建筑結構施工中的膨脹混凝土技術的應用

王權

(山西六建集團有限公司，山西 太原 030000)

膨脹混凝土屬于建筑工程中的常用施工材料，常見類型為：自應力混凝土，因外力作用產生的壓應力可抵消水泥收縮的拉應力，具有良好的力學性能優勢；補償性收縮混凝土，在外力作用下發生膨脹，產生的壓應力達到0.2MPa～0.7MPa。在建筑工程中采用膨脹混凝土后，可補償收縮壓力以及減少混凝土龜裂病害，但各類膨脹混凝土的適用范圍、施工方法均有所不同，需要合理選擇與應用。基于此，下文重點研究建筑工程的補償收縮膨脹混凝土技術，確定技術應用要點，利用膨脹混凝土提高建筑結構施工質量[1]。

1 工程概況

某建筑工程共5層，地下1層，地上4層，地下室底板厚400mm、墻厚300mm，地上部分檐高21.9m，長度80.8m，寬度59.6m。基礎底板及側壁采用抗滲等級為S6的C35混凝土，摻入6%的ZY膨脹劑。地下室屬于本建筑工程的重點施工部位，采用的是超長梁板混凝土結構，用補償收縮膨脹混凝土加強帶取代溫度后澆帶，可提升結構的密實性、完整性、抗滲性能，加快地下室梁板混凝土結構施工速度[2]。

2 補償收縮混凝土配合比設計

1)根據設計所需的強度、抗滲性、膨脹性等要求設計補償收縮混凝土的配合比，本次設計以JGJ 55《普通混凝土配合比設計規程》為主要指導，結合工程環境確定配合比。精心挑選膨脹劑，嚴格控制膨脹劑的用量，確保混凝土的膨脹率達標。

2)根據設計要求的限制膨脹率控制單位膨脹劑用量，進行配合比試驗，根據試驗結果確定最佳的膨脹劑用量。考慮補償收縮混凝土和填充用膨脹混凝土兩類，單位混凝土中膨脹劑含量的最小值和最大值，如表1所示。

表1 單位混凝土中的膨脹劑用量控制

3)根據混凝土的抗凍性要求設計水膠比時，必須嚴格遵循GB 50010《混凝土結構設計規范》的規定；根據混凝土的抗壓強度設計水膠比時，試驗齡期為28d。

4)補償收縮混凝土的水膠比不超過0.50。

5)根據水膠比和單位用水量確定膠凝材料用量，滿足“B=C+E+F”的關系，其中B為單位膠凝材料用量，C、E、F分別為單位水泥、膨脹劑、摻和料的用量[3]。

3 膨脹混凝土技術的應用要點

3.1 技術應用原理

在建筑結構施工中采用膨脹混凝土后，其硬化時發生膨脹，混凝土受壓、鋼筋受拉，若壓應力和拉應力平衡，則有：

Ac.σc=As.Es.ε2

μ=As/Ac，則

σc=μ.Es.ε2

(1)

式中，σc-混凝土預壓應力(Mpa)

As—鋼筋截面積；μ-配筋率(c/0)；Ac-混凝土截面積；Es-鋼筋彈性模量(Mpa)；ε2-混凝土的限制膨脹率(%)

由(1)式可見，σc與ε2成正比關系，而限制膨脹率ε2隨UEA摻量增加而增加，所以，通過調整UEA摻量，可使混凝土獲得0.2～0.7MPa的預壓應力，根據水平法向力σx分布曲線，設想在應力量大地方施加較大的膨脹應力σx，而在兩側施加較小的膨脹應力。

3.2 膨脹加強帶施工

3.2.1 布設位置

在原設計方案留設后澆帶的位置設置膨脹加強帶，帶寬以2m～3m為宜，此寬度超過原后澆帶的寬度，需在原設計方案的基礎上進行調整，最終確定帶寬為2m，較大的寬度可提升膨脹加強帶的收縮補償性能。

3.2.2 膨脹加強帶的施工方法

以加強帶為界，劃分為東區、西區兩段，采取流水化施工模式。先澆搗東區混凝土，在東側設置施工縫，再同步施工西區混凝土和加強帶。兩個分區均采用內摻6%ZY膨脹劑的C30混凝土，膨脹加強帶所用混凝土的強度等級提高至C35，膨脹劑摻量增加至10%，設置具有較大膨脹量的加強帶用于擠壓兩側，保證抗滲效果。

在加強帶和原混凝土間設置2道Φ5mm鋼絲網，并以焊接的方式進行穩固，或通過鋼筋骨架與上下水平及豎向加固筋綁扎至一體，額外增設豎向Φ12鋼筋，布設間距為300mm，強化加固效果，混凝土防護層厚度不少于2.5cm。

