设缝的无缝施工技术措施。在超长混凝土结构应用方面我国已经有大量的工程实践案例,中国建筑材料科学研究院发明的《超长钢筋混凝土结构无缝设计与施工方法》(专利号931171126)提出了用补偿收缩混凝土代替后浇带的无缝施工技术。
用补偿收缩混凝土代替后浇带的无缝施工技术设计思路是“抗放兼施,以抗为主”,通过补偿收缩混凝土中的膨胀剂产生的膨胀作用,使得混凝土受到钢筋和邻位外界的约束,产生一定的预压应力,该预应力可以抵消由于混凝土收缩产生的拉应力,防止混凝土构件产生裂缝。“无缝”只是相对的,是指结构的少缝或无缝,如钢筋混凝土构件设置的后浇带。
2 补偿收缩混凝土膨胀加强带
通过对超长钢筋混凝土结构无缝施工技术的研究我们发现在众多超长混凝土结构施工方式中采取无缝施工技术是最为广泛的一种方法,无缝施工技术采取的是用掺加适量膨胀剂的混凝土膨胀加强带代替后浇带,来达到预防混凝土开裂的目的。膨胀加强带是指通过在钢筋混凝土结构预设的后浇带部位浇筑由膨胀剂或膨胀水泥拌制的补偿收缩混凝土,来达到延长构件连续浇筑长度,防止混凝土构件出现裂缝。通过国内外学者的大量研究和试验,补偿收缩混凝土能够避免或者大大减少混凝土构件的开裂,并具有良好抗渗性能的特点。掺加在补偿收缩混凝土中的混凝土膨胀剂是在膨胀水泥的基础上发展而来的一种混凝土外加剂,在施工现场中直接掺加在硅酸盐水泥中即可拌制成膨胀混凝土。补偿收缩混凝土在膨胀加强带中的使用重点要注意其膨胀剂的掺量和限制膨胀率,在实践工程中,超长混凝土结构设计人员和施工人员通过大量试验并结合具体工程来配制补偿收缩混凝土。
2.1 混凝土膨胀剂
混凝土膨胀剂在超长混凝土结构中的使用起到了至关重要的作用,混凝土膨胀剂的类型较多,我国使用比较广泛。混凝土膨胀剂按化学成分可以分为五类:氧化钙类、硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类、氧化镁类、氧化铁类。国内外绝大多数生产硫铝酸钙类膨胀剂,它以8%~12%掺入水泥中(等量取代水泥),形成钙矾石(C3A・3CaSO4・32H2O)膨胀结晶。我国主要生产和使用的也是硫铝酸钙类膨胀剂。该膨胀剂在掺加过程中它等量取代水泥进行混凝土的搅拌,一般情况下的掺量以8%~12%掺入水泥中,形成钙矾石膨胀结晶。通过与水泥其他成分反应,而生产钙矾石晶体,钙矾石的最大特点是会产生体积膨胀。该膨胀会全部抵消或部分抵消混凝土硬化过程中的收缩,同时混凝土膨胀受到钢筋的约束,对钢筋产生拉应力,在混凝土中产生压应力,相当于预应力混凝土的特性,可以很好的防止钢筋混凝土构件的开裂。
将膨胀剂按内掺法(替代等量胶凝材料)掺入混凝土或水泥砂浆中,由膨胀能建立起的预压应力可大致抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩拉应力,使混凝土趋于致密及不裂或少裂,达到防渗漏目的。
2.2 补偿收缩混凝土
补偿收缩混凝土是指在施工现场掺加了各种膨胀剂拌制的混凝土,通过在混凝土水化过程中膨胀剂发生膨胀来抵抗混凝土的收缩,达到防止混凝土开裂的目的。用来补偿混凝土的收缩而拌制的补偿收缩混凝土的自应力值较小,其自应力值大小一般有两种情况:一用于补偿因混凝土收缩产生的拉应力时,为0.2~0.7MPa;二用于后浇带、膨胀加强带和接缝工程的填充时,为0.5~1.0MPa。在这两种情况下使用的补偿收缩混凝土混凝土,由于自应力很小,故在结构设计中一般不考虑自应力的影响。为了使得补偿收缩混凝土发挥补偿收缩的性能,在膨胀剂的选择上和膨胀剂的掺加量上要根据工程结构特点和膨胀剂的相应标准规范来综合考虑,同时也要根据具体工程来确定混凝土的限制膨胀率,确保补偿收缩混凝土的补偿收缩性能,保证工程质量。
补偿收缩混凝土对于提高能混凝土构件的防水抗渗性能,应用非常广泛,一般情况下宜用于混凝土结构自防水工程,混凝土结构接缝的填充,采取连续施工的超长混凝土结构,和易产生裂缝的大体积混凝土结构等工程中。
补偿收缩混凝土的质量除应符合现行国家标准《混凝土质量控制标准》GB50164的规定外,还应符合设计所要求的混凝土的强度等级要求、以及满足膨胀要求的限制膨胀率、膨胀剂的掺量的要求,和符合结构使用要求的抗渗等级和耐久性等技术指标。
3 补偿收缩混凝土在超长结构中的应用
3.1 超长混凝土结构无缝施工的意义
超长混凝土无缝施工技术是在混凝土中掺加一定量的膨胀剂补偿收缩混凝土作为结构材料,通过其在水硬化过程中产生膨胀作用,该膨胀由于受到结构钢筋等的约束,而产生一定的预压应力,来抵抗混凝土由于温度和收缩变形产生的拉应力,防止混凝土结构的收缩裂缝或把裂缝控制在无害裂缝的范围内。其特点是
(1)以“膨胀加强带”而取消后浇带与伸缩缝,补偿收缩混凝土能连续浇筑施工,提高混凝土结构的整体性,对有整体防水要求的地下混凝土结构,提高了其防水性能。
(2)后浇带一般需经过42d以后才能进行混凝土浇筑,采用补偿收缩混凝土无缝施工技术,减少了施工中对后浇带的处理这一繁琐的施工环节,减化了施工程序,加快模板周转,缩短了建设工期,降低了工程造价。
(3)通过大量的实践研究,采用补偿收缩混凝土膨胀加强带,
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可以很好的防止混凝土结构的温度裂缝和收缩裂缝,增强了混凝土结构的耐久性和使用年限。
3.2 超长混凝土结构无缝施工应用
超长混凝土无缝施工技术是用膨胀加强带代替后浇带,预防混凝土的开裂。在广大建筑学者的共同努力和施工技术人员的不断探索中,无缝施工技术越来越多的成功应用到各建筑工程中。无缝施工技术的成功使用可以有效地避免按结构设计规范设置的伸缩缝,提高超长混凝土结构的整体性、耐久性、防水防渗性及抗震性,同时也可以缩短工期,降低工程造价。
国内对超长混凝土结构的分析研究从王铁梦在20世纪50年代提出了有条件取消伸缩缝,以及“抗放兼施,以抗为主”的设计原则,到吴中伟、游宝坤等研制了一系列混凝土膨胀剂,成功的应用到工程实际,并取得了良好的效果。这一阶段超长混凝土结构无缝施工技术的施工,主要依靠对混凝土材料和施工技术的研究分析,采取一定的措施进行控制。随着计算机技术的发展,超长混凝土结构收缩模型的建立,大型结构有限元程序的应用,超长混凝土结构在收缩和温度作用下的受力特点的分析计算,设计者可以有的放矢的进行结构设计和配筋。从而使超长混凝土结构的使用更加广泛。
海南省政府办公大楼为超长混凝土结构,主体结构轴线总长度158m、总宽度38m,地下室底板轴线总长度158m、总宽度41m,地下建筑面积5866m2,在施工过程中采取总长度方向上无缝施工和预应力混凝土技术,有效地控制了裂缝的产生。
合肥“新地中心”建筑面积约70万m2,地下室单层面积约6万m2,长278m,宽213m,整个地下室采用补偿收缩混凝土无缝施工技术,不设置永久伸缩缝。在超长地下室设计过程中,考虑大体积混凝土水化热的影响,降低地下室地板和外墙厚度;在施工过程中,综合考虑混凝土原材料、环境温差及膨胀剂的所产生的收缩变形、温度变形和徐变的影响,计算分析了膨胀加强带的设置间距和限制膨胀率的取值。通过合理的设置膨胀加强带,结合有效的结构措施和施工措施,成功的实现了该超长地下室的无缝设计。
4 小结
通过大量工程实践,补偿收缩混凝土在超长混凝土结构的有效使用,超长构件不设置施工缝,提高了混凝土结构的整体性和耐久性,缩短了建设工期,降低了工程造价。在施工过程中应根据规范要求来配置补偿收缩混凝土,强化施工环节,保证超长混凝土结构施工质量。
0.前言
为配制补偿收缩混凝土。最常用的方法是在混凝土中掺加膨胀剂。掺加膨胀剂配制的补偿收缩混凝土与普通混凝土一样,必须循设计、施工、材料三者紧密结合的方式来解决混凝土的裂缝问题。在设计配筋和施工合理的条件下,衡量补偿收缩混凝土补偿收缩能力的最重要的指标是混凝土的限制膨胀率。在应用中,必须根据采用的水泥、外加剂等原材料情况,以及设计上的配筋分布和配筋率情况、工程部位的约束状态、构件的尺寸、混凝土的标号、施工面积、混凝土的塌落度、是否掺加粉煤灰、膨胀剂的质量等进行合理的抗裂混凝土配合比设计。在设计和试配补偿收缩混凝土配合比时,除对混凝土的强度、抗渗等指标进行检验外,最重要的是进行混凝土限制膨胀率的测试,根据工程不同部位约束的大小,来设计混凝土限制膨胀率的大小,从而确定膨胀剂的合理掺量。因而,为很好地控制混凝土裂缝。在图纸设计时,要注意配筋和配筋率,在混凝土施工前。要做好补偿收缩混凝土配合比的设计。
1.配筋和配筋率的影响
从整体上讲,应用补偿收缩混凝土控制混凝土的裂缝,宜采用小直径、小间距的配筋形式,综观混凝土的裂缝分布情况。可以看出。混疑土底板的裂缝容易控制。而墙体混凝土的竖向裂缝较难控制,这是因为,底板的配筋率及钢筋的分布基本都满足补偿收缩混凝土配筋率的要求,且底板所受的外约束也较小,而墙体混凝土所受的外约束较多,钢筋间距较底板大。在补偿收缩混凝土的应用中,笔者体会到,墙体的水平配筋间距不宜超过150mm,直径宜为Φ12-16的带肋钢筋。在此基础上,适当提高膨胀剂的掺量;使混凝土的限制膨胀率达到1.5/万以上,配合适当的养护措施,在混疑土标号不超过C40的情况下,墙体混凝土的竖向裂缝能得到较好的控制,甚至在进行超长施工的情况下,也能有效控制混凝土不产生竖向裂缝。
