混凝土結(jié)構(gòu)抗裂無縫施工技術(shù)探討

鄭海彬

1.大面積混凝土無縫施工技術(shù)方案設(shè)計(jì)

1.1 膨脹加強(qiáng)帶的設(shè)置

在現(xiàn)澆大面積混凝土結(jié)構(gòu)時，為防止混凝土收縮開裂，常采用后澆帶的處理方法，這種方法雖然可以基本解決混凝土收縮開裂問題，但需二次澆注，工期長，后澆帶兩邊形成施工冷縫，稍有不慎，就會對防水造成隱患[1]。

依據(jù)膨脹劑混凝土的補(bǔ)償收縮原理，用“膨脹加強(qiáng)帶”代替后澆帶（見圖1），施行連續(xù)施工，既縮短了施工工期，又避免了施工縫的出現(xiàn)，具體方法如下：大面積混凝土使用少摻量膨脹劑的補(bǔ)償收縮混凝土，內(nèi)摻量8%，以期在3個月內(nèi)混凝土中不產(chǎn)生拉應(yīng)力，并使整個結(jié)構(gòu)外形尺寸相對穩(wěn)定，在結(jié)構(gòu)長向按設(shè)計(jì)需要分塊，采用高一強(qiáng)度等級混凝土，采用大摻量膨脹劑的膨脹混凝土，稱為“加強(qiáng)帶”，帶寬宜為2m，內(nèi)摻量10%。加強(qiáng)帶交接處，用密孔鐵絲網(wǎng)隔斷，在鐵絲網(wǎng)兩側(cè)同時或間歇式澆注不同配比的膨脹劑混凝土，達(dá)到一次連續(xù)澆注的目的。加強(qiáng)帶混凝土有較強(qiáng)的鄰位限制（接近剛性限制），提高了膨脹能的儲備，抵消混凝土由于后期收縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力。

加強(qiáng)帶應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求和帶區(qū)內(nèi)長邊混凝土不應(yīng)超過50m的常規(guī)要求，宜布置在拉應(yīng)力較大、配筋變化及截面突變的部位及應(yīng)力集中的部位。

1.2 混凝土配合比設(shè)計(jì)

膨脹混凝土用于大面積混凝土結(jié)構(gòu)無縫施工，其限制膨脹率設(shè)計(jì)和設(shè)定非常重要，膨脹率偏小，則補(bǔ)償收縮能力不足，膨脹率過大，對混凝土強(qiáng)度有明顯的影響。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)澆地下室鋼筋混凝土采用普通水泥，混凝土強(qiáng)度等級為C35,抗?jié)B等級p6的UEA補(bǔ)償收縮混凝土，（按膠凝材料用量8%內(nèi)摻UEA膨脹劑），混凝土的膨脹率必須滿足2.5×10-4以上，收縮必須滿足4.5×10-4以下。

圖1 UEA混凝土加強(qiáng)帶示意圖

（1）UEA膨脹劑。膨脹劑作用：①替代部分摻合料，降低用水量，減少水泥用量，降低水化熱；②增長混凝土的凝結(jié)時間；③改善混凝土性能，提高混凝土的密實(shí)性和抗?jié)B性；

（2）摻合料：Ⅱ級粉煤灰（F）。粉煤灰作用：①替代混凝土的部分水泥，減少水泥用量，降低混凝土水化熱；②改善混凝土和易性，提高混凝土的中、后期強(qiáng)度；是混凝土抗裂的有效摻和材料。

（3）配合比設(shè)計(jì)。原材料：①水泥采用旋窯水泥P.042.5；②采用機(jī)制砂（Ⅱ區(qū)中砂），細(xì)度模數(shù)控制在2.8～3.0，含泥量3.0%以下；③采用（05～31.5）mm連續(xù)級配碎石，含泥量1.0%以下；④Ⅱ級粉煤灰（F）,Point-400緩凝高效減水劑；⑤UEA膨脹劑。

