補(bǔ)償收縮混凝土在某工程中的實(shí)際應(yīng)用

張旭

福建廈門(mén)（361000）

補(bǔ)償收縮混凝土在某工程中的實(shí)際應(yīng)用

張旭

福建廈門(mén)（361000）

這里主要結(jié)合筆者多年工作經(jīng)驗(yàn)，分析了補(bǔ)償收縮混凝土在某寫(xiě)字樓地下室工程中的施工應(yīng)用。

補(bǔ)償收縮混凝土；混凝土；預(yù)應(yīng)力

0 引言

某寫(xiě)字樓建筑面積8萬(wàn)m2,其中地下2.6萬(wàn)m2。工程結(jié)構(gòu)類(lèi)型屬于框筒結(jié)構(gòu)結(jié)合鋼結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)，地下室2層，底板埋深約10.0m，主樓地上32層，混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)C40，抗?jié)B標(biāo)號(hào)P8，屬大體積混凝土。地下室屬于超長(zhǎng)的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)及工程地質(zhì)條件復(fù)雜，施工技術(shù)要求高。除必須滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度、整體性和耐久性要求外，還存在超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)裂縫控制機(jī)結(jié)構(gòu)防水問(wèn)題。如何控制混凝土硬化期間，由于水泥水化過(guò)程釋放的水化熱所產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和混凝土失水干燥所產(chǎn)生的干縮應(yīng)力的共同作用,導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)的開(kāi)裂，破壞結(jié)構(gòu)防水密封性及耐久性,將成為混凝土配合比設(shè)計(jì)、施工技術(shù)的關(guān)鍵。為了提高工程地下室結(jié)構(gòu)的抗裂防滲能力,地下室底板、外墻、頂板及后澆帶均采用SBTJM-Ⅲ(C)低堿型混凝土膨脹劑，配制補(bǔ)償收縮混凝土施工。這里結(jié)合此工程討論如何正確使用補(bǔ)償收縮混凝土。

1 補(bǔ)償收縮原理

目前用來(lái)解釋補(bǔ)償收縮混凝土的基本抗裂原理主要有3種。用膨脹來(lái)抵消全部或部分收縮，這種說(shuō)法容易被誤認(rèn)為混凝土的自由膨脹率大于自由收縮率就可以保證不出現(xiàn)收縮,即混凝土不開(kāi)裂。事實(shí)上,只有自由收縮被限制才會(huì)導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，而自由膨脹率大的混凝土不一定具有足夠的膨脹能來(lái)產(chǎn)生足夠的限制膨脹。第二種解釋是用適量的限制膨脹來(lái)補(bǔ)償最大的限制收縮。這是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期對(duì)膨脹混凝土的實(shí)踐和認(rèn)識(shí)，直到20世紀(jì)60年代才被廣泛接受的補(bǔ)償收縮原理。第三種解釋是用膨脹能概念，不論是補(bǔ)償收縮還是自應(yīng)力，產(chǎn)生這兩種功能的根源均是混凝土的膨脹能。膨脹能產(chǎn)生的限制膨脹用來(lái)抵消干燥、降溫、荷載、結(jié)構(gòu)形式等原因引起的限制收縮。

2 超長(zhǎng)混凝土無(wú)縫施工技術(shù)設(shè)計(jì)原則

出于工期及結(jié)構(gòu)整體性考慮，工程上都不希望留后澆帶，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，使用普通混凝土現(xiàn)澆地下室墻壁等結(jié)構(gòu)時(shí)，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)伸縮縫最大間距僅為20～30m，而使用補(bǔ)償收縮混凝土可延長(zhǎng)澆筑長(zhǎng)度，依據(jù)《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》規(guī)定，其澆筑長(zhǎng)度可延長(zhǎng)到60m以上。圖1為混凝土澆筑長(zhǎng)度與收縮應(yīng)力關(guān)系模型示意圖，其中普通混凝土的收縮應(yīng)力曲線(xiàn)為ABCDE，補(bǔ)償收縮混凝土的收縮應(yīng)力曲線(xiàn)為AFGHE,補(bǔ)償收縮混凝土與膨脹加強(qiáng)帶混凝土聯(lián)合使用時(shí)的收縮應(yīng)力曲線(xiàn)為AIJKE。從圖1中可以看出，當(dāng)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)使用普通混凝土?xí)r，其收縮應(yīng)力σ從兩邊向中間增長(zhǎng)到B、D兩點(diǎn)時(shí)，σ≥ftk（混凝土抗拉強(qiáng)度），開(kāi)始發(fā)生開(kāi)裂，釋放能量，由此表明普通混凝土不能用于澆筑超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)。當(dāng)采用小摻量膨脹劑配制補(bǔ)償收縮混凝土澆筑超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)，補(bǔ)償收縮混凝土產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力能夠抵消部分收縮應(yīng)力，其收縮應(yīng)力從σ兩邊向中間隨結(jié)構(gòu)長(zhǎng)度的延伸而增長(zhǎng)，達(dá)到F、H兩點(diǎn)時(shí)，σ≥ftk，開(kāi)始產(chǎn)生開(kāi)裂，此情況一定程度上降低了開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，增大了混凝土結(jié)構(gòu)連續(xù)澆筑長(zhǎng)度。當(dāng)采用小摻量膨脹劑配制補(bǔ)償收縮混凝土，并在適當(dāng)部位局部加大膨脹劑摻量配制膨脹加強(qiáng)帶，通過(guò)組合膨脹對(duì)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)收縮應(yīng)力進(jìn)行疊加式重復(fù)補(bǔ)償時(shí),其收縮應(yīng)力曲線(xiàn)為AIJKE，理論而言最大收縮應(yīng)力σ小于混凝土極限抗拉強(qiáng)度，可以實(shí)現(xiàn)超長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)無(wú)縫施工。