2.补偿收缩混凝土的配合比设计
在进行补偿收缩混凝土的配合比设计时,除应进行常规的试验外,还应增加对混凝土的限制膨胀率的设计、测试内容。
2.1膨胀剂的选择
目前市场上膨胀剂的品种很多,质量存在参差不齐,在合格的膨胀剂中,产品的性能也不尽相同,其膨胀率的大小存在高低之别。有的膨胀剂虽然膨胀率高,但干空的收缩率很大,存在膨胀与收缩“落差”太大的现象。因而在选择膨胀剂时,必须检验膨胀剂的膨胀率。只有对膨胀剂的质量有了充分的了解,才能选择适宜的膨胀剂。
2.2补偿收缩混凝土配合比设计原则
国标CBJll9―88(混凝土外加剂应用技术规范)对补偿收缩混凝土应达到的限制膨胀率作了规定,即水中14天的限制膨胀率大于1.5/万。而目前,大多数的试验室只建立了膨胀剂标准中的检测方法和膨胀剂的质量进行控制,但尚无建立起混凝土的限制膨胀率的检测手段,在进行补偿收缩混凝土配合比设计、试配时,仅进行混凝土的和易性、塌落度、塌落度损失、抗压强度等指标试验,有防水要求时,再增加抗渗试验内容,对于混凝土是否确实具有微胀性,无法进行检测,导致没有具体数据。
研究表明,在固定膨胀剂掺量的情况下,混凝土的限制膨胀率远小于砂浆的限制膨胀率,而砂浆的限制膨胀率又远小于净浆的限制膨胀率,这是因为影响混凝土的限制膨胀率的因素远多于砂浆净浆,除砂、石、水泥品种、水灰比、砂率等对混凝土的限制膨胀率有影响外。以下因素对混凝土的限制膨胀率起着显著的作用,如膨胀剂的掺量、外加剂、混凝土塌落度、混凝土凝结时间、混凝土标号及每立方米混凝土中水泥的用量、粉煤灰掺量等。
2.2.1膨胀剂的掺量
有些观点认为,只要掺加了膨胀剂。配制的混凝土就是微膨胀混凝土。这是一个错误的观点。因为膨胀剂掺量不足或膨胀剂的膨胀率偏低时,其所产生的少量的钙矾石晶体仅起填充混凝土的毛细孔的作用,即提高了混凝土的抗渗性,所产生的微膨胀非常小,补偿收缩混凝土收缩的能力远远不够,混凝土剩余的收缩变形远大于混凝土的极限延伸率。只有生成较多的钙矾石晶体产物时,混凝土才会产生良好的微膨胀性。膨胀剂掺量越低,混凝土的限制膨胀率越小。提高膨胀剂的掺量能显著提高馄凝土的膨胀率。因而,应根据所配制的混凝土的限制膨胀率的大小来确定膨胀剂的掺量。
2.2.2外加剂
混凝土外加剂标准中规定,一等品外加剂28天的混凝土收缩率比不大于125%,合格率28天的混凝土收缩率比不大于135%。一般在推荐掺量下,28天掺外加剂的混凝土与空白混凝土的收缩率比在115―129%的范围内。从以上可知,外加剂是增大混凝土收缩的,并且,掺量越大,混疑土的收缩越大。目前,大多数工程采用泵送混凝土施工,外加剂已成为混凝土的第五组分。因而在配制泵送补偿收缩混凝土时,应适当提高膨胀剂的掺量。
2.2.3混凝土塌落度
混凝土的塌落度越大,在同一膨胀掺量下。混凝土的限制膨胀越小。故采用泵送混凝土时,要配制抗裂性好的补偿收缩混凝土,必须提高膨胀的掺量。
2.2.4混凝土凝结时间
混凝土的凝结时间太短,水泥的水化反应较快,混凝土的早期收缩现象较大,混凝土的凝结时间太长,膨胀剂的膨胀能大都分消耗在塑性阶段。膨胀剂的混凝土的凝结时间宜控制在l0―20小时的范围内。一般厚度的构件采用下限,大体积混凝土采用上限。
2.2.5混凝土标号和每方混凝土中的水泥用量
纵观混凝土的裂缝情况,低标号的混凝土开裂较轻,高标号的混凝土开裂较重。混凝土标号越高,每方混凝土中的水泥用量越大,混凝土的收缩越大,因此,必须相应提高膨胀剂的掺量。
2.2.6粉煤灰
在混凝土中掺加适量的粉煤灰,可明显改善混凝土的和易性,降低大体积混凝土的水化热,控制混凝土的温差收缩应力。但粉煤灰对混凝土干缩率的影响目前还没有统一的观点,有的人认为粉煤灰增大混凝土的干缩率,有的人认为基本无影响。不管粉煤灰是增大还足不影响混凝土的干缩率,它对掺膨胀剂的混凝土的膨胀率是有影响的。在配制补偿收缩混凝土时,必须把粉煤灰的量计入到胶凝材料中,即计算膨胀剂掺量时,应把粉煤灰的量一并加到水泥中计算。否则,混凝土的限制膨胀率明显偏低。
因此,在配制补偿收缩混凝土配合比时,应增加混凝土限制膨胀率的检测项目,对混凝土是否确实具有微膨胀性进行实际检测。只有这样,才能更好地或用补偿收缩混凝土来控制混凝土的裂缝。
2.3不同工程部位混凝上限制膨胀率大小的设计
在混凝土工程裂缝分布情况中。底板混凝土不易开裂,墙体混凝土产生竖向裂缝现象比较普遍,楼板和粱的开裂现象比墙体略轻一些。
因此,在进行补偿收缩混凝土配合比设计时,膨胀剂的掺量要根据所要求的限制膨胀率进行确定。
3.补偿收缩混凝土的施工及养护方法
在施工过程中,应严格控制混凝土的原材料质量和用量,严格按混凝土的配合比拌制混凝土。混凝土的塌落度要控制好,泵送混凝土的入模塌落度不宜超过200mm.为防止或减少混凝土表面的龟裂现象,必须重视混凝土表面的二次抹压工作。抹压的次数和时间要掌握好,可有效地减少馄凝土表面的龟裂现象。
中图分类号:TU37 文献标识码:A 文章编号:
1 前言
多年来,工程界常为混凝土的收缩开裂所烦恼,提出了“抗”“放”结合的治理原则,人们开发了混凝土膨胀剂、纤维等多种抗裂新材料和先进的施工技术,取得了诸多成果。我们从膨胀剂这种抗裂材料入手,在邯郸的工程中逐步推广。文中重点介绍的9项大型工程,从建(构)筑物的结构特征、施工季节、针对性技术措施等多方面,反映邯郸地区应用补偿收缩混凝土技术的情况。实践表明,补偿收缩混凝土技术在邯郸得到了工程界认可和应用,是实现混凝土抗裂与结构自防水的一种有效途径。
2工程概况
将9项工程的基本设计参数和结构特点归纳列表,给出设计与施工简况,从中可以看出补偿收缩混凝土技术对于不同的工程均具有良好的适应性。
⑴结构7层以下的住宅楼多为砖混结构,如世嘉名苑;8层以上的住宅楼、商贸楼、商住楼多为框架结构,如新世纪商贸广场、水景南岸。
⑵地下室多为1~3层。但龙湖人防为单层地下工程,丛台路学校为5层地上工程。
⑶结构尺寸与形状建(构)筑物外形多为矩形或近似正方形,长宽比范围1.5~10,龙湖人防及丛台路学校为L型。
建(构)筑物具有大面积、大体积的特点,如新世纪商贸广场单层面积4700m2,建(构)筑物具有较长或超长的特点,
建(构)筑物具有较厚或超厚的特点,如新世纪商贸广场底板厚800mm,云顶公馆筏板厚1000mm,招贤大厦底板厚3000mm。
⑷施工季节大型工程工期较长,如新世纪商贸广场施工工期为300天,横跨4季,夏季要求缓凝,冬季要求防冻。
⑸混凝土强度等级范围大,C25~C55,多为C30;抗渗标号P6~P8。
⑹多单位参与,多专业结合 。该9项工程的设计单位包括清华大学、同济大学、亚太建筑、河北庄宸、河北昆仑、邯郸大友及煤炭部邯郸设计院等。施工单位有中煤第69工程处(新世纪商贸广场)、江苏苏中建设集团(云顶公馆)、邯郸第3建安公司(世贸休闲)等多家。
3技术要点及方案的制订实施
3.1预备工作
在工程设计中与施工前,要针对具体工程制订技术方案,首先需作好3项预备工作。
①掌握补偿收缩混凝土技术特点与要求,正确理解设计意图,与设计专业相结合。所制订的技术方案应以有关标准及其文件为基础。
②针对混凝土设计指标及构件状态进行抗裂计算,确定混凝土配合比的依据,并确定采用的辅助措施。
③吸收设计、建设、施工及监理多方的建议,特别是施工方的意见,根据施工力量组织、混凝土供给能力等,与施工组织方案紧密结合。
④技术方案制订者必须进行现场交底。
⑤必要时请中国建筑材料科学研究院、石家庄市太行特种水泥与防水工程研究所的专家现场指导。
3.2混凝土试配
①材料选用
水泥,主要选用P.O普通硅酸盐水泥和P.S矿渣硅酸盐水泥
膨胀剂,确定为FEA,定点由石家庄市功能建材有限公司提供。
掺合料,主要为粉煤灰和矿粉,掺入量一般为20%左右。
②限制膨胀率指标
根据GBJ50119规范和工程的具体要求设定混凝土限制膨胀率指标,如新世纪商贸广场底板混凝土14d水中限制膨胀率指标为2.0×10-4,加强带混凝土为3.0×10-4。
③混凝土工作性能
对于面积大、体积大及超厚的构件,凝结时间可再延长一些。这有利于推迟水化热的升高速度、提高有效膨胀[3]。
3.3后浇带与加强带的关系处理
技术方案的关键与核心部分是正确处理后浇带与加强带的关系,应遵循具体情况、具体分析的原则。对9项工程中该种关系的处理使用了下述3种方式。
①全连续浇筑新世纪商贸广场原设计用后浇带将底板分成6块,后改为长度方向(92m)设2条、宽度方向(48m)设1条加强带的方案,实现了全连续浇筑。
