膨脹加強帶及后澆帶在超長混凝土結構中的設計比較

摘要：超長、超寬鋼筋混凝土結構中，后澆帶的應用相當普遍。但常規后澆帶施工，工序繁多，時間跨度長，施工成本高，防滲效果差，在實際設計及施工中出現了采用膨脹加強帶代替后澆帶。從作用原理分析兩種方案的設計可行性。

關鍵詞：膨脹加強帶后澆帶超長混凝土結構

1 “后澆帶”的設計

后澆帶是現澆鋼筋混凝土結構施工過程中，用于克服由于溫度收縮和結構主體沉降而可能產生的有害伸縮和沉降的一種臨時施工縫\"后澆帶的設置通常為每30～40米設置一道，寬度800～1000mm，一般鋼筋不切斷，且要配置適量的加強鋼筋，待后澆帶兩側混凝土澆筑完2個月后(如工期非常緊迫和有特別困難時，也不得小于1個月)，將兩側混凝土表面鑿毛，清洗干凈再用比設計強度等級高一級的混凝土(宜用加膨脹劑的補償收縮混凝土)澆灌，并振搗密實并加強養護。現澆鋼筋混凝土結構后澆帶宜布置在剪力較小的跨度中間范圍以內。任何事物都具有兩重性，后澆帶也有以下幾點缺點:(1)留于基礎底部結構的后澆帶，需要時間長，不可避免地落進各種各樣的垃圾雜物，由于底部結構鋼筋較粗較密，使得清理工作非常艱難；(2)后澆帶貫穿整個地下、地上結構，所到之處遇梁斷梁，遇板斷板，給施工帶來很多不便，因而影響結構施工進度；(3)后澆帶混凝土的干縮容易在新舊混凝土的連接處產生裂縫，設置施工后澆帶的初衷是防止混凝土裂縫的產生，而后澆帶處理不好卻人為地在每條后澆帶處造成兩條貫穿裂縫，從而引起滲水。

2 “加強帶”的設計

“加強帶”是中國建筑材料研究院抗裂防滲技術中心等設計、科研機構的專家們研制成功了超長鋼筋混凝土結構采用UEA微膨脹混凝土技術，取消原設計中的后澆帶，以“膨脹帶”替代伸縮縫或后澆帶，一次澆筑成功，即所謂“無縫設計”。采用以膨脹混凝土加強帶取代后澆帶的連續澆筑無縫施工技術，不僅消除了如前所述后澆帶施工帶來的一些弊端，還增加了混凝土的密實度，提高混凝土的強度及抗裂、防滲性能，同時縮短了工期，節省了造價。

UEA補償收縮混凝土的抗裂機理據“摻U型膨脹劑(UEA)混凝土的配合比設計和施工規程”，在硅酸鹽類水泥中摻入10%～20%UEA(取代水泥率)可拌制成補償收縮混凝土，可在混凝土建立0.2MPa～0.7MPa預壓應力，從而抵消混凝土在硬化過程中全部或大部分拉應力，使混凝土結構不裂，不裂就不滲，這就是UEA混凝土作結構自防水的基本原理。UEA補償收縮混凝土能產生膨脹效應，僅在14d內的膨脹不但能補償混凝土的收縮，而且能降低混凝土的收縮，所以任意長發可不留伸縮縫。對于超過50m的鋼筋混凝土結構，采用無縫設計和施工，用2m-3m寬的膨脹加強帶代替后澆帶，混凝土一次續澆筑在建筑設計和施工中已成趨勢。

膨脹加強帶設計過程中必須根據結構的具體情況，適當的選取膨脹劑及確定限制膨脹率，合理的布置膨脹加強帶以及設置膨脹加強帶的寬度，這既是膨脹加強帶取代伸縮縫技術的設計關鍵，又是這種無縫設計施工技術更為廣泛應用所必須解決的問題。目前，膨脹加強帶位置的布置及膨脹加強帶寬度的確定主要是通過參考以往成型工程的設計施工經驗來確定，這種方法不能充分考慮結構的具體形狀及復雜邊界條件的影響，難以做到經濟有效的補償。

考慮結構強度的安全，膨脹不能太大，且在硬化14d基本結束。經研究，UEA替代水泥量10％～12％范圍內，對強度不影響，其膨脹率約為0.02%～0.03%，在配筋率0.2%～0.8%下，可在結構中建立0.2MPa～0.7MPa預壓應力，這一預壓應力大致可以補償混凝土在硬化過程中產生溫差和干縮的拉應力，從而防止收縮裂縫。

膨脹加強帶的做法主要有以下三個要點:

(1)帶寬2.0米，帶的兩側布置5的密孔鋼絲網，將帶內混凝土與帶外混凝土分隔開，鋼絲網垂直布置在上下層(或內外層)鋼筋之間，兩端分別綁扎在上下層(或內外層)鋼筋上。

(2)帶內增設10%～15%的加強鋼筋，均勻布置在上下層(或內外層)鋼筋上，加強筋垂直分布于膨脹加強帶長度方向，兩端各伸出膨脹加強帶30d(d為鋼筋直徑)，并固定在上下層(或內外層)鋼筋上。

(3)帶內混凝土外摻12%（占膠凝材料總質量）膨脹劑，比帶外混凝土膨脹劑摻量高4%（帶外混凝土膨脹劑摻量為8%）。帶內采用設計強度等級比相鄰非加強帶混凝土強度等級高一級的混凝土進行澆筑。

膨脹加強帶的布置原則：

(1)加強帶的數量及其位置宜根據公式計算確定，根據每條加強帶的補償能力確定其數量。

(2)加強帶的寬度不宜太窄，一般控制在2m～3m。

(3)膨脹加強帶的位置宜布置在拉應力較大、配筋變化或截面突變以及應力集中部位。

3 結語

采用UEA補償收縮混凝土建造超長的鋼筋混凝土結構，可不留伸縮縫或后澆縫，以膨脹帶代替伸縮縫，可連續澆灌混凝土無限長而不留縫。這一“抗”的原理不但在理論上是正確的，而且通過許多重大工程的施工實踐，證明是切實可行的，無滲漏現象。設計規范規定，對于荷載引起的裂縫有計算公式，其允許寬度裂縫有嚴格的限制，對于收縮變形引起的裂縫沒有計算規定，只要求設計時每隔一定的距離設伸縮縫，在討論的延長伸縮縫間距的設計中，只要在應力集中(混凝土極限拉伸最大值)處，設后澆帶或加強帶，就可連續澆筑超長混凝土結構，實現無縫施工。但是，在一般情況下，對于經常受到溫度變化影響的混凝土結構(例如:房屋屋面)，如果結構沒有可靠的保溫隔熱措施的話，后澆帶或加強帶都不能解決由于外界溫差波動引起結構的開裂問題，它們只能解決混凝土結構自身在一定時間段內由于收縮而引起的開裂問題。這一點在設計工程中應該注意。

參考文獻

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