鎂質高性能混凝土抗裂劑在地下室超長無縫施工中的應用

徐 可,紀憲坤,2,侯維紅,2,何志立

(1.武漢三源特種建材有限責任公司,湖北 武漢 430083；2.武漢源錦建材科技有限責任公司,湖北 武漢 430083)

0 引言

隨著我國城市化的迅猛發展,現代建筑物的規模越來越大,結構也越來越復雜,超長結構是目前常見的一種結構形式之一,通常做法是采用每隔30～40m設置一條后澆帶進行分段施工,待42-60d后進行后澆帶回填[1],該做法施工復雜,影響工期且在后澆帶兩側易形成滲水點等問題。采用補償收縮混凝土,將原設計后澆帶設置成膨脹加強帶實現超長無縫施工的技術受到越來越多的設計及施工單位所青睞,采用該工藝可實現120m內超長無縫施工[2],同時能起到良好的應用效果。

常用的補償收縮材料主要為膨脹劑,按照膨脹源的種類分為：硫鋁酸鈣類、氧化鈣類、硫鋁酸鈣-氧化鈣類[3]以及氧化鎂類,鈣質膨脹劑其主要技術指標滿足GB23439-2009《混凝土膨脹劑》中的Ι型、Ⅱ型要求。隨著對膨脹劑產品的不斷研制與開發,以氧化鎂為主要膨脹源的鎂質高性能混凝土膨脹劑以其優異的性能也越來越多的應用到工業民用建筑地下室工程中[4,5],相較于傳統的膨脹劑,具有膨脹速率可調可控,膨脹周期長等特點[6],特別適用于解決地下室大體積混凝土及超長結構的開裂問題。國內目前采用鎂質高性能混凝土抗裂劑進行超長無縫結構的設計、施工及溫度應力的分析以及后期數據的實時監控較少,部分領域尚屬空白[7]。本文將以無錫某超長地下室工程為例,對采用鎂質高性能混凝土膨脹劑進行超長無縫施工的過程控制、數據及應用效果進行分析。

1 工程概況

本工程位于無錫市新吳區鴻山鎮,東起美伯路、西至至德大道、南達彭祖路、北抵至賓路,項目總用地面積127635m2,總建筑面積263790m2,地上部分共10棟主樓,最高17層,最低8層,為框架結構,地下室總長度378m,寬55m,底板混凝土強度等級C30,厚度為800mm。側墻及頂板混凝土強度等級C35,單棟建筑側墻總長180m,高5.3m,厚度為300mm。頂板厚度為350mm,后澆帶及膨脹加強帶內混凝土強度等級提高一個等級。

2 超長無縫施工技術方案

2.1 超長無縫施工技術

“超長鋼筋混凝土結構無縫設計施工方法”是我國土木建筑行業的一項重大專利技術成果,無縫設計是相對的,其設計思路為“抗放兼施,以抗為主”[8]。該工程采用“整體補償,局部加強”的補償收縮混凝土方案,加強帶部位及帶兩側底板部位選用鎂質高性能混凝土抗裂劑。根據工程圖紙、結構及工程實際情況,主樓部分用連續式膨脹加強帶替代后澆帶,車庫中部分段設置間歇式膨脹加強帶[9],帶寬2m,加強帶兩側布置密孔鐵絲網,用來隔開加強帶內外的混凝土。膨脹加強帶是一個“假縫”,能以較大膨脹應力補償早期的塑性收縮、溫度收縮以及干燥收縮等[10]。也可根據現場情況確定整體連續澆筑或局部連續澆筑,應用靈活方便,也保證了工程的整體性。

2.2 超長無縫施工技術方案

該工程一期地下室總長320m,屬于典型的超長結構。依照現行的結構設計規范,需設置多條后澆帶以解決超長抗裂的問題,將整體超長結構分割為若干小段進行施工,工序繁雜,時間跨度較大,大大增加了施工及質量控制的難度,而且設置后澆帶增加了整體結構的薄弱環節,給結構的整體性及防水效果帶來較多隱患。經過與建設單位、設計方、施工方等多方協商,反復論證,最終決定使用鎂質高性能混凝土膨脹劑配制的補償收縮混凝土進行超長無縫施工,并取得了良好的效果。