圖1 混凝土澆筑長(zhǎng)度與收縮應(yīng)力關(guān)系模型示意圖

3 計(jì)算機(jī)模擬補(bǔ)償收縮混凝土抗裂效果

著名混凝土裂縫控制專(zhuān)家王鐵夢(mèng)教授調(diào)查發(fā)現(xiàn)，高層建筑地下室底板出現(xiàn)裂縫的數(shù)量約占被調(diào)查工程底板總數(shù)的10%，而地下室外側(cè)墻混凝土開(kāi)裂的數(shù)量約占被調(diào)查工程總數(shù)的85%以上，這里選取側(cè)墻混凝土作為研究對(duì)象,采用計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)，運(yùn)用有限元分析軟件考察補(bǔ)償收縮混凝土抗裂效果。假定側(cè)墻混凝土從澆筑的20℃歷時(shí)1.5d升溫到50℃，然后在齡期7d降溫到30℃，由于混凝土早期處于塑性-硬化階段，彈性模量較低，取安全考慮升溫階段不人為產(chǎn)生膨脹壓應(yīng)力，降溫階段取線(xiàn)膨脹系數(shù)10×10-6/℃。由試驗(yàn)室測(cè)試數(shù)據(jù)可知，普通混凝土7d收縮應(yīng)變150×10-6，摻SBTJM-Ⅲ(C)低堿型混凝土膨脹劑混凝土7d膨脹應(yīng)變200×10-6，假定兩種混凝土應(yīng)力松弛系數(shù)均為0.3。普通混凝土長(zhǎng)度方向拉應(yīng)力有限元分析拉應(yīng)力呈現(xiàn)從兩端到中間迅速增大然后穩(wěn)定的趨勢(shì)，且底部拉應(yīng)力大于頂部拉應(yīng)力。采用有限元分析軟件，以墻體高度中部（3m）處為例對(duì)比普通混凝土與補(bǔ)償收縮混凝土拉應(yīng)力，如圖2所示。普通混凝土最大拉應(yīng)力達(dá)2.6mPa，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)強(qiáng)度，因此混凝土開(kāi)裂的風(fēng)險(xiǎn)很大，而摻膨脹劑混凝土最大拉應(yīng)力僅為0.7mPa，低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度，開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)很低。可見(jiàn)膨脹劑可有效補(bǔ)償混凝土的干燥收縮及溫降收縮，選取限制膨脹率為200×10-6的補(bǔ)償收縮混凝土可以有效抑制側(cè)墻混凝土開(kāi)裂。

圖2 普通混凝土與補(bǔ)償收縮混凝土拉應(yīng)力對(duì)比

4 補(bǔ)償收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》、《地下防水工程質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范》、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《補(bǔ)償收縮混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》等相關(guān)規(guī)范的要求，結(jié)合寫(xiě)字樓地下工程底板和墻體的實(shí)際情況，為確保本工程澆筑混凝土的耐久性和施工質(zhì)量，對(duì)工程不同部位提出了不同的要求。1）底板混凝土:入模坍落度130～150mm，水中養(yǎng)護(hù)14d限制膨脹率0.020%～ 0.025%；2）側(cè)墻、頂板混凝土:入模坍落度150～170mm，水中養(yǎng)護(hù)14d限制膨脹率0.025%～0.030%；3）膨脹加強(qiáng)帶混凝土:入模坍落度160～180mm，水中養(yǎng)護(hù)14d限制膨脹率0.035%～0.040%。從試驗(yàn)結(jié)果可以看出，混凝土配合比設(shè)定合理，滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求。