2.大面積混凝土抗裂的驗(yàn)證分析

根據(jù)配比，C35P6混凝土單方水泥用量Wc=342kg/m3，混凝土表觀密度ρ=2400kg/m3，由水化熱引起混凝土內(nèi)部的絕熱溫升Tmax，通過公式（1）計(jì)算，得Tmax=59.4℃。

（式中：Q：水泥水化熱，取400×103J/kg；C：混凝土的比熱，取0.96×103J/kg·℃）

考慮基礎(chǔ)上、下表面散熱，散熱系數(shù)為0.5～0.6，根據(jù)其厚度，取0.5，則由水化熱引起的混凝土溫升值為T1=0.5×Tm=29.7℃。

考慮當(dāng)?shù)貢円蛊骄鶞夭頣2，取T2=5 ℃，則：混凝土的最大冷縮值ST=α(T1+T2)=3.72×10-4(α 為混凝土熱膨脹系數(shù)。平均為1×10-5/℃)

混凝土一個月最大收縮值，按公式S（t）=3.24×10-4(1-е-0.01t)×m1×m2......m10計(jì)算，并考慮水灰比、配筋率和環(huán)境濕度影響，取m4=1.21,m7=1.13,m10=0.90,則S（t）（30）=1.03×10-4二項(xiàng)最不利組合為ΣS=S（t）（30）+ST=4.50×10-4

鋼筋混凝土極限拉伸值，由經(jīng)驗(yàn)公式Sk=0.5f(1+u/d)×10-4計(jì)算，按C35混凝土，直徑20mm鋼筋，配筋率為0.5%的結(jié)構(gòu)計(jì)算：Sk=0.5×2.5(1+0.5/2)×10-4=1.564×10-4。考慮徐變影響，混凝土的徐變可以緩解應(yīng)力集中，減輕或防止裂縫的發(fā)生，趨于安全地取值為彈性極限的60%，則Sk=1.563×10-4(1+0.6)=2.50×10-4。鋼筋混凝土不裂條件：

ε2m-補(bǔ)償收縮混凝土的最大限制膨脹率；Sk-混凝土極限拉伸值。

當(dāng)采用普通混凝土?xí)r，ε2m=0，則ST+S（t）=4.50×10-4＞2.50×10-4，不能滿足混凝土不裂條件，可能使混凝土結(jié)構(gòu)開裂。

當(dāng)采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土，其限制膨脹率取2.5×10-4（設(shè)計(jì)要求），考慮橫向鋼筋約束作用（Vc=0.2），則：

代入公式（2）：3.00×10-4+2.50×10-4=5.50×10-4＞4.50×10-4

滿足混凝土不裂條件，說明在最不利組合條件下，混凝土不會有開裂的可能，因此，超長混凝土結(jié)構(gòu)要解決因混凝土干縮和冷縮而導(dǎo)致混凝土開裂問題，從混凝土材料角度來說，采用UEA補(bǔ)償收縮混凝土是行之有效的，從現(xiàn)場施工來看，采取措施后也是切實(shí)可行的。

3.大面積混凝土的無縫施工

（1）充分做好澆灌混凝土前的準(zhǔn)備工作，認(rèn)真檢查模板、鋼筋，并保持模板濕潤，在加強(qiáng)帶處設(shè)密孔鐵絲網(wǎng)隔斷。

（2）地下室底板采用“一個坡度、薄層澆筑、循環(huán)推進(jìn)、一次到頂”的方案。先清除階梯密孔鐵絲網(wǎng)上及水平面上混凝土的浮漿和松動石子，用水清洗表面后刷一層摻10%UEA水泥漿，而后澆筑加強(qiáng)帶，最后繼續(xù)澆搗底板和墻體混凝土。地下室底板、墻、頂板皆以膨脹帶為施工縫，一次完成混凝土澆注方法，即自然流淌斜面分層澆筑[2]。

