建筑物长大结构采用UEA混凝土取消后浇带技术的应用

【摘要】结构物长大构件为避免混凝土的温差收缩和干缩变形而产生裂缝，设计及施工通常采用设置后浇带的处理措施，但后浇带具有施工繁琐、工期长、造价高、难以控制质量等不利因素。在本项目施工中，采取在混凝土中掺入UEA膨胀剂，利用混凝土补偿收缩的原理避免长大结构混凝土的温差收缩和干缩变形裂隙的产生，从而达到取消后浇带的目的。

【关键词】长大结构；后浇带；裂隙；UEA膨胀剂；掺入量

前言

后浇带是建筑施工中为了避免结构物因温度收缩和干燥收缩等原因产生裂隙的有效措施，在施工期间保留临时接缝，使混凝土构件可以自由收缩，从而大大减少了收缩应力，待完成大部分收缩后，用膨胀混凝土填筑，作为一种“抗放兼备，以放为主”的设计原则，已得到广泛使用，并已列入规范。

然而，后浇缝的清理与凿毛给填缝施工带来一定麻烦，并延长工期，且对总体结构的设计影响很大。如设计施工处理不好，不仅起不到预期的效果，还会给结构留下病害隐患。如果能够采用其它技术措施，在确保长大结构物不产生收缩裂缝的情况下，取消后浇带的设置，无疑具有良好的技术及经济意义。

本项目以工程实践为例，介绍了在混凝土中掺入UEA膨胀剂，以补偿混凝土温差收缩和干缩变形，进而取消后浇带的具体应用。

1.项目概况

贵阳火车北站东广场建设工程总用地面积约为39308.41m2，建筑面积为37617.32m2，其中地下一层建筑面积为19973.55m2，地下二层建筑面积为16247.52m2，广场层建筑面积为1396.65m2。

广场采用钢筋混凝土框架结构，结构高度为11m；其地下室最大长度240.2m；具有结构尺寸长、跨度大等特点。地下室主体共有8块底板，底板厚度在1.6～2m之间，长度大多超过40m，规范要求构件长度超过30～40m需设置后浇带，作为防止混凝土结构收缩开裂的措施。但是后浇带的设置给设计及施工带来不便，存在施工工期长，模板周转、降水、管理费用增加，特别是地下室后浇带施工处理不好容易出现裂隙渗水等病害，如果采取避免出现裂隙的措施，从而取消后浇带，确保结构的整体性，将大幅提高底板施工质量。

且本标段工期非常紧，为了满足工期要求，经与设计、业主及监理进行多次沟通及探讨，最终决定对各底板等长大结构进行混凝土抗裂分析，根据分析结果，采取在混凝土掺入适量UEA膨胀剂以补偿混凝土收缩，避免出现收缩裂隙，从而取消后浇带。

本文以25～30轴底板为例进行混凝土抗裂分析。

2.掺UEA膨胀剂取消后浇带的技术原理

研究表明，长大结构混凝土产生的变形主要来源于混凝土干燥收缩、温度收缩。

对于大体积混凝土而言，在浇注后硬化过程中，混凝土产生大量水化热，因混凝土导热性能差，热量难以快速扩散，导致混凝土中心位置在硬化期间达到很高的峰值，当降温达到正常后，使混凝土结构产生较大的温差收缩。

同时混凝土结构从凝固时高含水量至正常使用的干燥环境下也产生干燥收缩。

当干燥收缩、温度收缩共同作用对混凝土产生的拉应力（或变形）超过混凝土的抗拉强度（或变形超过混凝土极限延伸率），将导致混凝土出现裂缝。为此吴中伟院士提出了混凝土冷缩和干缩联合补偿模式，即|ε-S-ST|≤SK+CT时可以避免混凝土结构出现裂缝。其中ε为钢筋混凝土掺入膨胀剂后的限制膨胀率，S为混凝土干燥的干缩值，ST为混凝土温差冷缩值，SK为混凝土極限延伸率，CT为混凝土徐变值。

运用补偿收缩混凝土技术能够同时补偿混凝土的干燥收缩和温度收缩，且具有结构自防水功能、无后浇带后快速施工的优点。故为一种较好的技术解决措施。

3.混凝土抗裂性分析

采用吴中伟院士提出的混凝土冷缩和干缩联合补偿模式，即|ε-S-ST|≤SK+CT来分析这块底板的抗裂性能，因此要求首先要计算分析现场混凝土的限制膨胀率、干缩值、极限延伸率和混凝土徐变率等参数。

3.1混凝土极限延伸率计算

参考中国建筑材料科学研究院游宝坤教授等人研究成果，采用以下经验公式进行极限延伸率的计算。

Sk=0.5Rf（1+μ/d）×10-4 （1）

式中：Sk—极限延伸率；μ—构件配筋率，×100；d—主筋直径（mm）；Rf—混凝土抗拉强度（MPa）。

25～30轴底板设计混凝土强度为C35，其混凝土设计抗拉强度Rf=2.2N/mm2。

25～30轴底板沿长度方向配筋率为μ=0.92%，钢筋直径为d=28mm。

将上述数量代入公式（1）得：

Sk=0.5Rf（1+μ/d）×10-4=0.5×2.2×（1+0.0092/0.028）×10-4=1.46×10-4

3.2计算温度差冷缩值

混凝土随着凝固的完成，其温度由峰值降至正常使用时的温度低值时，结构产生缩短变形值，按下式计算：

St=αR（T2-T1） （2）

式中：α—混凝土线膨胀系数；（T2-T1）—温度差（℃）；R—因结构变形受到外部基础及内部钢筋的约束系数。

经对前期相同结构在相类似施工条件下混凝土浇注进行了温度监测，混凝土凝固过程结构中心温度最大值为45.6℃，而本项目使用时环境一般最低温为15℃，最大温差为30.6℃，查《混凝土结构设计规范》（GB50010-2010）4.1.8条，混凝土线膨胀系数为1×10-5/℃。因板的变形受到外部基础及内部钢筋的约束，根据本项目情况，约束系数取经验值为R=0.6。