②全间歇浇筑龙湖人防工程构件呈L型,原设计每32m留1条后浇带,后全部改为间歇式加强带,即在两侧混凝土浇筑完成后14d再浇筑加强带,既提前了工期、又利于施工组织。
③连续和间歇浇筑相结合云顶公馆6#~7#楼间,在制订方案中仍然保留原设计中的1条后浇带;楼盘地下室边墙外部为车库地面,在边墙外侧1m处设1条间歇式加强带;其他区间,每30m左右设1条连续浇筑的加强带。
3.4加强带设置注意事项
①建(构)筑物分为地下、地上两部分时,都采用相同的浇筑方式时,两部分的同竖向位置混凝土板(顶、楼)与墙应同轴线设加强带。
②配制温度筋。
③使用的混凝土强度等级比两侧高5MPa,14d水中限制膨胀率比两侧至少高出1×10-4。
④底板厚度大于600mm时,须在加强带两侧设密孔钢丝隔离网;小于600mm时,可以不设,但应考虑泵送混凝土的流淌斜度和距离,在距离加强带规定带宽侧边外1m时提前更换混凝土配合比。
3.5关于结构自防水
掺膨胀剂的混凝土,作结构自防水,可靠性强,也为很多地下和水中工程所证明。如新世纪商贸广场。
3.6混凝土浇筑与养护
主要强调下述4个方面,要求施工方执行。
①及时进行保水养护。
②冬季施工应及时进行保水、保温联合养护,以防内外层温差过大。
③对板、墙、梁的交接部位,或构件的异型部位,实施二次振捣,防止塑性裂纹。
④将周墙、长墙作为浇筑、振捣、养护的重点,加强施工管理与监督。
4出现问题及应对措施
⑴云顶公馆6#~7#楼间后浇带,3个月后发现渗水。原因是橡胶止水带安放欠严格。补救措施是:将裂缝凿宽,成“V”型槽,用止水灵封堵,再涂刷FCC聚合物防水涂料。
⑵世贸休闲广场施工时,混凝土坍损快。原因是使用了新入仓的新磨的散装水泥和FEA。应对措施是:调整泵送剂组成(增加缓凝与保塑成份)及掺量。
⑶某工程曾采用现场拌制混凝土,楼板有约10m2部位强度明显偏低,检查认为可能的原因是水泥或FEA的计量出现失误。解决措施是加强计量人员及物资采购管理,并尽快更换为商品混凝土。
⑷连续浇筑的加强带混凝土出现过供应滞后现象,解决措施是:准确计算混凝土需要量和供给量,混凝土的凝结时间要给施工留出一定余地。
⑸混凝土表面的抹压、振捣等操作均有不规范处,应对措施是:现场进行技术交底时,要求施工方加强技术培训,提高工人技术素质和质量意识。
5结语
⑴应用补偿收缩混凝土技术,可以同时收到抗裂与结构自防水的双重效果,从膨胀剂这种抗裂材料入手,“抗”“放”结合,是解决混凝土收缩开裂的一种有效途径。
⑵根据工程具体情况,正确处理连续浇筑式加强带、间歇式加强带与后浇带的关系,是保证工程质量、施工进度与效益的关键。
⑶在应用补偿收缩混凝土技术的过程中,不应放松对混凝土浇筑、振捣、养护等施工操作的要求,并及时总结经验教训,以求进一步提高与完善。
【参考文献】
自20世纪80年代开始,混凝土膨胀剂在国内的一些工程中得到了使用,对于膨胀剂的认识也在不断的加深中。利用膨胀剂水化产生的化学预应力与机械预应力相结合的需要,能较好地解决大面积和特殊混凝土结构的裂缝问题。进入21世纪以来,国内大面积混凝土梁板结构和高强度混凝土结构采用膨胀技术已有了较大的使用和发展。尽管是这样的,补偿收缩混凝土在各地的使用中还是出现了各种质量问题。由于混凝土裂缝控制是综合性的系统工程,处理必须从设计、施二、材料等方面都要采取相应解决措施。现就目前国内比较成熟的利用膨胀剂配制的补偿收缩混凝土控制裂缝的方法,结合工程实践提出一些措施供参考。
1 混凝土收缩的必然性与裂缝的可控性
控制混凝土结构的裂缝,有许多工程和成功经验的介绍,其中王铁梦教授提出的“抗与放”的技术措施是应用较多有效的实用技术,该技术允许增加变形的能力,以减小收缩应力,“放”其变形。增加允许应力变化的能力,“抗”其变形。在大多数情况下,应用抗放结合理论是建立在混凝土的开裂必然出现的基础上的。
混凝土膨胀剂及应用的实践及发展,为混凝土结构裂缝的控制增加了新的活力。建材研究院游宝坤教授指出:“应该用系统的观点解决混凝土工程裂缝问题”的见解是有独特意义的。
塑性收缩出现在浇筑后终凝之前,这时混凝土泌水减少,表面蒸发的水分不能得到及时的补充,而混凝土尚处在塑性状态,略微受一点拉力表面就会出现分布不规则不均匀的――龟裂。产生裂缝以后混凝土表面及体内水分蒸发进一步加快,于是裂缝迅速发展扩大,混凝土由于环境温差收缩也容易引起开裂。当温度上升时混凝土的弹性模量还很小,只有一小部分热膨胀转化成压应力,而这个时期混凝土还有很大的松弛应力使压应力减小。
干燥收缩最容易体现到,水泥加水凝结后,水分消耗蒸发后,形成孔隙。研究表明:这部分绝对体积大约占混凝土总量的8%左右,如混凝土单位用量350ks/m3,则形成孔隙体积约25L/m3之火。而混凝土的自收缩与干燥收缩一样,是由于水分的迁移引起的。但它不是由于水分向外界蒸发散失,而是因为水泥水化时消耗水分造成凝胶孔内水分的减少。产生其自身的干燥作用,混凝土内部的湿度相对降低,体积则减小。
混凝土构造进入使用期间,上述几种收缩变形巳基本完成。混凝土结构的变形还是要受到环境温度和湿度的影响,主要构造钢筋和混凝土后期的强度来抵抗结构的胀缩变形。同时混凝土的收缩与胶凝材料的物理化学反应和环境的温度湿度有关,有阶段性和叠加的效应。
2 掺合料对补偿混凝土的影响
在混凝土中掺入适量的外掺合料,可显著的改善混凝土的和易性,降低混凝土的内部水化热,控制混凝土的温差效应。就目前使用最广泛的粉煤灰而言,尽管在混凝土中有很多的优越性能,但对于补偿收缩混凝土来说,粉煤灰会降低膨胀率,随着粉煤灰掺量的增加,膨胀率降低的幅度也会增大。
粉煤灰本身是没有活性的,其活性的激发需要消耗水泥水化过程中产生的Ca(OH)2。这可以降低混凝土中的碱度,对抗蚀和抗碳化蚀有利。然而在补偿收缩混凝土中,有利的同时也产生了弊端。目前大多数膨胀剂是硫铝酸钙类,膨胀剂产生膨胀的原因在于形成钙矾石晶体,填充、堵塞混凝土中的空隙,进而产生膨胀。
3 切实重视加强对膨胀混凝土的养护
补偿收缩混凝土养护的重要性是不容置疑的。从以上的水化热反应式中就可直观了解到膨胀剂的膨胀性能发挥需要大量的水。对于水平构件的养护,无论是浇水、覆盖还是蓄水养护都能达到较好的效果,养护方法已得到普遍的采用和认可。但对于竖向如墙体或梁柱侧面,何时拆模并用什么样的方式养护,多年来一直有些争论。但争论的意见主要是:(1)浇筑后1d松开模板,从顶端浇淋水,4~5d后再拆模,拆除模板后再养护至14d。此种观点认为如果1~2d拆模,这时混凝土的水化热温度开始上升,拆模后造成大的散热面,加剧内外温差。因此在4~5d后混凝土高温已过拆模养护合适。(2)模板置留时间不得低于7d,7d后养护至14d。此观点为:采用这种养护方法,既能减少混凝土本身水分散失,又能保证混凝土在早期处于一个相对比较稳定的温度。避免了风和太阳暴晒等外界因素影响。(3)模校48h后拆除,淋水养护14d。此种意见认为:在混凝土温升最高前拆除模板,淋水养护既能保证膨胀剂水化所需水分,又能降低混凝土中心最高温度,减弱温度应力。
以上几种养护方式都选择避开混凝土水化温度的最高时期(3~4d),这是正确的,避免在混凝土内外温差最大时期拆模。经过大量工程实践,笔者还发现意见(1)理论上最可行,但施工中很难做到,模板紧贴墙体,以上面淋水难以渗透进去。
在北方冬季,如果过早拆模,内外温差较大,浇水又可能导致混凝土遭受冻害,因此需要对混凝土保温养护,即可按意见(2)进行养护。虽然这样做会因水分不足导致膨胀效果降低,但由于冬季混凝土水分蒸发量少,冷缩也小,与高温季节相比,所需要的膨胀也较小。
夏季或南方气候,混凝土及空气温度都高,水分蒸发加快,若不及时浇水及散热,不但膨胀剂因缺水无法发挥膨胀效果,混凝土在干缩、自收缩和随后的冷缩作用下,必然会出现开裂。在许多工程也曾经多次见过,掺有膨胀剂的地下墙体或钢筋混凝土水池拆模后就已看到大量裂缝的现实。因此,在夏天混凝土需在升温峰值前拆模,然后淋水养护,既保证提供充足的补充用水,这层水膜能以稳定的速度及时散热,降低混凝土整体温度,同时也阻挡了阳光、风对表面水分的影响。上述意见(3)的养护方法较好。
结语
综上所述,混凝土结构的裂缝是诸多因素导致的,在各种尝试防裂的措施中,膨胀剂及钢筋混凝土超长无缝设计控制裂缝的技术,通过在许多工程实践应用中,证明是行之有效的。但在具体采用中还是存在许多问题,以上从混凝土的收缩、掺合料、强度、养护几方面结合工程实践应用探讨了膨胀剂的具体问题,期望提高补偿收缩混凝土的应用水平,促进混凝土膨胀剂行业有新的更好的发展。
中图分类号: TV543 文献标识码: A 文章编号:
影响混凝土裂缝的因素错综复杂,为解决混凝土裂缝问题,设计、施工、材料等方面都采取了种种措施;但裂缝还是经常产生;虽然细小的裂缝不会对结构的安全性带来严重影响,面且规范中也允许构筑物有一定范围的裂缝,但是,如能控制混凝土不产生裂缝,也会大大提高混凝土工程的耐久性和抗渗漏水或抗腐蚀性介质对钢筋的锈能力。因此,对混凝土的裂缝进行控制日益受到工程界的重视。