（3）各工區(qū)均要求在初凝期內(nèi)連續(xù)澆灌，連續(xù)時間不得超過其初凝時間，超過初凝時間須按施工縫處理——鑿毛、清理、預(yù)留止水槽，鋪UEA砂漿，再澆注。先澆注C35混凝土，到加強(qiáng)帶部位改用C40混凝土，連續(xù)澆筑。混凝土澆注方法采用階梯式分層澆注，每層下料高度不超過50cm。如果因模板或施工等原因，而不能連續(xù)澆筑，那么最好在加強(qiáng)帶一邊，并埋置止水鋼板。

（4）膨脹加強(qiáng)帶施工。①膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)鋼筋連通，上下另附加15%的附加縱向鋼筋，鋼筋兩端伸出加強(qiáng)帶2.0m，提高一個混凝土強(qiáng)度等級，以增強(qiáng)加強(qiáng)帶的剛性。②以膨脹加強(qiáng)帶為界分段施工，釋放熱量。按照膨脹加強(qiáng)帶的位置確定混凝土澆筑方向。在混凝土澆筑至膨脹加強(qiáng)帶附近時，應(yīng)注意使用振動棒插搗點(diǎn)與密目快易收口網(wǎng)保持距離不小于30cm，并不得過振。③澆筑時，注意嚴(yán)防其它部位混凝土進(jìn)入膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)，以免影響混凝土結(jié)構(gòu)質(zhì)量。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)。澆筑混凝土前的潤管砂漿采用灰斗集中收集，拆管排除故障或其它原因造成的廢棄混凝土及時清理干凈，嚴(yán)禁進(jìn)入工作面。④各部位混凝土一定要在初凝前接槎，避免施工冷縫，一旦出現(xiàn)冷縫，要嚴(yán)格按施工縫處理辦法進(jìn)行處理。

（5）混凝土下料厚度每層以50cm為限，往復(fù)式逐步向前推進(jìn)的施工方法，每層混凝土振搗必須密實(shí)、不漏振、欠振、過振，要快插慢拔，振點(diǎn)布置均勻。

（6）振搗棒嚴(yán)禁直接搭在鋼筋上振搗，以免對處于硬化初期的混凝土結(jié)構(gòu)造成破壞。

（7）底板混凝土表面收干后，須用木抹刀槎壓表面至少三遍，接近終凝時，應(yīng)用抹子進(jìn)行兩次抹壓面，以消除混凝土表面微裂縫或沉降縫（或用壓光機(jī)壓光），并用草袋覆蓋，待終凝后即澆水、泡水養(yǎng)護(hù)，專人保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不少于14d。

（8）墻體澆注終凝后即開始在墻頂布設(shè)帶孔塑料管淋水養(yǎng)護(hù)。待側(cè)模拆后迎風(fēng)面須加披草袋潤濕養(yǎng)護(hù)，專人保濕養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期不少于14d。

4.后期質(zhì)量效果

從開始澆注底板混凝土起，經(jīng)過近兩個月的連續(xù)施工，地下室補(bǔ)償收縮混凝土工程全部結(jié)束。經(jīng)檢測，均滿足設(shè)計(jì)要求，混凝土工程質(zhì)量優(yōu)良。由于墻與柱連接部位是變截面部位，容易產(chǎn)生應(yīng)力集中而開裂。通過增加橫向溫度配筋，本工程避免了敏感部位產(chǎn)生裂縫,膨脹加強(qiáng)帶周邊也未產(chǎn)生裂縫和滲漏。

5.總結(jié)

綜上所述，工程大面積現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)無縫施工抗裂，應(yīng)精選配合比，盡可能設(shè)法提高混凝土抗裂能力，改善混凝土自身性能。加入UEA膨脹劑的混凝土施工時應(yīng)注意掌握好抹壓的時機(jī)和力度，充分灑水養(yǎng)護(hù)。可加快施工進(jìn)度，雖然會增加相應(yīng)的材料成本，但是同比后澆帶繁瑣工序，更減少成本投入，同時解決了因施工不當(dāng)而造成的結(jié)構(gòu)滲漏等隱患，是利大于弊的。