超長結構無縫施工技術在建筑垃圾資源再生循環經濟園區項目中的應用

張洪才 嚴世軍 段佑強 范立瑛 谷廣輝 盧振振

（1菏澤城建工程發展集團有限公司，山東 菏澤 274000；2中國建材檢驗認證集團股份有限公司，北京 100024）

在基礎建設的過程中，建筑垃圾的收集和處理一直困擾城市的快速發展。菏澤市開發區2019年新舊動能轉換項目——建筑垃圾資源再生循環經濟園區建成投產后可有效緩解菏澤建筑垃圾處理難題。項目計劃總投資15億元，年可處理300萬噸建筑垃圾、利用3D技術打印100萬平方米建筑、生產盈恒石100萬平方米。

本項目新建成后將是國內處理建筑垃圾能力最大的再生循環經濟園區，項目車間分為不同的功能區域，主要有建筑垃圾存儲區、分揀篩選區、粉碎加工區等。通過回收建筑垃圾、鋼、水泥、磚瓦等進行再生利用，其終端產品主要是穩定土、再生混凝土、再生砂漿、再生磚和水穩層輔料。

本工程主廠房等地下結構存在長123米、寬86米、底板厚度1米的混凝土，屬超長大體積混凝土，設計采用中建材中巖科技有限公司補償收縮混凝土無縫施工技術，實現混凝土的結構自防水并達到二級防水要求。

1 本工程需解決的關鍵技術——大體積混凝土硬化收縮開裂

本項目地下結構工程為超長鋼筋混凝土結構，且底板厚度為1米，屬于超長大體積混凝土。在施工過程中，混凝土中的水泥水化熱釋放比較集中，內部升溫比較快。混凝土內外溫差較大時，會使混凝土產生溫度裂縫。此外，混凝土配置過程中只有約20%的水分是水泥硬化所必需的，而約80%的水分要蒸發。多余水分的蒸發會引起混凝土體積的收縮，造成混凝土開裂。按照傳統施工設計，需要每隔20-40m預留一條后澆帶，從而減小混凝土體積，以解決混凝土結構的收縮開裂問題。按照施工規范，后澆帶需42d以后才能用膨脹混凝土回填。后澆帶的設置會出現以下問題：第一，工期延長將近兩個月；第二，后澆帶混凝土接茬面的處理不當成為滲漏的主要部位，一旦混凝土開裂地下水就會通過裂縫快速滲透進入混凝土內部，造成漏水并銹蝕鋼筋，嚴重影響建筑結構的安全和使用壽命。

2 結構自防水混凝土技術方案

2.1 超長無縫施工技術基本原理

大體積混凝土的特點是厚度（或高度）H遠小于長寬尺寸L，當H/L≤0.2時，在地基鋼筋等約束下，混凝土板在中間部位將出現最大應力σx。

圖1 底板或墻板的應力分析

當最大應力超過當前齡期的混凝土抗拉強度時，在應力最集中的中間部位會開裂生成裂縫。開裂后，裂縫左右兩塊板的水平應力重新分布，隨著混凝土的繼續硬化收縮，最大應力出現在左右兩塊板的中部，當混凝土的抗拉強度小于最大應力時，又在中間部位形成第二批裂縫，從而形成連續的有序裂縫。工程中控制有序裂縫產生的主要措施是設置后澆帶，釋放混凝土硬化收縮的應力集中防止開裂。

超長無縫施工技術是在配置混凝土過程中摻加適量膨脹劑，通過膨脹來補償混凝土硬化收縮產生的應力。如圖2所示，在建筑物不同的部位，根據收縮應力的大小，混凝土中膨脹劑的摻加量是不同的。在收縮應力最大的中部設置2米寬的膨脹加強帶，澆筑大摻量膨脹劑的混凝土，摻加量一般為膠凝材料用量的10%-12%。在結構收縮應力較小的部位澆筑微膨脹混凝土，摻加量一般為膠凝材料用量的6%-8%，補償較小的收縮應力。施工時，膨脹加強帶外側澆筑微膨脹混凝土，到加強帶時澆筑大膨脹率混凝土，過加強帶后，變為微膨脹率混凝土。通過膨脹率的調整連續施工，實現超長混凝土結構的一次澆筑，保證了混凝土結構的整體性。