一、补偿收缩混凝土控制裂缝的原理
现时市场上的膨胀剂大部分都是硫铝酸盐型膨胀剂, 其膨胀源是钙矾石(C3A.3CaSO4.32H2O)。为配制补偿收缩混凝土。最常用的方法是在混凝土中掺加膨胀剂。掺加膨胀剂配制的补偿收缩混凝土与普通混凝土一样,必须循设计、施工、材料三者紧密结合的方式来解决混凝土的裂缝问题。而认为只要掺加了膨胀剂,就能控制混凝土不产生裂缝的概念是错误的。因为,在设计配筋和施工合理的条件下,衡量补偿收缩混凝土补偿收缩能力的最重要的指标是混凝土的限制膨胀率。在应用中,必须根据采用的水泥、外加剂等原材料情况,以及设计上的配筋分布和配筋率情况、工程部位的约束状态、构件的尺寸、混凝土的标号、施工面积、混凝土的塌落度、是否掺加粉煤灰、膨胀剂的质量等进行合理的抗裂混凝土配合比设计。在设计和试配补偿收缩混凝土配合比时,除对混凝土的强度、抗渗等指标进行检验外,最重要的是进行混凝土限制膨胀率的测试,根据工程不同部位约束的大小,来设计混凝土限制膨胀率的大小,从而确定膨胀剂的合理掺量。
当混凝土膨胀时受到钢筋或其他限制物的限制,钢筋则因混凝土的膨胀而伸长,此时在钢筋中产生拉应力,在混凝土中相应产生压应力,这种压应力能够抵消导致混凝土开裂的全部或部分拉应力,在混凝土中产生0.2MPa~0.8MPa预压应力,能有效地补偿混凝土的干缩和冷缩,从而避免混凝土的开裂。同时,大量的钙矾石晶体填充了混凝土的毛细孔缝,改善了混凝土的孔结构,使毛细孔变细、减小,增加了致密性,显著提高了混凝土的抗裂防渗性能及耐久性和抵抗周围环境介质侵蚀的能力。适用于结构自防水、抗裂防水混凝土和超长混凝土结构的无缝施工等场合。
二、补偿收缩混凝土的配合比设计
在进行补偿收缩混凝土的配合比设计时,除应进行常规的试验外,还应增加对混凝土的限制膨胀率的设计、测试内容。
1、膨胀剂的选择
目前市场上膨胀剂的品种很多,质量存在参差不齐,甚至还存在不合格、假冒、伪劣的产品。在合格的膨胀剂中,产品的性能也不尽相同,其膨胀率的大小存在高低之别。有的膨胀剂虽然膨胀率高,但干空的收缩率很大,存在膨胀与收缩“落差”太大的现象。因而在选择膨胀剂时,必须检验膨胀剂的膨胀率。只有对膨胀剂的质量有了充分的了解,才能选择适宜的膨胀剂。
2、补偿收缩混凝土配合比设计原则
研究表明,在固定膨胀剂掺量的情况下,混凝土的限制膨胀率远小于砂浆的限制膨胀率,而砂浆的限制膨胀率又远小于净浆的限制膨胀率,这是因为影响混凝土的限制膨胀率的因素远多于砂浆净浆,除砂、石、水泥品种、水灰比、砂率等对混凝土的限制膨胀率有影响外,以下因素对混凝土的限制膨胀率起着显著的作用,如膨胀剂的掺量、外加剂、混凝土塌落度、混凝土凝结时间、混凝土标号及每立方米混凝土中水泥的用量、粉煤灰掺量等。
1)、膨胀剂的掺量
有些观点认为,只要掺加了膨胀剂,配制的混凝土就是微膨胀混凝土。这是一个错误的观点。因为膨胀剂掺量不足或膨胀剂的膨胀率偏低时,其所产生的少量的钙矾石晶体仅起填充混凝土的毛细孔的作用,即提高了混凝土的抗渗性,所产生的微膨胀非常小,补偿收缩混凝土收缩的能力远远不够,混凝土剩余的收缩变形远大于混凝土的极限延伸率。只有生成较多的钙矾石晶体产物时,混凝土才会产生良好的微膨胀性。膨胀剂掺量越低,混凝土的限制膨胀率越小。提高膨胀剂的掺量能显著提高馄凝土的膨胀率。因而,应根据所配制的混凝土的限制膨胀率的大小来确定膨胀剂的掺量。
2)、外加剂
混凝土外加剂标准中规定,一等品外加剂28天的混凝土收缩率比不大于125%,合格率28天的混凝土收缩率比不大于135%。一般在推荐掺量下,28天掺外加剂的混凝土与空白混凝土的收缩率比在115—129%的范围内。从以上可知,外加剂是增大混凝土收缩的,并且,掺量越大,混疑土的收缩越大。目前,大多数工程采用泵送混凝土施工,外加剂已成为混凝土的第五组分。因而在配制泵送补偿收缩混凝土时,应适当提高膨胀剂的掺量。
3)、混凝土塌落度
混凝土的塌落度越大,在同一膨胀掺量下,混凝土的限制膨胀越小。故采用泵送混凝土时,要配制抗裂性好的补偿收缩混凝土,必须提高膨胀的掺量。
4)、混凝土凝结时间
混凝土的凝结时间太短,水泥的水化反应较快,混凝土的早期收缩现象较大,混凝土的凝结时间太长,膨胀剂的膨胀能大都分消耗在塑性阶段。膨胀剂的混凝土的凝结时间宜控制在l0—20小时的范围内,一般厚度的构件采用下限,大体积混凝土采用上限。
5)、混凝土标号和每方混凝土中的水泥用量
纵观混凝土的裂缝情况,低标号的混凝土开裂较轻,高标号的混凝土开裂较重。混凝土标号越高,每方混凝土中的水泥用量越大,混凝土的收缩越大,因此,必须相应提高膨胀剂的掺量。
6)、粉煤灰
在混凝土中掺加适量的粉煤灰,可明显改善混凝土的和易性,降低大体积混凝土的水化热,控制混凝土的温差收缩应力。但粉煤灰对混凝土干缩率的影响目前还没有统一的观点,有的人认为粉煤灰增大混凝土的干缩率,有的人认为基本无影响。不管粉焊灰是增大还足不影响混凝土的干缩率,它对掺膨胀剂的混凝土的膨胀率是有影响的。在配制补偿收缩混凝土时,必须把粉煤灰的量计入到胶凝材料中,即计算膨胀剂掺量时,应把粉煤灰的量一并加到水泥中计算。否则,混凝土的限制膨胀率明显偏低。
前言:随着钢筋砼结构的长大化和复杂化,砼结构裂缝出现的机率大大增加,通常采取的技术措施设置后浇带。而随着补偿收缩砼应用技术的不断完善,用膨胀加强带取代后浇带的大跨度钢筋砼结构无缝设计施工新技术也得以大量推广使用。但该无缝设计与施工方法不是万能的,在设计、施工、养护的各个阶段少有不慎,该无缝设计施工方案都可能失败。本文结合工程实例介绍补偿收缩混凝土无缝设计施工中应注意的问题,以供交流、探讨。
1超长钢筋砼结构无缝设计与施工方法的原理:
在钢筋砼结构收缩应力最大的地方给予较大的膨胀应力,加强带一般设在后浇带处。带宽2m,带的两侧分别架设密孔铁丝网,目的是防止不同配比的砼流入加强带内。施工时,先浇带外小膨胀砼(掺入8-10%SY-G),浇到加强带时,改用大膨胀砼(掺入12-15%SY-G),带内砼强度等级比两侧砼高1个等级。如此连续浇筑下去,以实现无缝施工。
2钢筋砼结构无缝设计中应注意的问题
2.1掺膨胀剂的补偿收缩砼在进行配合比设计时,试验室应考虑水泥、粉煤灰活性、各地砂石质量差异,结合试验中得到的技术参数,确定水泥、粉煤灰单方用量,再计算膨胀剂的掺量。
2.2不同结构部位的抗裂要求不同。底板、楼板相对于剪力墙受到的约束较小,则楼板砼的限制膨胀率相对较小,膨胀剂的掺量较少;而剪力墙因受到楼板、结构柱的约束较大,则其砼的限制膨胀率较大,相应的膨胀剂掺量较大;而加强带内砼的膨胀剂掺量则更大。
2.3大多数设计图纸对混凝土的限制膨胀率没有提出具体要求,造成膨胀剂少掺或误掺,达不到补偿收缩的作用。当采用膨胀剂时,结构设计者在设计图纸上应注明“补偿收缩混凝土水中养护14d的混凝土限制膨胀率”。
2.4由于剪力墙受施工和环境温湿度等因素影响较大,容易出现纵向收缩裂缝,混凝土强度等级越高,开裂机率越大。工程实践表明,墙体的水平构造钢筋的配筋率宜在0.4~0.6%,间距应小于150mm,采取细而密的配筋原则,水平构造筋宜放在竖向受力筋的外侧,以利于控制墙体有害裂缝的产生。
2.5混凝土胀缩变形与限制条件有关,而墙与柱的配筋率相差较大,由于应力集中原因,在离柱子1~2m的墙体上易出现纵向收缩裂缝。工程实践表明,应在墙柱连接处设水平附加筋,长度为2000mm,插入柱子中300mm,插入墙体中大于1500mm,该处配筋率提高10~15%,有利于分散墙柱间的应力集中,避免纵向裂缝的出现。
3.钢筋砼结构无缝施工中应注意的问题
3.1施工单位认为使用补偿收缩砼施工,砼结构裂缝问题就能迎刃而解是错误的,除了设计配筋合理和补偿收缩砼的配合比保证足够的限制膨胀率外,施工管理则是关键。
3.2膨胀剂掺量有意和无意少掺是补偿收缩砼使用的误区。现实中某些商品砼厂家从经济利益出发,有故意少掺或不掺膨胀剂的现象,这样,膨胀砼就失去了补偿收缩作用,开裂现象仍然产生。
3.3有些项目拘泥于膨胀剂的推荐掺量,如某膨胀剂产品推荐掺量为8%~12%,在特殊结构部位用户却不敢超过12%,这也是施工使用中的误区。如后浇带或膨胀加强带要用大膨胀率的膨胀砼填充,要求砼膨胀率达到0.035%~0.045%,要掺入14%~15%膨胀剂才能达到。如只限于掺12%就不能满足设计要求,仍可能开裂。
3.4补偿收缩砼的拌和时间要比普通砼延长30秒,以确保膨胀剂和水泥、减水剂等拌和均匀,以提高其匀质性。
3.5补偿收缩砼的布料、振捣必须按施工规范严格进行,并采取可靠措施严防膨胀加强带内砼流入带外,带外砼流入加强带内。
3.6剪力墙砼裂缝的控制是个难点,即使使用补偿收缩砼浇筑墙体,也要以30~40m分段浇筑。每段之间设2m宽膨胀加强带,并设止水钢板,可在28天后用大膨胀砼回填浇筑,施工中应严格要求砼振捣密实、匀质,且保湿养护不少于14d。
4补偿收缩砼养护、维护中应注意的问题:
4.1补偿收缩砼要有充分湿养护才能更好的发挥其膨胀性能,补偿收缩。膨胀剂与水泥的水化反应大部分在14天完成,因此对掺膨胀剂的砼养护期的要求不低于14天。
4.2施工单位为加快施工进度,剪力墙浇筑砼12小时内就拆除模板,而此时砼的水化热升温最高,早拆模板造成散热快,增加墙内外温差,易出现温差裂缝。实践证明,剪力墙宜用保湿较好的胶合板制模,砼初凝后在墙顶部设水管慢淋养护,墙体宜在6天后拆模,然后用麻布贴墙并喷水保湿养护14天。
4.3底板宜用蓄水养护,冬季施工要用塑料薄膜和保温材料进行保温保湿养护,楼板宜采用湿麻袋覆盖养护。
5工程实践
以某地下停车场工程为例,该停车场工程共地下三层,基坑开挖深度8.9m,平面结构长118m、宽58.5m,属超长钢筋砼结构。设计方案在长向的3等分点设有2条膨胀加强带,用以代替后浇带。该项目实施过程中发生如下事项:①在墙柱连接处1~2m范围内未设水平附加筋;②施工图会审时,设计单位同意了施工方提出的将加强带宽度由2000修改为800,并实施;③施工剪力墙加强带砼时,普通砼流入加强带内较多,高膨胀率砼也部分流到带外,且使用的是连续式膨胀加强带浇筑方法;④剪力墙在完成浇筑砼12h后拆模,对墙体未采取保湿养护措施,只是进行了简单的淋水养护,且养护时间不足14d;⑤剪力墙完成后,未及时进行后续施工,未及时回填覆土。
负三层、负二层剪力墙拆模后约10天,部分墙面在每跨的三等分处出现了纵向裂纹、裂缝,个别裂缝由楼面上30cm处延伸至上层结构梁底,有的裂缝出现了渗漏水现象,后经专业防水堵漏公司高压注浆解决了剪力墙渗水质量问题。针对该种情况,在负一层剪力墙钢筋砼施工中加强了施工管理力度,并进行了14d的保湿养护,后经检查验证该层剪力墙面仅有4条细小裂纹。
这是一个失败的补偿收缩砼工程实践案例,这说明了在超长钢筋砼结构中使用膨胀加强带代替后浇带的无缝设计施工方案,从设计、施工到养护的每个阶段都必须严格按照补偿收缩砼应用技术规程的要求实施,稍有不慎,就可能给工程造成难以挽回的损失。
结语
砼结构的裂缝控制是一项系统工程,涉及到材料、设计和施工和养护四个方面。在材料方面,关键措施是在满足结构要求的前提下,依据工程的特点、部位,合理确定膨胀抗裂剂的掺量和砼配合比,配制出膨胀性能大、补偿收缩性能好、施工容易、强度有保证的补偿收缩砼。在施工时,针对工程特点和膨胀砼的特性,采取合理的浇筑、振捣、养护等措施,只有采取了得当的综合措施,才能收到实效。需要指出的是,不是在砼中掺入膨胀抗裂剂后裂缝的问题都能解决,不应该片面强调材料单一因素的作用,而应把合理的材料选择与严密的设计方案,科学的砼配合比,严格的施工组织和完善的工艺措施相结合,才能确保砼的施工质量,达到补偿收缩砼的结构抗裂目的。
参考文献
Abstract: ordinary concrete is a very useful building materials, because of its lower limit elongation, in under the action of dry shrinkage, creep, temperature, etc is easy cause craze, leading to concrete engineering, reinforcement corrosion, leakage, affect the use function and service life. Think in terms of the raw materials of concrete, the reasonable use of expansive agent is one of the key to solve the problem. This article describes the concrete expansion agent, this paper analyzes the compensation shrinkage concrete expansion agent preparation and use of the limit, and puts forward appropriate right problems that should be paid attention to the use of concrete expansion agent and shrinkage of concrete cracks in the solution of the problem, for the design, construction and concrete mixing plant technical staff reference.
Key words: reinforced concrete; Expansive agent; Shrinkage of concrete;
中图分类号:TU528.042文献标识码:A文章编号:2095-2104(2013)
一、混凝土膨胀剂
(一)混凝土膨胀剂及其分类
膨胀剂是在砂浆和混凝土中能通过化学反应产生膨胀的外加剂。混凝土膨胀剂的主要功能是补偿混凝土硬化过程中产生的干缩和冷缩。混凝土膨胀剂有以下类型:
1、硫铝酸钙类
与水和水泥通过水化反应而生成的钙矾石混凝土膨胀剂。如明矾石膨胀剂,PPT、UEA、FS、AEA等。
2、氧化钙类
与水和水泥通过水化反应而生成的氢氧化钙混凝土膨胀剂。如石灰膨胀剂。
3、硫铝酸钙-氧化钙类
与水和水泥通过水化反应而生成的钙矾石和氢氧化钙的混凝土膨胀剂。如CEA。
(二)混凝土膨胀剂作用原理
在自由条件下,将膨胀剂掺入混凝土中,使其与水泥产生水化反应,能产生一定量的膨胀。在限制条件下,使膨胀能力转变为压应力,相当于提高混凝土的抗拉强度,改善了内部应力状态,从而推迟收缩的产生,较好地防止和减少收缩裂缝的出现。
(三)混凝土膨胀剂的适用范围
1、补偿收缩混凝土:地下、水中、海中、隧道等构筑物,大体积混凝土(除大坝外),配筋路面合板、屋面与浴室厕所防水、构建补强、渗漏修补、预应力钢筋混凝土、回填槽等。
2、填充用膨胀混凝土:结构后浇缝、隧道堵头、钢筋与隧道之间的填充等。
3、填充用膨胀砂浆:机械设备的底座灌浆、地脚螺旋的固定、梁柱接头、构建补强、加固。
4、自应力混凝土:仅用于常温下使用的自应力钢筋混凝土压力管。
5、混凝土膨胀剂的适用还应特别注意:
含硫铝酸钙类、硫铝酸钙-氧化钙类膨胀剂配制的膨胀混凝土(砂浆)不得用于长期环境温度为80℃以上的工程。 含氧化钙类膨胀剂配制的膨胀混凝土(砂浆)不得用于海水或有侵蚀性水的工程。
掺膨胀剂的混凝土只适用于钢筋混凝土工程和填充性混凝土工程。掺膨胀剂的大体积混凝土,其内部最高温度控制应参照有关规范,混凝土内外温差宜小于25℃。掺膨胀剂的补偿收缩混凝土刚性屋面宜用于南方地区,其设计、施工应按GB50207《屋面工程质量验收规范》进行。
二、膨胀剂的补偿收缩混凝土的配制和使用限制
膨胀剂的补偿收缩混凝土的配制和使用受许多内在与外在条件的限制,如果不能满足使它发生作用的前提条件,就不能很好的发挥其作用。一般情况下的条件有:(1)约束条件(2)混凝土膨胀率(3)施工条件和技术(4)外加剂的种类和性质(5)水泥和粗细骨料的情况等等。就混凝土本身的一些化学反应过程而言,一直存有一些无法解释或一些混凝土专家各有各的理论的情况。如有一方面或是几方面考虑不周,都有可能导致开裂或是渗漏。
1、混凝土的约束分为内部和外部约束,内部主要指混凝土内部变形受到内部钢筋的限制力;外部指混凝土的变形受到外部的模板、相邻部位或构件的阻挡与限制,以及各种情况产生和内应力和外应力。在混凝土膨胀剂符合要求的情况下,如果约束力过小,而膨胀率过大会产生变形增大,使混凝土结构疏松、强度降低,最终可能会引起开裂;所以相对而言混凝土膨胀率也不能太大。如果约束过大而混凝土膨胀率过小,则最终膨胀不足以补偿干燥、冷缩、碳化等原因造成的收缩,同样也有可能出现开裂现象。
2、由于我们使用的水泥品种不同大多掺入混合材,活性不尽相同,膨胀剂掺入后水泥的膨胀率也不相同,其掺量应根据实际水泥的情况来试配决定,而不能一味的按照厂家的说明统一掺入8%或是12%。一般膨胀剂应用在混凝土中,都会与减水剂一起掺合使用,我们必须要考虑到减水剂与水泥是否适应,所以在使用前一定要根据设计中的混凝土膨胀率要求、混凝土的施工坍落度要求进行试配,并测定混凝土的限制膨胀率,确定合理的膨胀剂掺量值、减水剂的掺量和品种。当然如果实际膨胀剂的膨胀率不够、减水剂的减水率不能满足要求,在试验室就很难配出合适的配比更不要说在施工现场了。