結合項目圖紙,采用鎂質高性能混凝土抗裂劑配置的補償收縮混凝土采取超長無縫施工,在原后澆帶設置的基礎上進行優化方案如下圖2.1及2.2所示：

圖2.1 原設計后澆帶布置圖

圖2.2 優化后后澆帶布置圖注：“1”為溫度后澆帶；“2”為連續式膨脹加強帶,“3”為后澆式膨脹加強帶

通過該后澆帶的優化,將原設計23條后澆帶減少為4條后澆式膨脹加強帶,其他后澆帶優化為連續式的膨脹加強帶,實現連續無縫施工,明顯的節約了工期,加快了施工進度,同時也避免了后澆帶清理、鑿毛等工序以及后澆帶回填后易存在滲漏點的隱患,防水整體性將得到了提高。

3 施工技術及質量控制

3.1 混凝土材料控制及配合比

3.1.1 原材料

(1)水泥：本工程采用江蘇金峰水泥集團有限公司生產的P·O 42.5水泥,性能符合國家標準。

(2)砂：粗砂(人工砂),供應單位宜興金峰；中砂(天然砂),供應單位為金壇市薛埠興業軋石廠,含泥量小于3%。

(3)石：5～31.5mm連續級配碎石,含泥量小于1%。

(4)活性摻合料：Ⅱ級粉煤灰,S95級磨細礦渣粉。

(5)膨脹劑：膨脹加強帶內混凝土采用鎂質高性能混凝土抗裂劑,性能指標滿足CBMF019-2017《混凝土用氧化鎂膨脹劑》規定的產品性能要求；

(6)減水劑：標準型YD-PCA減水劑。

3.1.2 混凝土配合比

該項目地下室不同部位混凝土配合比如下表1所示。

表1 不同部位混凝土配合比

為保證摻鎂質高性能混凝土抗裂劑混凝土的施工及力學性能滿足設計要求,在原配合比基礎上進行了混凝土配合比優化,通過混凝土試配,其各項性能均滿足要求,底板坍落度控制在(160±30)mm,地下室側墻的坍落度控制在(180±20)mm。

3.2 施工控制

(1)底板澆筑

底板最長113m一次性連續澆筑,由東西兩側向中部的膨脹加強帶方向連續澆筑,加強帶兩側混凝土澆筑完成后,進行膨脹加強帶內混凝土澆筑,此時混凝土強度等級較兩側混凝土提高一個等級,且鎂質高性能混凝土抗裂劑摻量提高5kg。連續澆筑過程中,提前做好澆筑計劃,合理安排泵車及運輸車輛,同時嚴格把控施工進度,避免冷縫的產生,杜絕漏水隱患。

對于混凝土結構自防水施工,振搗尤為重要。振搗時不宜欠振、漏振,也不可過振,保證混凝土的密實度。底板與側墻接茬處,澆筑300mm高導墻,在施工縫處設置止水鋼板。混凝土澆筑完后即刻進行一次抹面及收光,在初凝前進行二次抹面及覆膜處理。

(2)側墻澆筑

側墻采取連續分層澆筑,單次澆筑側墻總長180m,高度5.3m,布置兩臺天泵,四條振搗棒,分三層進行繞圈澆筑。澆筑時嚴格控制混凝土的接茬時間在初凝時間之內,振搗及時充分,避免施工冷縫及麻面的產生。

(3)養護

為充分發揮鎂質高性能混凝土抗裂劑的膨脹性能,混凝土的保濕養護尤為重要。對于底板,覆膜養護,冬季可鋪蓋毛氈,達到保溫保濕的效果,夏季溫度較高時,進行蓄水或間歇灑水養護,養護時間為7d左右。對于側墻,嚴格控制拆模時間,帶模養護宜為3～7天,現場施工條件容許情況下,可設置水管進行淋水養護,養護時間14d。

4 數據分析及應用效果

4.1 混凝土結構溫度及應變歷程

1號樓底板共埋設四個應變計,分別位于東西兩側電梯井、膨脹加強帶以及西側大面積底板的1/2厚度位置,在一號樓側墻中間段的高度1/2位置埋設一個應變計。底板部分的混凝土溫度及應變曲線如下圖4.1,圖4.2所示：

圖4.1 底板溫度隨齡期變化曲線

圖4.2 底板應變隨齡期變化曲線

如圖4.1,圖4.2所示,1號樓底板應變計的溫度變化趨勢一致,電梯井的基坑深度達到2.7m,體積較大,混凝土內溫峰值為69℃。經間歇灑水養護后溫度于澆筑后第9天降至環境溫度。不同底板位置應變計測試到的混凝土中應變的變化趨勢大致相同,混凝土內部保持有70左右的微應變,體現了鎂質高性能混凝土抗裂劑的微膨脹效果,防止因收縮而產生裂縫。

