膨脹加強帶代替后澆帶在超長混凝土結構施工中的應用

曹國祥

混凝土膨脹加強帶是一種采用比正常澆筑混凝土高一強度等級的膨脹混凝土（添加一定比例的膨脹劑），設置在建筑物混凝土收縮應力發生的最大部位，來增加混凝土的密實度，提高連續澆筑混凝土的強度及抗裂、防滲性能的超長混凝土整澆澆筑技術[1]。

我公司承建的京滬高鐵南京南站北廣場工程為一層地下混凝土超長結構，呈扇形，東西向長395.6m，南北向135m，總建筑面積約40515m2，設計有多條后澆帶，將整個地下室分為18個區塊。工程自2011年3月10日初開工，為確保京滬高鐵南京南站2011年6月30日開通，主體結構必須于6月10日前完成，工期僅91天，如果按常規后澆帶組織施工，將無法滿足工期要求。為此，有必要采用膨脹加強帶代替后澆帶進行施工。

1 膨脹加強帶代替后澆帶的基本原理

1.1 補償收縮混凝土裂縫控制的基本原理

依據《補償收縮混凝土應用技術規范》規定，其澆筑長度可延長到60m以上。補償收縮混凝土的工作原理如圖1所示。當混凝土膨脹時，混凝土中的鋼筋對它的膨脹產生限制作用，鋼筋本身也因與混凝土一起膨脹而產生拉應力σs，同時混凝土中產生相應的壓應力σc。

當鋼筋拉應力與混凝土壓應力平衡時，則

式中：σc—混凝土預壓應力，MPa；As—鋼筋截面積；μ—配筋率，%；Ac—混凝土截面積；Es—鋼筋彈性模量，MPa；ε2—混凝土的限制膨脹率(也即鋼筋伸長率)，%。

由上式可見，σc與ε2成正比例關系，而限制膨脹率隨膨脹劑摻量的增加而增加，所以，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。

補償收縮混凝土在養護期間的膨脹可補償部分后期的收縮，其收縮落差比普通混凝土少30%左右，一般小于極限拉伸變形Sp，若大于Sp開裂。由于補償混凝土干縮開始時間往后推遲，此期間混凝土的抗拉強度得到長足的增長，抵抗混凝土干縮所產生的拉應力，故可以避免有害裂縫。

1.2 膨脹加強帶設計基本原理

從圖2中可以看出，超長混凝土結構使用普通混凝土的溫度收縮應力曲線為ABCDE，其中σ從兩邊向中間增長到B、D兩點時，σ≥ftk（混凝土抗拉強度），開始發生開裂，釋放能量；僅采用小摻量膨脹劑的膨脹混凝土進行澆筑的超長混凝土結構，能夠抵消部分溫度收縮應力，其收縮應力曲線為AFGHE，應力從兩邊向中間隨結構長度的延伸而增長，達到F、H兩點時，σ≥ftk，開始產生開裂，當采用小摻量膨脹劑的膨脹混凝土，并在適當部位局部加大膨脹劑摻量形成膨脹加強帶，對超過長混凝土結構進行疊加式重復補償時，其溫度應力曲線為AIJKE，可以看出沒有達到混凝土抗拉強度所以不會開裂[3]。

2 膨脹加強帶的設計和技術要求

2.1 補償收縮混凝土設計

補償收縮混凝土設計的重點是確定膨脹劑的參量，以獲得合適的限制膨脹率，在結構中建立一定的預壓應力，這一預壓應力可補償混凝土在硬化過程中產生的溫差和干縮的拉應力，防止混凝土開裂。根據《混凝土外加劑應用技術規范》GB-50119、《補償收縮混凝土應用技術規程》JGJ/T178等相關規范的要求，在征求相關專家、設計人員意見的的基礎上，確定混凝土設計限制膨脹率如表1所示，結合南京原材料情況及不同結構部位，具體建議配合比如表2所示。

表1 混凝土限制膨脹率（×10-4）

表2 混凝土配合比

根據攪拌站試配，最終確定配合比如表3所示，大量實驗表明礦粉大多情況下會增大混凝土的自收縮，因此對于側墻結構的混凝土不適宜加入礦粉。粉煤灰的使用不僅會降低混凝土收縮，還可降低混凝土水化熱，因此在各部位均添加部分粉煤灰。