圖2 無縫施工基本原理

2.2 膨脹加強帶的設置

膨脹加強帶的適宜間距為40-60m，原后澆帶位置基本合適，因此將原后澆帶設置為膨脹加強帶，寬度擴展為2米。采用5mm孔徑的鋼絲網綁在膨脹加強帶的兩側，防止不同膨脹率的混凝土混合在一起，同時形成易接茬的混凝土界面。鋼絲網的綁扎要順著混凝土的澆筑方向綁在豎向鋼筋的外面，防止澆筑混凝土時沖擊力過大無法起到攔截作用。為防止膨脹加強帶混凝土的應力集中，需在加強帶上增加材質與結構鋼筋相同的應力鋼筋，規格直徑小于結構1-2個規格，設置間距為結構鋼筋的2倍，垂直于加強帶方向綁扎在兩根結構鋼筋中間，穿過加強帶并延長出兩側各50cm。

在易開裂的重點位置如墻板上應加鋼板止水帶，墻板和頂板的膨脹加強帶位置與底板相對應。另外，具有沉降功能的后澆縫按設計要求施工。

2.3 混凝土配制

結構自防水混凝土中的膨脹劑摻加量按下列公式計算：

摻量=E/（C+F+E）

其中：E-膨脹劑，C-水泥，F-礦粉或粉煤灰

混凝土結構各部位膨脹劑摻量：底板部位6%-8%；墻板和頂板部位8%-10%；膨脹加強帶12%。

主要原材料指標：

水泥：菏澤中聯P.O42.5水泥

粉煤灰：F.I級，細度（45微米篩）9.5%；需水量比94%，燒失量3.5%

礦粉：S95，密度2.90g/cm3，比表面積448m2/kg，活性7d 81%，28d 98%

河砂：天然河砂，細度模數2.7，含泥量2.5%，泥塊含量0.5%

表1 結構自防水混凝土配合比（kg/方）

石子：連續級配，壓碎值8.5%，針片狀含量10.2%

外加劑：菏澤鵬遠環保新型材料有限公司開發區分公司聚羧酸減水劑，減水率不小于25%

膨脹劑：中建材中巖科技有限公司生產的ZY膨脹劑

結構自防水混凝土物理性能要求：

坍落度控制在（16±2）cm；初凝時間大于6h。

表2 結構自防水混凝土強度

2.4 混凝土的澆筑工藝

1）基面清理。澆筑混凝土前，基礎面上的所有雜物必須清理干凈。

2）保證混凝土澆筑的連續性。如有突發狀況必須保證混凝土在終凝時間前繼續澆筑，防止產生冷接茬。

3）保證混凝土的振搗效果。振搗時間控制在10-30秒，不宜過長，以混凝土開始泛漿和不冒氣泡為準，保證不漏振、欠振。

4）及時進行二次抹面。混凝土澆筑完成后及時進行二次抹面，防止因水分蒸發造成的表面龜裂現象。

5）養護要及時、持續。混凝土二次抹面完成后，及時用麻袋、塑料薄膜等覆蓋其表面；混凝土終凝后進行澆水或蓄水養護，養護期不少于14d。

3 工程防水效果

本工程通過超長結構無縫施工技術的應用，實現了地下室混凝土結構的一次性連續澆筑，保證了混凝土結構的整體性。通過摻加ZY膨脹劑補償混凝土的硬化收縮，防止了有害裂縫的產生。施工過程嚴格按照施工技術方案執行，嚴格把控各個施工環節，保質保量完成工程建設，取得很好的實際效果。2019年5月5日本工程地下室主體結構施工完成，未發現有害裂縫，降水停止后未出現滲漏點，達到了本工程混凝土的防水設計要求。