膨胀混凝土加强带在超长混凝土结构中的应用

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摘　要:在超长混凝土结构施工中使用后浇带技术会给施工带来很多的不便,如果在某一工程中采用膨胀混凝土加强带技术则可以消除这些问题,并可增强混凝土的强度,加快工期。

关键词:膨胀;超长混凝土结构;后浇带;混凝土;加强带

在工业与民用建筑结构中,一般现浇的连续墙式结构、地下构筑物及设备基础等是容易由温度收缩应力引起裂缝的结构,这类工程均以永久伸缩缝或施工缝来释放温度应力。但留伸缩缝不仅麻烦,而且容易漏水并对抗震不利。目前,通常在一些重大工程中采用临时性的伸缩缝即后浇带(后浇缝)的办法来控制裂缝,这种缝根据具体条件,保留一定时间后,再进行填充封闭,后浇成连续整体的无伸缩缝结构。设置后浇带能部分的解决施工过程中结构的沉降差,同时将混凝土在浇筑前期由于水泥水化热升温膨胀后,在降温过程中产生的拉应力予以消散。然而,在实际施工操作过程中,后浇往往带来一些问题。

1　后浇带在施工中存在的问题

1.1　留于基础底部结构的后浇带,将历经整个结构施工过程,直至结构封顶,对于高层建筑需要几个月甚至几年的时间,在这段时间内,后浇带中将不可避免地落进各种各样的垃圾杂物,由于底部结构钢筋较粗较密,使得清理工作非常艰难。

1.2　后浇带贯穿整个地下、地上结构,所到之处遇梁断梁,遇板断板,给施工带来很多不便,影响施工进度。

1.3　在后浇带灌充混凝土前,需将两侧混凝土凿毛,施工非常困难,而有些结构混凝土与后浇带混凝土浇筑时间间隔数月,新老混凝土的粘结强度很难保证,又由于浇筑时间差,造成这些结构的混凝土的干缩大部分已于后浇带灌充前完成。因此,后浇带混凝土的干缩极易在新老混凝土的连接处产生裂缝。设置施工后浇带的初衷是防止混凝土裂缝的产生,而后浇带处理不好却人为地在每条后浇带处造成两条贯穿裂缝,引起漏水。

2膨胀混凝土加强带的应用

如果取消或尽早灌充后浇带混凝土,将基本上克服这些诸多困难,给施工带来很多便利。采用以膨胀混凝土加强带取代后浇带的连续浇筑无缝施工技术,通过在某工程的应用,不仅消除了这些问题,还增加混凝土的密实度,提高了混凝土的强度及抗裂、防渗性能。同时缩短工期,效果显著。

2.1　工程概况

工程设计为地下室二层结构,地下停车库平面尺为100×120m,底板厚度500mm,侧墙厚度300mm,顶板厚度400mm,工期很紧张。为加快工程进度,提高工程质量,减少因后浇带设置而产生施工不便,对顶板采用以高效CSA膨胀加强带取代后浇带,实施长结构连续无缝施工,这种高效CSA膨
胀剂采用以无水硫铝酸钙为主要矿物的熟料,配入适量的石膏制成的,因此碱含量极低(R2O≤0.3%),不会对混凝土产生任何碱害。

2.2　抗裂分析

2.2.1　温升顶板设计强度为C40,配合比设计使用42.5等级普硅水泥,由于水化热引起混凝土内部绝热温升:
Tmax=W3Q/(γ3C)式中Tmax———绝热温升(℃),是指在结构四周无任何散热条件、无任何损耗的条件下,水泥与水化合后产生的反应(水化热)全部转化为温升的最高温度;
W———每立方米混凝土中水泥的实际用量(kg/m3),取450kg/m3;
Q———水泥水化热(J/kg),其28天的水化热为450.16×103;
C———混凝土的比热,J/(kg3℃),取0.96×103J/(kg3℃);
γ———每方混凝土的重量(kg/m3),取2450kg/m3。
则混凝土水化热引起混凝土内部绝热温升为:
Tmax=450×450.16×103/(0.96×103×2450)=86.1℃
考虑到顶板为表面二维散热,散热系数为0.3—0.4,则由水化热引起的温升值T1=0.4TmaxT1=0.4×86.1=34.4℃
这个工程施工期间的气候为20—25℃,取其平均差值T2=(25-20)/2=2.5℃