表3 攪拌站提供配合比（kg/m3）

2.2 混凝土實測限制膨脹率

在實際施工過程中，我們現場取樣送檢26批次，各規格混凝土的限制膨脹率均滿足規范和設計要求，具體數據如表4。

表4 各批次混凝土水養14d限制膨脹率技術要求對比

圖3為典型一般部位補償收縮混凝土與膨脹加強帶混凝土實測限制膨脹率數據。可見混凝土在鋼筋限制作用下依舊可以發揮有效的膨脹作用，并且將膨脹能儲存在鋼筋中。在水養14d后開始干燥，雖然此時混凝土開始收縮，但是在水養階段儲存起來的膨脹能開始發揮作用以抵消后期干燥的收縮作用。在42d齡期時混凝土也未發生明顯收縮作用，這為混凝土結構良好的抗裂性提供了有力保障。

2.3 膨脹加強帶構造

膨脹加強帶設置位置與原設計后澆帶位置相同，寬度2m,先澆筑一側參照施工縫做法設鋼板止水帶；加強帶兩側用密目鋼絲網分割并用鋼筋固定牢固，以防普通混凝土流入加強帶。加強帶的構造見圖4。混凝土澆筑時先澆筑加強帶預留鋼板止水帶一側，再次澆筑時先澆筑加強帶，在澆筑另一側混凝土。

2.4 原材料技術要求

2.4.1 水泥：必須采用滿足《通用硅酸鹽水泥》（GB-175） 要求的42.5P.O或42.5P.II水泥。堿含量在0.6%以內；Cl－含量不大于0.02%；燒失量小于3%；標準稠度用水量不大于27%；C3A≤6%。建議選用早期水化熱較低，比表面積較低（小于350m2/kg）的水泥。避免使用溫度較高的水泥，防止混凝土溫升與環境溫度差幅度過大形成溫度裂縫。

2.4.2 粉煤灰：建議使用滿足《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》 （GB/T 1596） II級以上的粉煤灰。粉煤灰應品質穩定、燒失量低。嚴禁使用高鈣粉煤灰。

2.4.3 礦粉：建議使用S95級以上礦粉。比表面積不大于 500m2/kg，同時不小于 350 m2/kg；Cl－≤0.02%；SO3≤3.0%；燒失量≤2.0%，含水量≤1.0%。

2.4.4 骨料：砂、石各項指標應滿足國家現行標準《普通混凝土用砂、石質量標準及檢測方法》（JGJ52）。砂應采用級配良好的潔凈中、粗河砂、江砂，細度模數≥2.4。石子應采用5-25mm連續級配碎石。

砂石含泥量分別不超過1%和3%，泥塊含量分別不超過0.5%和1%，砂云母含量不大于1%。

2.4.5 膨脹劑：為了有效補償混凝土的收縮，應采用滿足GB23439-2009《混凝土膨脹劑》中Ⅰ型要求限制膨脹率大于2.5×10-4、質量穩定的膨脹劑，本工程使用了江蘇蘇博特新材料有限公司的SBT-HME(III)低堿型混凝土膨脹劑。

2.4.6 減水劑:減水劑應滿足《混凝土外加劑》(GB8076)要求。為了進一步降低混凝土的收縮，建議采用收縮率低的新一代聚羧酸系高性能減水劑，如PCAR聚羧酸高性能減水劑。

2.4.7 水：應盡量采用潔凈的地下水，水的性能指標應符合《混凝土用水標準》 （JGJ63）的規定。

3 施工技術及質量保障措施

3.1 膨脹加強帶施工

3.1.1 膨脹加強帶的兩側需用密孔鋼絲網攔隔，并用鋼筋固定牢固，一般每隔300mm設一根豎向Φ12鋼筋；底板大于600mm時，還應在中間設置水平鋼筋，確保密目鋼絲網不被混凝土沖開，以防止普通補償收縮混凝土混入加強帶。