所以St=1×10-5×0.6×30.6=1.84×10-4

3.3混凝土干燥收缩率

混凝土干缩产生拉应力，使构件开裂。因此混凝土的干缩对钢筋混凝土的性能影响很大，长大结构或大体积混凝土结构均需考虑混凝土的干缩变形，按下式计算。

S=ε0Y×M1×M2…M10 （3）

式中：ε0Y—标准标态下混凝土的极限收缩值，取3.24×10-4；M1·M2…M10为水泥品种、骨料，水灰比、温度、养护和不同配筋率等修正系数，根据本项目具体情况，查《建筑施工手册》，分别取值：M1=M2=M3=M4=M5=1，M6=1.04，M7=0.88，M8=1.2，M9=1，M10=0.76。

所以S=3.24×10-4×1.04×0.88×1.2×1×0.76=2.70×10-4

3.4混凝土徐变

混凝土徐变按极限延伸率的0.5倍计算，其结果趋于安全，则：

CT=0.5SK=0.5×1.46×10-4=0.73×10-4

3.5不采取补偿措施的构件情况

当不采取混凝土冷缩和干缩联合补偿措施，即ε=0的情况时，将上述计算所得数据代入|ε-S-ST|=|0-2.7×10-4-1.84×10-4|=4.54×10-4

而SK+CT=1.46×10-4+0.73×10-4=2.19×10-4

由以上计算结果表明，不采取补偿措施，在正常施工及养护条件下，构件出现裂缝，影响使用及结构安全。

3.6掺入UEA膨胀剂

在本项目底板施工时，为了避免设置后浇带来的施工繁琐、工期长及质量难以保证等不利因素，决定采用游宝坤教授的研究成果，即在混凝土中掺入UEA膨胀剂，根据UEA补偿收缩原理，进而取消后浇带。

经研究表明，UEA掺入量10～12%（替代水泥量）范围内，对混凝土强度没有影响，其膨胀率ε=2～3×10-4。

本项目UEA掺入量按12%设计，产生膨胀率ε按中间值2.5×10-4计，其产生的膨胀率超过混凝土温差和干缩收缩率少许，既控制了收缩及温差等裂缝的产生，同时也避免因膨胀率过大，引起结构物产生过大压应力，从而对结构不利。

4.效果评价

经对完工的结构进行长时间的跟踪检测，在结构物在正常使用情况下，历经年内最高及最低温度期，均无可见裂缝产生，说明本项目混凝土中掺入UEA膨胀剂能够充分补偿长大结构及大体积混凝土的温差收缩和干缩变形，避免裂缝产生，达到结构物设计及施工取消后浇带的目的。

5.结束语

（1）掺入UEA膨胀剂对混凝土的温度收缩和干燥收缩进行联合补偿，对于长大混凝土构件及大体积混凝土的施工及设计具有积极意义。但使混凝土产生膨胀的钙礬石在化学反应过程中需吸收大量水分，如果养护期间不能确保混凝土处于湿润状态下反而使混凝土产生更大的干燥收缩，因此进行UEA膨胀混凝土施工时，必须制定严格养护方案及制度，加强养护。

（2）在实际施工中，不能简单地认为掺入了UEA膨胀剂后，即可取消后浇带而混凝土不会出现裂隙。而是要根据结构的尺寸、所在部位、变形约束情况、当地气候、所采用混凝土的特点等，先进行混凝土抗裂性能的计算分析，得出混凝土收缩量，从而设计配合比，确定UEA的最佳掺比例，才能设计出满足抗裂要求的补偿收缩混凝土。同时在施工过程中对混凝土的搅拌、震捣及养护等各个关键环节进行严格把控，专人负责，才能取得良好的抗裂效果。

（3）施工时需严格进行混凝土原材料和配合比的选定。①水泥采用达到国标GB175-2007《通用硅酸盐水泥》所规定各项技术指标要求的普通硅酸盐水泥。水泥不宜过细，水泥的比表面积不宜超过350m2/kg。尽量采用含碱量低的水泥，碱含量小于0.6%为宜。②宜采用天然水洗的中、粗砂，连续级配的石子。③严格控制混凝土的入仓温度，掺入适量粉煤灰，以减少水泥用量，进而减少水化热，降低混凝土温升，减少混凝土收缩。

（4）补偿收缩混凝土对构件的配筋设计要求为更严格，当钢筋分布及配筋率与补偿收缩混凝土相配合，可以达到更好的防裂缝效果。通常在构件尺寸突变和孔洞位置适当增设加强筋和箍筋，使混凝土膨胀时使钢筋产生预加拉应力，即储备混凝土膨胀能，从而避免混凝土出现收缩裂缝。

参 考 文 献

[1]张岩、王万德·大体积混凝土结构施工技术[M]·沈阳：东北大学出版社，2010，9。

[2]洪开荣·高层建筑施工关键技术[M]·北京：人民交通出版社，2011，5。

[3]陈寿根、杨家松、陈亮·地下建筑物防水施工技术[M]·北京：人民交通出版社，2004，01。

作者简介：周亚平，（1987年08月-），女，学历：本科，中铁二十五局集团第四工程有限公司