混凝土结构抗裂无缝施工技术探讨

郑海彬

1.大面积混凝土无缝施工技术方案设计

1.1 膨胀加强带的设置

在现浇大面积混凝土结构时，为防止混凝土收缩开裂，常采用后浇带的处理方法，这种方法虽然可以基本解决混凝土收缩开裂问题，但需二次浇注，工期长，后浇带两边形成施工冷缝，稍有不慎，就会对防水造成隐患[1]。

依据膨胀剂混凝土的补偿收缩原理，用“膨胀加强带”代替后浇带（见图1），施行连续施工，既缩短了施工工期，又避免了施工缝的出现，具体方法如下：大面积混凝土使用少掺量膨胀剂的补偿收缩混凝土，内掺量8%，以期在3个月内混凝土中不产生拉应力，并使整个结构外形尺寸相对稳定，在结构长向按设计需要分块，采用高一强度等级混凝土，采用大掺量膨胀剂的膨胀混凝土，称为“加强带”，带宽宜为2m，内掺量10%。加强带交接处，用密孔铁丝网隔断，在铁丝网两侧同时或间歇式浇注不同配比的膨胀剂混凝土，达到一次连续浇注的目的。加强带混凝土有较强的邻位限制（接近刚性限制），提高了膨胀能的储备，抵消混凝土由于后期收缩而产生的拉应力。

加强带应满足设计要求和带区内长边混凝土不应超过50m的常规要求，宜布置在拉应力较大、配筋变化及截面突变的部位及应力集中的部位。

1.2 混凝土配合比设计

膨胀混凝土用于大面积混凝土结构无缝施工，其限制膨胀率设计和设定非常重要，膨胀率偏小，则补偿收缩能力不足，膨胀率过大，对混凝土强度有明显的影响。根据设计要求，现浇地下室钢筋混凝土采用普通水泥，混凝土强度等级为C35,抗渗等级p6的UEA补偿收缩混凝土，（按胶凝材料用量8%内掺UEA膨胀剂），混凝土的膨胀率必须满足2.5×10-4以上，收缩必须满足4.5×10-4以下。

图1 UEA混凝土加强带示意图

（1）UEA膨胀剂。膨胀剂作用：①替代部分掺合料，降低用水量，减少水泥用量，降低水化热；②增长混凝土的凝结时间；③改善混凝土性能，提高混凝土的密实性和抗渗性；

（2）掺合料：Ⅱ级粉煤灰（F）。粉煤灰作用：①替代混凝土的部分水泥，减少水泥用量，降低混凝土水化热；②改善混凝土和易性，提高混凝土的中、后期强度；是混凝土抗裂的有效掺和材料。

（3）配合比设计。原材料：①水泥采用旋窑水泥P.042.5；②采用机制砂（Ⅱ区中砂），细度模数控制在2.8～3.0，含泥量3.0%以下；③采用（05～31.5）mm连续级配碎石，含泥量1.0%以下；④Ⅱ级粉煤灰（F）,Point-400缓凝高效减水剂；⑤UEA膨胀剂。

2.大面积混凝土抗裂的验证分析

根据配比，C35P6混凝土单方水泥用量Wc=342kg/m3，混凝土表观密度ρ=2400kg/m3，由水化热引起混凝土内部的绝热温升Tmax，通过公式（1）计算，得Tmax=59.4℃。

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

考虑基础上、下表面散热，散热系数为0.5～0.6，根据其厚度，取0.5，则由水化热引起的混凝土温升值为T1=0.5×Tm=29.7℃。

考虑当地昼夜平均温差T2，取T2=5 ℃，则：混凝土的最大冷缩值ST=α(T1+T2)=3.72×10-4(α 为混凝土热膨胀系数。平均为1×10-5/℃)

混凝土一个月最大收缩值，按公式S（t）=3.24×10-4(1-е-0.01t)×m1×m2......m10计算，并考虑水灰比、配筋率和环境湿度影响，取m4=1.21,m7=1.13,m10=0.90,则S（t）（30）=1.03×10-4二项最不利组合为ΣS=S（t）（30）+ST=4.50×10-4

钢筋混凝土极限拉伸值，由经验公式Sk=0.5f(1+u/d)×10-4计算，按C35混凝土，直径20mm钢筋，配筋率为0.5%的结构计算：Sk=0.5×2.5(1+0.5/2)×10-4=1.564×10-4。考虑徐变影响，混凝土的徐变可以缓解应力集中，减轻或防止裂缝的发生，趋于安全地取值为弹性极限的60%，则Sk=1.563×10-4(1+0.6)=2.50×10-4。钢筋混凝土不裂条件：