2.2.3　最大冷缩值
混凝土的最大冷缩值为:εmax=а(T1+T2),
а为混凝土线膨胀系数1.0×10-5εmax=1.0×10-5×(34.4+2.5)=3.69×10-4

2.2.4　混凝土收缩值
混凝土1个月后收缩值ε1可按下面经验公式计算:
εy(t)=3.24×10-4(1-e-0.01t)m1m2……m10,式中m1m2……m10为各种因素影响系数。在这里只考虑水灰比和环境湿度 影响,取m4=1.21,m7=1.13则ε1(30)=3.24×10-4(1-e-0.01×30)×1.21×1.13=1.15×10-4

2.2.5　混凝土的极限拉伸值
混凝土的极限拉伸εp,考虑配筋和徐变影响,按下式计算:
εp=0.5Rf(1+P/d)×10-4,其中Rf为抗裂设计强度,P为配筋率,d为钢筋直径,设配筋率0.4,钢筋直径为20mm, Rf取2.0
εp=0.5×2.0×(1+0.4/2)×10-4=1.2×10-4
考虑混凝土的徐变影响,偏安全地假设为单性极限的0.5倍,则混凝土最终极限拉伸:
εp=(1+0.5)1.2×10-4=1.8×10-4

2.2.6　混凝土的最终变形值
则混凝土的最终变形:D=Σi-ε1-εmax(Σi为单位混凝土加HEA膨胀剂后的补偿收缩变形量,取4.10×10-4) D=(4.10-1.15-3.69)×10-4=0.74×10-4
由于混凝土的最终变形D=0.74×10-4小于极限拉伸εp=1.8×10-4,所以混凝土不会开裂,可以实施超长结构无缝施工。

3　膨胀加强带的设置

3.1　膨胀加强带要求设置在混凝土收缩应力发生的最大部位,一般也就是长度方向的中间位置,在顶板长度和宽度方向上各每间隔30m设一条加强带,带宽1.5m,带的两侧上下层钢筋之间设置Ф6mm钢丝网,网格尺寸为35×35mm,两端分别绑扎在上下层钢筋上,将带内混凝土与带外的分隔开。

3.2　膨胀加强带外混凝土设计强度为C40,CSA掺量为10%(等量替换水泥),带内混凝土设计强度为C45,CSA掺量为12%(等量替换水泥)。带内的比带外的强度提高5Mpa是为提高膨胀加强带的抗拉强度,防止混凝土在最易开裂的部位开裂,带内掺CSA量比带外混凝土CSA提高
2%,从而提高最易开裂部位的混凝土的膨胀率,消除该部位混凝土内的拉应力,避免开裂。

见图1:

图1　顶板膨胀加强带示意图

4　施工的技术控制

4.1　原材料计量

计量是保证防水混凝土质量非常重要的环节,尤其是膨胀剂及水的计量。膨胀剂的掺量影响到防水效果,水加量过大不仅影响混凝土的抗渗性能,而且会造成混凝土的水化热及收缩加大、强度下降。所以原材料都必须经过准确计量后才能投入搅拌机。412　加强养护CSA加入普通混凝土中,生成大量的钙矾石,出于钙矾石具有填充、切断混凝土毛细管孔隙的作用,使大孔减少,总孔隙率降低,因而具有增加混凝土的密实度、提高混凝土强度、增强抗渗性和抗冻性等作用。为确保膨胀剂效能的充分发挥,混凝土浇注后必须采取切实可靠的保温、保湿养护措施进行充分的养护。

5　结　论

这个工程采用膨胀混凝土加强带取代后浇带的连续浇筑超长混凝土结构,施工很便利,比预计工期提前了20天,在后期的施工和使用中没有发现裂纹,经检测混凝土结构的强度、抗裂防渗性能都得到了提高。因此,在超长混凝土结构施工中使用膨胀混凝土是一种切实可行的方法,具有一定的经济效益和社会效益。



参考文献:
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制[M].北京:中国建筑工业出版社,1997.
[2]冯浩,朱清江.混凝土外加剂工程应用手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2005.

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