3.1.2 鋼絲網接頭必須搭接牢固，下口50mm保護層范圍必須封閉，可將密目鋼絲網下口增加80mm翻邊，遇底層鋼筋處剪開，用鋼釘固定在墊層上。

3.2 混凝土質量保證

3.2.1 超長混凝土結構無縫施工關鍵技術在于保障混凝土質量，以達到設計要求的限制膨脹率。要求混凝土配合比計量準確，攪拌均勻，各種原材料必須滿足相關技術要求。

3.2.2 嚴格控制混凝土入模坍落度，施工中嚴禁隨意加水。

3.2.3 要組織好混凝土的供應，加強施工現場的指揮和調度，確保混凝土連續澆筑，防止澆筑時把普通混凝土與膨脹加強帶混凝土相混淆。

3.3 混凝土的澆筑

3.3.1 應根據結構特點和攪拌系統的生產率及具體環境特點以及混凝土的凝結時間，選擇合適的澆筑方法。

3.3.2 應控制混凝土入模坍落度不宜過大，宜控制在14-18cm，澆筑時應注意落差不能過大。

3.3.3 注意嚴防普通混凝土進入膨脹加強帶內，嚴禁混凝土散落在尚未澆筑的部位。

3.3.4 在混凝土澆筑至膨脹加強帶附近時，應注意使振動棒插搗點與密目鋼絲網保持距離不小于30cm，并不得過振。另外在混凝土澆筑、振搗過程中應掌握時間，在接近混凝土初凝前進行二次振搗。

3.3.5 膨脹加強帶澆筑前，應將先期澆筑的混凝土表面按施工縫的要求清理干凈，充分濕潤。尤其是外貼式橡膠止水帶表面必須清理干凈。

3.3.6 混凝土振搗應及時、充分，振搗要密實，不應欠振或過振，澆筑時注意振搗到位使混凝土充滿端頭角落。混凝土振動棒移動間距400mm左右，時間應根據混凝土流動性而定，以15-25S/次為宜。

3.3.7 在表面水基本收干前后，初步用長刮尺刮平，用木抹子磨平搓毛2-3遍，拍打液化混凝土，愈合裂紋；在混凝土終凝前用機械磨光機打磨，進一步減少混凝土表面細紋。

3.4 混凝土的養護

3.4.1 混凝土澆筑后必須進行充分養護；在硬化中須加以保護。

3.4.2 為了避免大面積板式結構混凝土塑性開裂，應在抹面之后混凝土表面開始變干時即開始采取覆蓋薄膜措施進行養護。可以在澆筑完畢抹面之前在混凝土表面噴灑水分蒸發抑制劑以降低水分蒸發抑制塑性開裂。

3.4.3 底板、頂板砼宜采取澆水并薄膜覆蓋養護，同時應保持混凝土表面濕潤；在膨脹加強帶澆筑完畢且凝結抹面之后，采取覆蓋麻袋澆水的方法進行養護，且養護總齡期不應少于14d。

3.4.4 墻體補償混凝土澆筑完成后，可以帶模養護。膨脹加強帶澆筑完畢后，應在頂端設多孔淋水管。達到脫模強度后，可松動對拉螺栓，使墻體外側與模板之間有2mm-3mm的縫隙，確保上部淋水進入模板與墻壁間。直至養護14天后再拆模。

3.4.5 頂板膨脹加強帶處模板及其支撐，須在砼強度達到100%后方可拆除。

3.4.6 組織專門人員負責混凝土的養護工作，并對薄膜完整性及保濕養護情況進行檢查，發現問題及時處理。

4 實施效果

（1）確保工程質量。嚴格按照施工前編制的詳細可行的施工技術方案、施工交底組織施工，主體結構完成至今未發現明顯裂縫和滲漏現象。

（2）縮短施工工期。由于后澆帶一般應在其兩側混凝土澆筑完畢2個月后才能封閉，而采用膨脹加強帶可實現混凝土連續澆筑，施工工期大為縮短。

（3）降低施工成本。由于取消了后澆帶，省去了為保護后澆帶而砌筑的磚墻及預制混凝土蓋板，同時也省去了后澆帶清理的人工開支，減少了模板和支架的占用時間，降低了施工成本。

5 結語

南京南站北廣場工程實踐，進一步驗證了以膨脹加強帶取代后澆帶，可以增強混凝土結構的整體性；有效地提高混凝土結構的抗裂性和抗滲等級；加速工程進度，縮短工期，減少質量缺陷。

[1]王鐵夢.建筑物裂縫控制[M].北京:中國建筑工業出版社,1997.

[2]江正榮,朱國梁.簡明施工計算手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,1999.

[3]王慶春,柳春圃.建筑施工常用數據手冊[M].北京:中國建筑工業出版社,2001.