側墻處應變計測得的混凝土內部溫度及應變如下圖5.1,5.2所示,由溫度及應變可知：

側墻在齡期31h左右達到溫峰,溫峰值為42.3℃,溫降較為平緩。齡期40h內,混凝土內部應變為負值,其主要原因在于混凝土塑性階段鎂質高性能混凝土抗裂劑還未產生足夠的膨脹,同時骨料沉降收縮所致。由于此時混凝土處于塑性階段,混凝土變形能力較強,即使存在一定的收縮,混凝土亦不會出現開裂。40h以后混凝土中鎂質高性能混凝土抗裂劑開始逐步反應,并產生體積膨脹進而補償混凝土在溫降階段的收縮。由圖5.2可知：混凝土25d齡期時,混凝土內部依然處于微膨脹的狀態,在受到約束情況下,產生膨脹預壓應力,抵消收縮應力,從而有效的防止裂縫的產生。

圖5.1 側墻溫度隨齡期變化曲線

圖5.2 側墻應變隨齡期變化曲線

側墻處應變計溫度變化較為明顯,在齡期31h左右達到溫峰,溫峰值為42.3℃,溫降較為平緩。側墻混凝土內的應變情況如圖所示,齡期40h內,混凝土內部應變為負值,其原因與底板類似,而后,混凝土中氧化鎂開始逐步反應,最大能產生36με膨脹微應變,且后期一直處于微膨脹階段,體積穩定性較好,從而能有效地避免混凝土溫降階段的收縮開裂。

4.2 應用效果及分析

4.2.1 應用效果

混凝土拆模1個月后觀察,底板及側墻采取超長無縫施工的部位均未出現貫穿性的裂縫,應用效果良好。為驗證自防水效果,在未做外防水情況下,施工單位組織進行了側墻蓄水試驗。

蓄水試驗分別選取了項目1號樓和5號樓東北角的一段側墻,加以人工砌的兩段墻,形成封閉的蓄水試驗池,蓄水池規格長6.7m,寬3.15m,高1.7m,蓄水時間為一周,蓄水高度為1.5m,如圖6所示。

圖6 蓄水池外觀

4.2.2 試驗效果分析

通過對實體地下室結構進行蓄水試驗,整體防水效果較好,在未進行外防水施工情況下,樓外部側墻未見線性的滲水,只是在側墻個別穿墻螺桿及施工縫部位出現點滲情況,具體如圖7,圖8所示,主要為以下3類形式：

(1)穿墻螺桿部位滲漏。主要是因為拆模過程中,存在機械擾動導致穿墻螺桿松動,為水的滲透形成的通道。

(2)墻體和底板導墻連接處出現滲漏。由于側墻一般是在底板導墻施工完成后3-7天澆筑,澆筑時間的不同使得其收縮速率不一致而在交界面產生空隙,為滲漏提供通道。

4.2.3 建議控制措施

針對施工節點處易出現點滲情況,可采取以下措施進行施工控制：

(1)避免初次澆筑至混凝土拆模過程對止水螺栓擾動。

(2)澆筑前做好合理的施工組織安排,水平分層澆筑,混凝土澆筑宜從低處開始,沿長邊方向自一端向另一端推進,逐層上升。亦可采取中間向兩邊推進,保持混凝土均勻上升。澆筑時,要在下一層混凝土初凝之前澆筑上一層混凝土,避免產生冷縫。

(3)一旦出現施工冷縫,可先用同配比剔除石子的無收縮砂漿在冷縫處澆筑3～5cm,然后再澆筑混凝土。

5 結論

(1)采用鎂質高性能混凝土抗裂劑配置補償收縮混凝土,實現了本工程超長無縫施工,且取到了良好的應用效果,同時也加快了施工進度,節省了施工工期,具有良好的社會經濟效果。

(2)通過混凝土內部監測數據表明,摻用鎂質高性能混凝土抗裂劑混凝土底板及側墻應變為正值,在一定階段內始終處于微膨脹狀態,產生了膨脹壓應力。

(3)蓄水試驗表明鎂質高性能混凝土抗裂劑的摻入有效地起到了裂縫控制的效果,實現了混凝土結構自防水的目的。

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