3、膨胀混凝土在正常工作中,是在有内部和外部约束限制条件下使用的,除设计中应符合《混凝土结构设计规范》规定,在墙体易出现收缩裂缝部位,其水平构造的配筋率宜大于0.4%,水平间距宜小于150mm, 墙体的中部或顶端的300-400mm范围内水平筋间距宜为50-100mm。墙体与柱子连接部位宜插入长度¢8-10mm、1500-2000mm的加强钢筋,插入柱子200-300mm,插入边墙1200-1600mm,其配筋率应提高到10%-12%。结构开口部位和变形出入口部位应增加配筋。施工中要注意养护,不要为了施工方便加大用水量,更不要赶进度未等混凝土强度稳定就进行拆模,至使混凝土早期因应力集中出现细小裂缝,成为潜在的危害。
4、前面提过膨胀剂和减水剂的选择的重要性,膨胀剂品种很多,目前市场上用的最多的是钙钒系列膨胀剂。实际工程存在很多问题,首先在膨胀剂的掺量上,配比报告中虽然明确了用量,但一些单位为节约成本原要掺11%,实际配比中掺6%或7%;甚至有的单位使用质量差的品种或伪劣产品,这样不光是混凝土膨胀率打折扣的问题,一定程度上这种配比或是材料就变得没有任何意义了。在现场取样时,我们见到了一个非常严重的问题,工人为了操作方便向搅拌车中加水,出料的坍落度至少在190mm,和泵送的自流平混凝土没有什么区别。像这样的混凝土加入再多的膨胀剂都于事无补,无法阻止的裂缝和质量问题。这种现像很多施工现场都存在,只是后期好多实物填埋了看不到,所以就会出现开裂,渗漏等一系列的工程质量问题。
5、膨胀剂的掺入会使混凝土的水化热提高,容易产生温度裂缝,所以在配制补偿收缩混凝土时,水泥的用量不宜过大,选择水泥时不得选用硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和高铝水泥。在粗细骨料的选择上更要注意,粗骨料粒径不宜大于30mm,减少细骨料作为填充料的量;要严格控制含泥量,因泥或泥块中往往含有伊利石、蒙脱石、硅藻土等杂质,这些物质吸水后会大于原物质的体积膨胀的几倍,干燥后失水收缩就很容易产生裂缝现象。要严格控制云母含量、硫化物等。细度模数宜选用2.5以上的中砂,砂的细度对膨胀率的影响很大,砂过细比表面积增大,表面吸水率就会大幅提升,同样重量的砂吸水量就会加大,因水泥化学反应只需要12%-25%的用水量,多余的水份干燥后蒸发,就会在混凝土内形成孔隙,失水收缩很容易产生裂缝。
三、补偿收缩混凝土设计与施工
(一)膨胀率的限制
混凝土的限制膨胀率ε2在施工过程的质量控制中起着重要作用。它与混凝土的强度成正相关关系。混凝土强度提高限制膨胀率也随之提高。ε2数值越大,自应力值越高,它的补偿收缩、防裂抗渗的能力就越强,反之,则正好相反。因此,限制膨胀率ε2是施工过程中工程防裂抗渗的重要参数。
建筑结构不同部位混凝土的抗裂规范也不尽相同。实践发现防水工程的混凝土最佳限制膨胀率如下:底板的混凝土限制膨胀率ε2=0.02%~0.025%,侧墙的限制膨胀率ε2=0.03%~0.035%,后浇带的限制膨胀率ε2=0.035%~0.045%。
(二)膨胀剂掺量控制
膨胀剂作为水泥的一部分其掺量的计算方法是按照等量替代胶凝材料的内掺法。为达到补偿收缩规定,在实际施工中,是根据不同的部位来确定掺入膨胀剂的数量的。掺量过少起不到作用,掺量过多不一定作用更好,反而可能会造成材料浪费、增加成本,降低效益。例如:对于后浇带或膨胀加强带,需要用大膨胀混凝土填充,且需掺14%~15%的膨胀剂才能达到设计要求,如果掺入12%的膨胀剂就肯定不能满足设计要求,还会引起混凝土开裂。
(三)配合比的控制
在实际的施工操作中,许多施工单位或搅拌站不根据混凝土配合比来掺入膨胀剂。虽然在试验室中的混凝土配合比是正确的,但许多施工单位和搅拌站专业的设备如膨胀剂计量装置,施工人员就用斗代秤加料,凭自己的感觉掺入膨胀剂,这样往往就造成了实际的配合比与实验室不符。例如实验室掺入UEA12%,实际施工中却只掺10%,膨胀剂起不到应有的作用,混凝土不能实现补偿收缩的效果,最终造成开裂。因此在实际施工中必须加强膨胀剂掺入比例的监理控制工作,使得配合达合乎施工规范。
(四)延长拌合的时间
实际施工中补偿混凝土的拌合时间应当比普通混泥土时间要长,大约要多40秒钟。这么做是为了使膨胀剂和水泥更好的融合,提高它的均质性,保证混凝土和工程的质量。不掺膨胀剂时,混凝土是否均匀在表面上看不出,但掺膨胀剂后,由于膨胀剂在混凝土中分布不均匀,必然会因膨胀不均匀而引起开裂。有的工地预留掺膨胀剂的混凝土试块在养护过程中有的发生开裂,显然是因该部分拌和物含有过多膨胀剂。
结束语
近年来,混凝土膨胀剂得到了广泛应用,膨胀剂在各种抗裂防渗透工程应用方面取得了良好的经济和社会效益。但随着用量的增大,补偿收缩混凝土工程裂渗事故有随用量激增而增多之势,这是由于部分施工与技术人员对膨胀剂及其使用不够了解,思想上存在一定的误区造成的。因此要解决补偿混凝土裂缝问题,就要工作人员了解膨胀剂,同时做好补偿收缩混凝土的设计与施工管理。
为解决混凝土裂缝问题,提高混凝土抗裂、抗渗能力,设计、材料、施工等方面都采取各种技术措施,就材料而言,国内主要采用掺加膨胀剂以解决混凝土裂缝问题和提高抗渗能力,如何确保混凝土膨胀剂在抗渗混凝土中有效应用,根据工程实践,掌握抗渗、抗裂补偿收缩混凝土的膨胀机理,控制好材料、配比、施工环节的管理。
一、补偿收缩混凝土的抗裂、抗渗机理
补偿收缩混凝土的膨胀剂能够在混凝土拌制的过程中与水泥、水拌和后经水化反应生成钙矾石(C3A・3CaSO4・32H2O),使混凝土产生体积膨胀,在一定的配筋和邻位的约束条件下,能使混凝土内部建立0.2~0.7MPa的预压应力,这一预压应力可大致抵消混凝土在硬化过程中产生的收缩应力,从而使结构不裂或把裂缝控制在无害裂缝(有防水要求,缝宽小于0.2mm)的范围内,对混凝土所产生的体积收缩起到补偿作用。膨胀剂在水化过程中形成钙矾石(C3A ・3CaSO4 ・32H20)为膨胀源,这种膨胀结晶是稳定的水化物,填充于毛细孔缝中,使大孔变小孔,使总孔隙率减小,从而增加混凝土的密实性,这是补偿收缩混凝土的抗渗原理。
补偿收缩混凝土的工作原理:当砼膨胀时,砼中的钢筋对它的膨胀产生限制作用,钢筋本身也因与砼一起膨胀而产生拉应力σs,同时砼中产生相应的压应力σc。
当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时,则
Ac・σc=As・σs=As・Es・ε2
设 μ=As/Ac则σc=μ・Es・ε2
式中:σc--混凝土预压应力,MPa; As--钢筋截面积; μ--配筋率,%; Ac--混凝土截面积; Es--钢筋弹性模量,MPa; ε2--混凝土的限制膨胀率(也即钢筋伸长率)%。
由上式可见,σc与ε2成正比例关系,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。
因此,混凝土中通过添加膨胀剂可大幅提高抗渗等级,确保其满足抗渗、抗裂的要求。
二、控制混凝土膨胀剂的品质,掌握膨胀混凝土的膨胀规律。
混凝土膨胀剂作为克服混凝土收缩开裂的一种外加剂,衡量其性能的主要指标是膨胀的大小和转入空气中的回缩落差,因此膨胀剂的优劣直接影响混凝土的补偿收缩能力,而且直接关系到工程质量。
掺混凝土膨胀剂能否达到补偿收缩的要求,还应掌握其膨胀特点:①对水泥品种适应性,试验表明,用矿渣水泥内掺10%膨胀剂14天限制膨胀率达0.026%,用普通水泥内掺10%膨胀剂14天限制膨胀率达0.013%,转入空气中180天的收缩值为-0.011%,而矿渣水泥早期膨胀与转入空气中的收缩叠加起来未出现负变形,说明膨胀剂在矿渣水泥中配制补偿收缩混凝土效果好(也可普通水泥加矿粉)。②膨胀剂在混凝土中经水化反应生成较多的结晶水化物钙矾石(C3A ・3CaSO4 ・32H20)使混凝土产生较大的膨胀,这就是混凝土养护需要足够水分的原因。经不同养护条件对混凝土膨胀效能的试验表明,试件在7天龄期时,由于试件全部浸在水中,其限制膨胀率相差无几,7天后,因空干养护水份不足,其限制膨胀率随龄期增加出现负增长,并且加快。而湿养试件,其最高限制膨胀量一般在28天达到最高,超过28天龄期,仍呈微膨胀趋势;7天后自然养护(模拟现场每天浇水2次),由于早期得不到充足的水份,混凝土试件的限制膨胀率在3天就出现负增长。
三、合理设计配合比
抗渗、抗裂补偿收缩混凝土的设计原则为采取有效的技术措施和可靠的工程经验,降低水化热,控制混凝土的早期温度、提高混凝土的和易性、减少泌水性、减少气泡含量、减少混凝土的早期收缩(主要是塑性收缩和自收缩)裂缝和减少混凝土的干缩。选择原材料方面:优先选用抗裂效果好的膨胀剂;优先选用收缩较小、低碱的普通硅酸盐水泥;掺入缓凝型的复合外加剂,推迟放热峰值出现的时间,降低温峰值;胶凝材料体系设计,在保证一定胶凝材料总量前提下,通过降低水泥用量,并掺加一定数量的矿物掺合料,降低水化热。
四、抗渗、抗裂补偿收缩混凝土拌制及运输
由于加入膨胀剂,抗渗、抗裂补偿收缩混凝土搅拌时间应延长至少30S,防止膨胀在混凝土中因分布不均匀导致膨胀不均匀开裂。生产安排要保证施工的连续性,且混凝土浇筑过程中不出现冷缝为准,同时运输过程中不得出现离析现象。