5 補(bǔ)償收縮混凝土施工技術(shù)要點(diǎn)

5.1 原材料計(jì)量

補(bǔ)償收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是確定膨脹劑的摻量，以獲得合適的限制膨脹率，在混凝土結(jié)構(gòu)中基于早期膨脹產(chǎn)生一定的預(yù)壓應(yīng)力，用來(lái)抵消收縮，防止混凝土開(kāi)裂。因此補(bǔ)償混凝土的各種原材料應(yīng)采用專(zhuān)用計(jì)量設(shè)備進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)量。計(jì)量設(shè)備應(yīng)定期校驗(yàn)，使用前進(jìn)行零點(diǎn)校核。原材料每盤(pán)稱(chēng)量的允許偏差應(yīng)符合下列要求:水泥、粉煤灰、礦粉、膨脹劑、水、減水劑的稱(chēng)量允許偏差±1%以?xún)?nèi)；砂、碎石的稱(chēng)量允許偏差±2%以?xún)?nèi)。為了進(jìn)一步精確控制膨脹劑的量，針對(duì)底板、側(cè)墻及膨脹加強(qiáng)帶混凝土的配合比試配方案，通過(guò)與膨脹劑生產(chǎn)廠(chǎng)家溝通,定制生產(chǎn)32 kg/袋、42 kg/袋和58 kg/袋的SBTJM-Ⅲ(C)低堿型混凝土膨脹劑產(chǎn)品，確保每方混凝土使用1袋。

5.2 混凝土攪拌

膨脹劑的投料應(yīng)做到準(zhǔn)確可靠，嚴(yán)格執(zhí)行混凝土配合比設(shè)計(jì)要求。試驗(yàn)室技術(shù)人員應(yīng)對(duì)膨脹劑、減水劑的投料進(jìn)行24 h跟班監(jiān)督。

及時(shí)監(jiān)測(cè)砂、碎石的含水量，以便及時(shí)調(diào)整混凝土拌合水用量，嚴(yán)禁隨意增加用水量，保證混凝土坍落度的精確控制。

對(duì)混凝土配合比的執(zhí)行及膨脹劑、減水劑的計(jì)量準(zhǔn)確性建立定期或不定期抽查制度，確保混凝土質(zhì)量穩(wěn)定性。補(bǔ)償收縮混凝土攪拌時(shí)間應(yīng)在普通混凝土攪拌時(shí)間的基礎(chǔ)上延長(zhǎng)30 s以上，以確保膨脹劑在混凝土拌合物中均勻分散。

5.3 混凝土澆筑

訂購(gòu)混凝土?xí)r應(yīng)注明使用部位，防止不同部位的混凝土澆錯(cuò)。在計(jì)劃澆筑區(qū)段內(nèi)連續(xù)澆筑，不得中斷；混凝土澆筑以階梯式推進(jìn)，澆筑間隔時(shí)間不得超過(guò)混凝土的初凝時(shí)間。澆筑現(xiàn)場(chǎng)嚴(yán)禁加水，保證混凝土坍落度符合配合比設(shè)計(jì)要求。超長(zhǎng)無(wú)縫設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)在后澆膨脹加強(qiáng)帶上，膨脹加強(qiáng)帶澆筑前,應(yīng)將先期澆筑的混凝土表面清理干凈，充分濕潤(rùn)。混凝土澆筑時(shí)，膨脹加強(qiáng)帶的兩側(cè)需用密孔鐵絲網(wǎng)攔隔，以防小膨脹混凝土混入加強(qiáng)帶。注意嚴(yán)防其他部位混凝土進(jìn)入膨脹后澆帶內(nèi)，以免影響設(shè)置效果，同時(shí)，嚴(yán)禁混凝土散落在尚未澆筑的部位，以免形成潛在的冷縫或薄弱點(diǎn)。

補(bǔ)償收縮混凝土振搗必須密實(shí)，不能漏振、欠振、也不可過(guò)振。混凝土應(yīng)采用高頻機(jī)械振搗密實(shí)，振搗時(shí)間一般10 s為宜,應(yīng)使混凝土表面浮漿、無(wú)氣泡，不下沉為止。使用插入式振動(dòng)器應(yīng)做到快插慢拔，插點(diǎn)要均勻排列，逐點(diǎn)移動(dòng)，按順序進(jìn)行，不得遺漏，做到均勻密實(shí)。移動(dòng)間距不大于振動(dòng)棒作用半徑的1.5倍，與模板的距離不應(yīng)大于其作用半徑的0.5倍。嚴(yán)禁用振動(dòng)棒振動(dòng)鋼筋下料，鋼板止水帶的部位應(yīng)采用人工插搗。