3.3 補償鋼筋設計與施工

在膨脹加強帶處沿著垂直于加強帶的方向設置補償鋼筋，直徑比構造筋小1～2個規格，延伸至加強帶兩側0.5m，布設間距為水平構造筋的2倍，墻板膨脹加強帶的補償鋼筋綁扎在底筋和面筋上，頂板膨脹加強帶的補償鋼筋綁扎在面筋處。加強帶兩側用密孔鐵絲網攔起，并用鋼筋綁扎，保證用作防護的鐵絲網具有穩定性。鐵絲網的搭接量不超過5cm，墻體后澆膨脹加強帶的兩側設置橡膠止水帶，提升局部抗滲漏性能[4]。

3.3.1 設計要求

1)以《混凝土結構設計規范》(GB 50010)為準，設計構造鋼筋及特殊部位的附加筋。在增設補償鋼筋后，應充分提升補償收縮混凝土的綜合性能。

2)根據結構部位設計最小及最大的限制膨脹率，例如平板、梁、墻體、填充部位等均做針對性的考慮，各自的限制膨脹率控制要求如下：平板結構的最小限制膨脹率為1.5×10-4，最大限制膨脹率為3×10-4；梁、墻體結構的最小限制膨脹率為2.0×10-4，最大限制膨脹率為4×10-4；后澆帶、膨脹加強帶等填充部位的最小限制膨脹率為2.5×10-4，最大限制膨脹率為5×10-4。

3)相比膨脹加強帶兩側混凝土強度等級，加強帶部位需采用高一級的膨脹混凝土進行施工。

4)膨脹加強帶設置在后澆帶處，部分或完全取代后澆帶；寬度為2m～3m，具體根據構件的厚度做靈活的調整；兩側設置密孔鐵絲網，用于分隔膨脹加強帶內、外部的混凝土。

5)貫通布置抵抗溫度收縮的鋼筋，必要時根據“細且密”的要求設置鋼筋，若需額外設置構造鋼筋網，需要穩定搭接在原鋼筋上，搭接位置及搭接長度根據受拉鋼筋施工要求進行控制。

3.3.2 附加鋼筋的配置

1)梁兩側腰筋的間距不超過200mm。

2)對于墻體高度的水平中心線上下500mm內，水平筋間距不超過100mm。

3)對于大型建筑結構，需設置長度為“帶寬+1000mm”、直徑不超過10mm的附加筋，垂直于膨脹加強帶的方向。

4)在墻與墻、墻與柱相交的部位設置附加鋼筋時，需考慮到與之相交的柱、墻結構分布位置，判斷是否會影響水平筋配筋，妥善協調附加鋼筋的布設位置。相鄰部位的水平鋼筋的規格為直徑8mm～10mm，長度1500mm，增加量為原同向鋼筋配筋率的10%～15%，插入柱與相鄰墻內的部分不少于150mm，其它部分均插入墻內。

5)對于結構截面變化部位、開口部位的出入口、樓板預留孔洞等部位，提高鋼筋配置率，但要協調好各配筋的位置關系。

6)建筑平面形體呈明顯的凹凸狀時，需在建筑兩端陽角與山墻的樓板、整體澆筑且有明顯約束作用的樓板設溫度鋼筋[5]。

3.4 膨脹混凝土施工

3.4.1 混凝土的選取

加強帶，采用ZY膨脹劑大膨脹混凝土，內摻10%ZY膨脹劑；加強帶兩側，采用小膨脹混凝土，內摻6%ZY膨脹劑。以配合比為準，選擇質量達標的水泥及其它材料進行拌制，經檢驗確認混凝土的各項性能均達標后，及時泵送到位。

3.4.2 施工縫的處理

全面清理施工縫的松散石子，用水沖洗使施工縫維持干凈且濕潤；完成施工前的處理工作后，用加強帶的混凝土原漿套漿，再正式澆筑混凝土。

3.4.3 混凝土的澆灌

澆灌前，根據圖紙要求安裝模板、綁扎鋼筋；清理模板上的雜物，均勻涂刷脫模劑；嚴格控制模板的安裝位置，保證模板縫的嚴密性，防止澆灌的混凝土經由板間縫隙漏出；檢查加強帶的綁扎情況，要求位置準確、穩定可靠；待模板、鋼筋均布設到位后，需細致檢查所有材料，確認無誤可正式澆灌混凝土。混凝土澆灌要點，如下。