五.抗渗、抗裂补偿收缩混凝土的浇筑
1底板的浇筑:根据伸缩缝或后浇带的位置分块浇筑,浇筑时应由一侧向另一侧,或由中间向两侧或由两侧向中间,单独一块底板应一次浇筑完成,不留施工缝。浇筑方式应采用斜向赶浆法。插入式振动捧插入方法应采用交错式或平行式,但不能混用,插入间距不大于450mm,在浇筑底板与墙板连接部位时,应在底板浇筑完成后稍停0.5-1小时,待沉实后方可浇捣墙板连接部,且在搓平时此处不能用力刮空,避免在连接处出现烂脖子现象。
2墙板的浇筑:应按底板的分块分别浇筑。浇筑时从中心部位相对依次分层均匀浇筑,每层浇筑高度300-400mm,其目的是使模板均匀受力,防止模板向一侧倾斜。振捣时振动捧的间距应不大于450mm,振动时间为30秒左右,同时注意观察被振捣混凝土表面的气泡是否排光。墙板应一次浇捣完,避免留设水平施工缝,严禁留设垂直施工缝。
3顶板的浇筑:其顺序及操作工艺同底板。
4预埋套管、预留孔位置混凝土的浇筑:一般采用相同等级的细石混凝土浇筑,且应在其底部开设浇筑振捣孔,以利于排气及浇捣,浇筑后再将孔预以封闭。
六、抗渗、抗裂补偿收缩混凝土的养护
养护对其抗渗抗裂性能影响极大。特别浇筑后14d水泥硬化速度快,水化生成钙矾石将毛细孔堵塞,切断毛细通道,使水泥石致密,强度和抗渗性能迅速提高,强度增长几乎可达28d强度的80%,14d后水化变慢,强度增长趋缓,因此在混凝土浇捣完毕,完成收水后应覆盖浇水养护,养护时间不少于14d。有条件的地方底板及顶板以蓄水养护,墙板以喷淋养护为最佳。
七、施工缝的留设及后浇带混凝土的施工
1施工缝的留设:底板、顶板以橡胶止水带或后浇带分块一次浇筑完成,一般不得留设施工缝,底板与墙板之间施工缝,宜留设在高出底板上表面200-300mm以上的墙上。同时,如墙上设有套管或孔洞时,则施工缝应设在距套管或孔洞不少于300mm处,施工缝的留设多样,一般留设凹缝,且渗水线路较长,墙板一般不留设施工缝,如必须留设,则应留在结构变形接缝处或后浇带处。
Abstract: combining the shanxi sports center stadium project examples, this paper introduces the concrete construction of the compensation to ring stand comprehensive technology.
Keywords: ring to stand, compensation shrinkage, concrete engineering, comprehensive technology
中图分类号:TU528 文献标识码:A文章编号:
山西体育中心体育馆,建筑面积27220m2,该工程东西长170m,南北最宽处110m,坐席数8102席,主馆中间为90×50m比赛场地,最长环向长度可达420m。混凝土设计强度等级为C30。看台设计在场内四周环形设计,除柱外全部采用补偿收缩混凝土。且环向看台结构较薄,又超长, 没有可供自由伸缩的两端部,且底部有桩基和支撑柱,缺少可供滑移的条件,对裂缝控制尤为不利。由于看台结构防水要求高,采用补偿收缩混凝土是集结构承重和防水于一体,可有效满足体育场、馆看台的防水和承重需求。
一、施工特点
1、混凝土试配时掺加UEA混凝土膨胀剂,使混凝土产生适量的微膨胀,以补偿混凝土的收缩。膨胀剂具有低碱、高效、后期膨胀较小、强度增进较大的特点,在配置微膨胀混凝土中可抑制碱骨料反应,对混凝土的长期耐久性有利,抗渗防水效果良好。
2、设计钢筋混凝土采用有限元温度应力计算,配置温度筋。
3、施工中通过增设补偿收缩混凝土加强带的方法,实现无缝施工技术。
4、看台混凝土浇筑时采取一系列控制措施,有效控制了裂缝的产生。
二、施工工艺流程及操作要点
1、施工工艺流程
加强带的划分微膨胀混凝土的配置微膨胀混凝土搅拌微混凝土的输送微膨胀混凝土的浇注微膨胀混凝土的养护
2、操作要点
2.1、加强带的设置及浇筑方法
体育中心体育馆工程看台属超长结构,为了防止砼收缩和温差产生裂缝,原设计留置八条后浇带,从保证工程质量和满足建设单位工期要求等方面综合考虑,我们通过调研考察,并与设计、监理单位协商,在看台施工中采用了补偿收缩砼并设膨胀加强带的方法,实现了无缝施工。原设计后浇带宽800mm,现改为2500mm宽的加强带,内掺膨胀剂,其原理是通过补偿收缩砼的膨胀效应以抵御砼产生的收缩裂缝和温度裂缝。环向看台砼浇筑顺序:连续式---膨胀加强带混凝土与两侧混凝土同时浇筑;间歇式---膨胀加强带混凝土与一侧相邻混凝土同时浇筑,而另一侧是施工缝,这样连续循环施工,避免留设后浇带,从而实现了无缝施工。
2.2、补偿收缩混凝土试配
1)、膨胀剂的掺量
环向看台结构,板厚度较薄,且处于露天状态,受环境影响较大,因此需对砼裂缝严格控制。混凝土配置时膨胀剂掺量需根据图纸设计中对不同结构部位的限制膨胀率指标要求,采用实际工程使用的材料,经试验室进行配合比试配后确定。并在浇筑地点制作限制膨胀率试验的试件,用于进行限制膨胀率试验。
2)、混凝土坍落度
根据理论和实际经验,补偿收缩混凝土的凝结时间略快,塌落度偏低、塌落度损失略大。膨胀剂掺量一定条件下,混凝土的坍落度越大,混凝土的膨胀率越小。故采用泵送混凝土时,要控制好混凝土坍落度。根据泵送要求,经试验,确定坍落度控制在140~160mm之间。
2.3、补偿收缩混凝土搅拌
严格控制搅拌时间,确保混凝土拌合物均匀。及时测定砂、石的含水量,以便及时调整混凝土级配,严禁随意增减用水量。
2.4、补偿收缩混凝土的输送
混凝土搅拌完成后,采用地泵或汽车泵直接泵送到至作业面,以确保将混凝土规定时间内运至浇筑地。混凝土塌落度损失较大时,掺入适量减水剂恢复塌落度,对强度和膨胀效果几乎没有影响。
2.5、混凝土的浇筑
2.5.1、在浇筑混凝土前,模板及钢筋上的杂物、泥土和钢筋上的油污等,清洗干净,模板浇水湿润,但其底部不能有积水现象。
2.5.2、看台区域混凝土浇筑时,采用自下而上分段浇筑。浇筑及振捣看台密肋梁和看台踏步板的混凝土时,为防止混凝土拌合物沿密肋梁一侧吊模模板底部翻涌漏浆,纵向看台密肋梁与踏步板衔接部分(高度取踏步板,上表皮标高以下范围内)混凝土同时浇筑。
2.5.3、对于预留插筋或预埋管件(如看台侧面的通风管)应采取固定措施,浇筑时不得碰撞,保证其位置正确,浇筑后再复查其位置,在砼终凝前进行校正。
2.5.4、混凝土振捣不宜多振,也不得少振和漏振,振捣时间为10秒至30秒。混凝土表面随振捣随按标高线抹平,混凝土浇筑后适时进行三次以上的抹面,最后一遍在混凝土表面收水时完成,以减少表面塑性裂纹,混凝土强度未达到1.2MPa前严禁上人。
2.6、混凝土的养护
看台板混凝土浇筑完毕后,应立即采用塑料薄膜覆盖并定时洒水对混凝土进行养护,保证混凝土水化作用所需要的湿度条件,使混凝土在不缺水的情况下进行养护。在高温条件下施工时,应加强养护;当日平均气温低于5℃时,看台表面用塑料薄膜加阻燃棉被加彩条布养护,不得浇水。这样既可减少温度产生的裂缝,也可降低由于混凝土的收缩而产生的约束应力,有效控制裂缝。
三、质量控制要点
1、应符合国家标准《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204-2002中的有关条文规定。为此,工程技术人员应根据工程具体情况,编制分项施工方案,向施工人员进行技术交底,贯彻执行上述规范中的条文。
2、原材料的质量应符合相关规范要求,并按规定检测,计量准确,误差应控制在规范容许的范围内。应注意搅拌均匀,加强均匀性检测,膨胀剂掺量的均匀性标准按离差系数值控制。
表7.2
中图分类号:TU92
文献标识码:B
文章编号:1008-0422(2009)12-0120-02
1引言
现代建筑物正朝着大底盘、超长超高、结构更复杂的方向发展,施工技术也在不断地发展,如以膨胀加强带取代后浇带以实现超长结构的无缝施工是一项近年来兴起且广泛应用的建筑施工新技术,它在预防地下室渗漏、减少施工工期、降低造价等方面作用明显,因此,对加强带补偿收缩混凝土设计与施工技术进行分析探讨具有极强的理论和现实指导意义。
2工程概况
湖南永泰房地产开发有限公司开发的山水庭院一期工程项目,框剪结构,地上11层(共分六栋),地下2层,总建筑面积63391.91m2,其中地下室负2层长155.5m,宽58.2m,底板厚50cm,负一层长133.5m,宽68.6m,底板厚45cm,设计混凝土强度等级为C30,抗渗等级为P6。
由于考虑楼盘交付时间的要求,施工工期较短,按原设计底板留置后浇带的施工方案会增加施工成本及延长工期,经开发商、设计、监理、施工四方研究论证,在保证工程质量的前提下,决定采用“间歇式”无缝施工的技术方案。
3取消后浇带的理论依据分析