底板、頂板混凝土澆筑完畢，在混凝土終凝前必須用木抹刀或鋼抹刀搓壓混凝土表面，以防止表面出現(xiàn)裂縫(主要是沉降裂縫、塑性收縮裂縫)，抹壓共2～3遍。底板、頂板混凝土原漿收面后，應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。

5.4 混凝土養(yǎng)護(hù)

補(bǔ)償收縮混凝土的養(yǎng)護(hù)對(duì)其使用效果的影響是非常大的，必須加以重視，每個(gè)施工段均設(shè)立專(zhuān)人負(fù)責(zé)養(yǎng)護(hù)工作。底板、頂板混凝土采用覆蓋塑料薄膜和防火草簾的保溫保濕的養(yǎng)護(hù)方式；側(cè)墻混凝土采用帶模養(yǎng)護(hù)7d以上；冬季施工期間，側(cè)墻混凝土拆模后要及時(shí)覆土回填，頂板混凝土要采用保溫覆蓋的方式越冬。

5.5 混凝土施工質(zhì)量控制

為了控制混凝土裂縫，必須加強(qiáng)混凝土質(zhì)量檢查，保證施工質(zhì)量。在澆筑混凝土期間，值班人員要負(fù)責(zé)檢查混凝土的調(diào)配、澆筑和養(yǎng)護(hù)，使其始終處于控制狀態(tài)。混凝土施工工藝檢查的重點(diǎn)是膨脹加強(qiáng)帶的預(yù)留、混凝土澆筑、施工縫的處理、底板和頂板混凝土表面的二次抹面，養(yǎng)護(hù)覆蓋是否符合設(shè)計(jì)與施工方案的規(guī)定。混凝土澆筑時(shí)應(yīng)控制好拆除模板、撤除養(yǎng)護(hù)覆蓋物中申請(qǐng)的執(zhí)行情況，并檢查混凝土的凝結(jié)時(shí)間是否滿(mǎn)足連續(xù)作業(yè)需要。

6 結(jié)語(yǔ)

由于采用科學(xué)的混凝土配合比設(shè)計(jì)及合理的施工組織方案，有力地保證了補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)在寫(xiě)字樓地下工程中的成功應(yīng)用，底板、側(cè)墻和頂板混凝土均未出現(xiàn)有害裂縫，得到建設(shè)方、設(shè)計(jì)單位、監(jiān)理單位的一致認(rèn)可。通過(guò)本工程的成功應(yīng)用表明，應(yīng)用補(bǔ)償收縮混凝土技術(shù)，可以同時(shí)收到抗裂與結(jié)構(gòu)自防水的雙重效果，從膨脹劑這種抗裂材料入手，實(shí)現(xiàn)“抗”與“放”的有機(jī)結(jié)合，是解決混凝土收縮開(kāi)裂的一種有效途徑。該工程的成功歸功于建設(shè)方、設(shè)計(jì)院、施工方和監(jiān)理的通力協(xié)作，證明了科學(xué)的設(shè)計(jì)方案、良好的施工技術(shù)、優(yōu)質(zhì)的膨脹劑以及嚴(yán)格的施工與養(yǎng)護(hù)要求是可以解決地下室超長(zhǎng)結(jié)構(gòu)開(kāi)裂的難題,對(duì)類(lèi)似工程具有一定的借鑒意義。

表1 建材裝備制造企業(yè)項(xiàng)目管理系統(tǒng)應(yīng)用效果

合，實(shí)現(xiàn)建材裝備制造企業(yè)各部門(mén)間業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)信息的協(xié)同與共享，通過(guò)數(shù)據(jù)信息的數(shù)字化流轉(zhuǎn)，避免業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的延時(shí)和不一致，提高了工作效率；同時(shí)，輔助的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分析，有效利用了建材裝備制造企業(yè)項(xiàng)目執(zhí)行過(guò)程信息,有效指導(dǎo)后續(xù)項(xiàng)目的執(zhí)行，通過(guò)平臺(tái)的規(guī)劃與建設(shè)，輔助企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)對(duì)公司管理做進(jìn)一步優(yōu)化，強(qiáng)化了業(yè)務(wù)過(guò)程控制標(biāo)準(zhǔn)化管理和總成本控制。