1)自拌泵送混凝土，用微機自動控制，保證原材料用量的準確性。裝載車負責上料，水泥不可受潮結塊、過期，石子粒徑為15mm～25mm，且不摻雜影響混凝土性能的雜物；由專員按照配合比稱量ZY膨脹劑，材料用量誤差不超過0.5%。拌制混凝土后，技術人員及時檢驗坍落度、均勻性，評價混凝土的性能；若砂、石含水率變化，需要根據最新的材料特性調節水灰比；準確控制拌和時間，可在普通混凝土拌和時間的基礎上延長30s～60s。

2)底板、外墻的混凝土均要連續澆筑，不可產生冷縫。

3)ZY膨脹帶采用的是結構自防水的防水原理，在澆灌混凝土時必須充分振搗，但要避免過振。根據混凝土的特性，將振搗時間控制在10s～30s。振搗遵循“快插慢拔”的原則，均勻布置各插點，逐點有序振搗。

4)在預埋件、施工縫處澆灌混凝土時，需要充分振搗，使混凝土密實，但需嚴格控制振搗設備的作業點位，不可碰觸模板、鋼筋等既有材料，否則將偏位、變形、受損，引起質量問題。

5)混凝土初凝時間≥3h，接茬時間不超過試配初凝時間的一半。

6)分層澆筑混凝土，振搗本層時將振搗器插入前一層50mm～100mm，連同兩層共同振搗的作用在于消除層間接縫，保證相鄰兩層的穩定結合。

7)底板混凝土澆筑完成后，用木抹子搓壓表面，處理時間為混凝土表面收干后、終凝前，消除表面失水縮縫以及塑性沉降。反復抹壓至少3遍，且必須在混凝土終凝前完成抹壓。收光抹面后進行養護，澆水時間安排在混凝土硬化后的12h～24h，使混凝土表面保持濕潤，以便正常成型。本工程底板混凝土施工恰逢低溫天氣，因此采取保溫保濕措施，避免混凝土凍傷。

3.4.4 混凝土的養護

養護是提高ZY膨脹混凝土施工質量的重要方式，需由專員負責，養護要點如下。

1)在混凝土終凝后4～12h開始養護，養護時間不少于14d，可根據養護情況適當延長時間。

2)底板厚度為400mm，在澆筑后的2d～3d，中心溫度提升至40℃～45℃，而底板混凝土澆筑時間為12月，氣溫以5℃～15℃居多，混凝土溫度和氣溫的差異較大，可能產生溫度裂縫。針對此養護條件，向底板混凝土表面覆蓋塑料薄膜進行保溫防護，灑水按照每天2～3次的頻率進行，若現場氣溫驟降，則加覆薄膜和草袋，進行保溫保濕養護[6]。

3.5 細節部位的處理

3.5.1 施工縫接茬的處理

首先，對施工縫的混凝土面鑿毛，清理鑿除部位雜物，用水沖洗以保證施工縫的潔凈度，使施工縫維持濕潤；隨后，鋪設同標號ZY水泥砂漿，厚度為20mm～30mm；最后，澆筑混凝土。

3.5.2 外墻壁施工縫外側處理

拆模后，施工縫外表面存在明顯槎縫，影響建筑結構的表觀質量甚至削弱結構的抗滲性能，為保證施工質量，用ZY防水砂漿處理外墻板施工縫外側，方法如下。

1)對施工縫上、下各5cm范圍鑿毛，用清水清理雜物直至施工縫保持干凈為止。

2)用內摻7%ZY的水泥凈漿，在處理部位的表面涂抹厚度為1mm～2mm的凈漿層，此外也可摻入界面劑，用該外加劑增強粘結力。

3)待凈漿層稍干后，再次涂抹ZY水泥砂漿，此部分漿液的配合比為(水泥+ZY)∶砂∶水=(0.93+0.07)∶2.0∶0.38～0.40，厚度控制在4～5mm。

4)經過清理、多道涂抹后，在隨后的8h～10h灑水養護，養護時間至少為14d。

4 結語

綜上所述，建筑結構施工中常采用膨脹混凝土，用此類材料提高結構的密實性、抗滲性能，保證建筑結構施工質量。膨脹混凝土施工技術的應用細節多，本文結合建筑工程實例進行了分析，確定膨脹混凝土的材料選用方式、施工流程及施工要點，并闡述施工縫接茬、外墻壁施工縫外側、外墻蜂窩麻面等細部的處理措施，最終采用膨脹混凝土有效建成建筑結構，具有提質增效的效果。實踐表明，本工程采用的膨脹混凝土施工技術具有可行性，可為同仁提供參考。