根据原设计意图,此后浇带设置是为了释放部分混凝土的收缩和变形,属于伸缩后浇带。根据《建筑物裂缝控制》中提出的混凝土裂缝间距计算公式:
式中,H――板或墙的计算厚度或高度(mm);
――混凝土的极限拉伸(×10-4);
E――混凝土的弹性模量(×104MPa);
C――地基对混凝土的约束系数(N/mm);
α――混凝土的热膨胀系数(1×10-5/℃);
T――综合温差(℃);
arcch――双曲余弦的反函数。
由上式可知:伸缩缝间距设计的重要影响因素是混凝土的温差和收缩值变形。一般总是αT大于,如果我们采取措施,使趋近于
,则式中arcch值∞,可无需设置伸缩缝,这就要降低混凝土温差和收缩值,或提高混凝土的极限拉伸。于是,采用微膨胀混凝土是一种有效的技术途径。
研究表明:膨胀混凝土的主要变形有冷缩率St、干缩率Sd、受拉徐变率Ct、极限延伸率Sk、混凝土的限制膨胀率,其中,St及Sd是有害变形,Ct及是有益变形,当D=-(St+Sd-Ct)≤Sk时,混凝土处于受压状态不会产生裂缝。
掺有UEA-y的钢筋混凝土在硬化过程中混凝土产生一定的膨胀,钢筋约束混凝土的膨胀而受拉,而混凝土未充分膨胀受压,钢筋拉力与混凝土的压力相互平衡。
设为混凝土预压应力(MPa)、As为钢筋截面积、μ――配筋率(%)、Ae为混凝土截面积、Es为钢筋弹性模量(MPa)、为混凝土膨胀率,则有Ae・ =As・ = As・Es・
,即=μ・Es・ 。
可见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。这样膨胀加强带的自应力增大,对温度收缩应力补偿能力也增大,从而防止了超长结构的开裂。限制膨胀率随着UEA-y掺量的增加而增加,可以通过调整UEA-y的掺量使混凝土获得不同的预压应力。
4补偿收缩混凝土抗裂计算
4.1混凝土中心最高温度计算
Tmax=(W1Ql+W2Q2+ W3Q3)/rhC(2)
式中:W1、W2、W3分别为单方混凝土、水、UEA-y、粉煤灰用量,见表1。
Q1、Q2、Q3分别为上述材料的水化热,相应取值为320、300、150kJ/kg。
rh――混凝土容重,取2400kg/m3;
C――混凝土比热容,取0.96kJ/kg℃。
计算Tmax =(288×320+35×300+50×150)/2400÷0.96=47.8(℃)
混凝土底板沿长度方向的散热可以忽略,只考虑沿高度方向一维散热,散热系数取0.6,则水泥水化热引起的温升值T1=47.8×0.6=28.7℃,混凝土的平均入模温度T2=22℃,预计混凝土中心最高温度T3= T1+ T2=28.7+22=50.7℃。
4.2混凝土极限拉伸率计算
C30混凝土Rt=2.0MPa,配筋率μ=0.56%,钢筋直径d=16mm
=0.5Rf(1+ /d)×10-4
=0.5×2.0×(1+0.56/1.6)×10-4
=1.35×10-4
徐变使混凝土极限拉伸增加,提高了混凝土的极限变形能力。计算混凝土的实际极限拉伸率Sk= (1+0.5)=2.03×10-4。
4.3温差变形率计算
施工期间预计环境温度平均为T4=20℃
混凝土结构在升温时内部产生压力,而降温过程中产生拉应力,由于混凝土受到钢筋和基础约束,取约束系数R=0.6。最不利的情况是,设混凝土中心最高温度降至环境温度时,产生冷缩最大值为:
St=1.0×10-5×(T3- T4)×R=1.84×10-4
4.4计算干燥收缩率
Sd(t)=3.24×10-4 (1-e-0.01t)m1m2…mn
式中的m1m2…mn为影响因素,t为时间。
水泥品种:m1=1.00;水泥细度:m2=1.20;骨料:m3=1.00;水灰比:m4=1.10;
水泥浆量:m5=1.20;养护时间:m6=1.10;环境湿度:m7=0.90;约束:m8=0.6
代入公式得:Sd(28)=0.75×10-4。
4.5混凝土的限制膨胀率
考虑试验室与施工现场养护条件的差别,本工程混凝土的限制膨胀率设计值 =2.9×10-4。
4.6混凝土最终变形值
补偿收缩混凝土最终收缩变形D=- St- Sd =2.9×10-4-1.84×10-4-0.75×10-4=0.31×10-4
由于混凝土最终变形为正,混凝土呈受压状态,所以混凝土不会开裂。
5地下室底板超长结构加强带设置
加强带设计原理是在结构收缩应力最大的地方给予相应的膨胀应力补偿。本工程具体做法,UEA-y加强带底宽2m,上宽2.4m,带的一侧为台阶型,带之间增加1/3的水平构造钢筋,带的两侧分别铺设密孔铁丝网,防止小膨胀混凝土流入加强带。加强带的混凝土采用C35/P8,施工缝应凿毛清冼干净,用掺UEA-y=13%的混凝土浇入加强带,随后用小膨胀混凝土浇注带外地段,见图1、图2。
6补偿收缩混凝土混凝土配合设计
本工程地下室有汽车停车场、配电房,且面积较大,绝对不能有漏水。混凝土应有足够的补偿收缩性能,故选用三掺技术来设计该工程混凝土配合比。
6.1原材料选用
(1)水泥:采用散装32.5级普通硅酸盐水泥,水泥7d水化热不大于270kJ/kg,C3A含量在8%以下,3d强度19.2MPa,28d强度39.2MPa。
(2)砂:采用本地质地坚硬,级配良好的天然河砂,细度模数为2.6~2.8,含泥量不大于l%,能有效地减少用水量,水泥用量也可相应减少,降低了混凝土温升并减少了混凝土的收缩。
(3)石子:采用本地5~40mm连续级配的机制碎石,含泥量不大于1%,针片状含量不大于10%,空隙率少于40%。
(4)UEA-y高效膨胀剂:可在结构中建立 σc=0.2~0.7MPa的预压应力,来补偿混凝土在硬化过程中产生的收缩引起的拉应力。
(5)粉煤灰:选用I级灰,细度为10%,烧失量2.5%,28d抗压强度比78%,由于粉煤灰的火山灰活性作用,孔的细化作用,内核作用和、吸附作用,可以提高混凝土的力学性能与耐久性,并改善混凝土的和易性。
(6)木质素磺酸钙:降低单方混凝土的用水量,减少混凝土干缩量,轻微引气能提高混凝土的抗渗性能,对耐久性有利。在木质素磺酸钙溶液中加入硫酸盐活性激发剂,能加速粉煤灰的火山灰反应。
6.2施工配合比的确定
混凝土单方水泥用量越大,用水量越多,则收缩变形越大。掺人微引气的减水剂不仅使混凝土的和易性明显改善,同时又减少了约8%左右的拌合用水,减水后使混凝土回缩量减小。
混凝土骨料中的砂采用中砂,根据有关资料及试验表明:当采用细度模数为2.8、平均粒径为0.381的中砂,比采用细度模数为2.1、平均粒径为0.336的细砂,每1m混凝土可减少用水量20~25kg,水泥用量可相应减少25~35kg。
在配合比设计时,考虑掺加适量的I级粉煤灰及高效膨胀剂,用适量I级粉煤灰取代水泥,可使水泥的颗粒级配更加合理化。在I级粉煤灰的微填充效应和形貌效应作用下,能使混凝土水单方用量适当减少,加上I级粉煤灰的自生收缩是膨胀变形,这对混凝土抗裂是有利的;掺加一定量的高效膨胀剂来补偿混凝土收缩引起的拉应力。
通过试验室六个配合比各项性能的综合评价,确定了施工配合比,见表1、表2。
混凝土拌合物和易性好,不离析,不泌水,混凝土强度、膨胀率均达到试配要求。
7地下室底板超长结构加强带混凝土施工工艺
7.1混凝土搅拌及运输
施工现场采用750自落式搅拌机一台,砂、石、水、减水剂电子计量,水泥、UEA-y、粉煤灰由专人计量投放,混凝土搅拌采用减水剂后掺法,搅拌时间为2min,坍落度严格按设计要求控制在4.0~6.0cm,定时检测混凝土坍落度,间接控制水灰比。当砂、石含水率发生变化时,及时调整施工配合比,使混凝土的工作性能达到最佳状态。
混凝土运输采用拖拉机水平运输、塔吊垂直运输相结合。
7.2混凝土浇筑及养护
由于南边围护发生问题,I加强带改为“Z”字型。底板浇筑后进行两次压面再进行表面拉毛,以消除混凝土沉降裂缝及表面塑性收缩微裂缝。
混凝土表面具体处理程序:初凝前一次抹压临时覆盖保湿养护混凝土终凝前1~2h掀膜两次抹压覆盖保湿养护。混凝土终凝后设专人浇水养护,保证混凝土表面潮湿状态,养护时间10~14d。
7.3混凝土施工质量评价
由于各部门积极配合,工程进展顺利,底板混凝土浇筑完成至今已有3年多,未发现裂缝和渗漏现象,底板试块留置41组,平均强度34.8MPa,最小值为30.2MPa,混凝土立方体抗压强度的标准差Sfcu=2.86。
8结语
通过以上工程实践表明,地下室底板超长结构不设后浇带采用补偿收缩混凝土加强带是可行的,补偿收缩混凝土配合比应综合考虑混凝土的强度及限制膨胀率两个指标,以满足工程要求。加强带处应考虑结构收缩应力的构造筋,利用三掺技术,可明显改善混凝土的性能,提高混凝土早期抗裂能力,加快施工速度,缩短工期,降低造价。
参考文献:
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑丁业出版社,2002.
[2]中国建筑材料科学研究院.超长钢筋混凝土结构无缝设计与施工.1999.