ε2m-补偿收缩混凝土的最大限制膨胀率；Sk-混凝土极限拉伸值。

当采用普通混凝土时，ε2m=0，则ST+S（t）=4.50×10-4＞2.50×10-4，不能满足混凝土不裂条件，可能使混凝土结构开裂。

当采用UEA补偿收缩混凝土，其限制膨胀率取2.5×10-4（设计要求），考虑横向钢筋约束作用（Vc=0.2），则：

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

满足混凝土不裂条件，说明在最不利组合条件下，混凝土不会有开裂的可能，因此，超长混凝土结构要解决因混凝土干缩和冷缩而导致混凝土开裂问题，从混凝土材料角度来说，采用UEA补偿收缩混凝土是行之有效的，从现场施工来看，采取措施后也是切实可行的。

3.大面积混凝土的无缝施工

（1）充分做好浇灌混凝土前的准备工作，认真检查模板、钢筋，并保持模板湿润，在加强带处设密孔铁丝网隔断。

（2）地下室底板采用“一个坡度、薄层浇筑、循环推进、一次到顶”的方案。先清除阶梯密孔铁丝网上及水平面上混凝土的浮浆和松动石子，用水清洗表面后刷一层掺10%UEA水泥浆，而后浇筑加强带，最后继续浇捣底板和墙体混凝土。地下室底板、墙、顶板皆以膨胀带为施工缝，一次完成混凝土浇注方法，即自然流淌斜面分层浇筑[2]。

（3）各工区均要求在初凝期内连续浇灌，连续时间不得超过其初凝时间，超过初凝时间须按施工缝处理——凿毛、清理、预留止水槽，铺UEA砂浆，再浇注。先浇注C35混凝土，到加强带部位改用C40混凝土，连续浇筑。混凝土浇注方法采用阶梯式分层浇注，每层下料高度不超过50cm。如果因模板或施工等原因，而不能连续浇筑，那么最好在加强带一边，并埋置止水钢板。

（4）膨胀加强带施工。①膨胀加强带内钢筋连通，上下另附加15%的附加纵向钢筋，钢筋两端伸出加强带2.0m，提高一个混凝土强度等级，以增强加强带的刚性。②以膨胀加强带为界分段施工，释放热量。按照膨胀加强带的位置确定混凝土浇筑方向。在混凝土浇筑至膨胀加强带附近时，应注意使用振动棒插捣点与密目快易收口网保持距离不小于30cm，并不得过振。③浇筑时，注意严防其它部位混凝土进入膨胀加强带内，以免影响混凝土结构质量。严禁混凝土散落在尚未浇筑的部位，以免形成潜在的冷缝或薄弱点。浇筑混凝土前的润管砂浆采用灰斗集中收集，拆管排除故障或其它原因造成的废弃混凝土及时清理干净，严禁进入工作面。④各部位混凝土一定要在初凝前接槎，避免施工冷缝，一旦出现冷缝，要严格按施工缝处理办法进行处理。

（5）混凝土下料厚度每层以50cm为限，往复式逐步向前推进的施工方法，每层混凝土振捣必须密实、不漏振、欠振、过振，要快插慢拔，振点布置均匀。

（6）振捣棒严禁直接搭在钢筋上振捣，以免对处于硬化初期的混凝土结构造成破坏。

（7）底板混凝土表面收干后，须用木抹刀槎压表面至少三遍，接近终凝时，应用抹子进行两次抹压面，以消除混凝土表面微裂缝或沉降缝（或用压光机压光），并用草袋覆盖，待终凝后即浇水、泡水养护，专人保湿养护，养护期不少于14d。

（8）墙体浇注终凝后即开始在墙顶布设带孔塑料管淋水养护。待侧模拆后迎风面须加披草袋润湿养护，专人保湿养护，养护期不少于14d。

4.后期质量效果

从开始浇注底板混凝土起，经过近两个月的连续施工，地下室补偿收缩混凝土工程全部结束。经检测，均满足设计要求，混凝土工程质量优良。由于墙与柱连接部位是变截面部位，容易产生应力集中而开裂。通过增加横向温度配筋，本工程避免了敏感部位产生裂缝,膨胀加强带周边也未产生裂缝和渗漏。

5.总结

综上所述，工程大面积现浇混凝土结构无缝施工抗裂，应精选配合比，尽可能设法提高混凝土抗裂能力，改善混凝土自身性能。加入UEA膨胀剂的混凝土施工时应注意掌握好抹压的时机和力度，充分洒水养护。可加快施工进度，虽然会增加相应的材料成本，但是同比后浇带繁琐工序，更减少成本投入，同时解决了因施工不当而造成的结构渗漏等隐患，是利大于弊的。