蓄水建筑物连续膨胀加强带混凝土抗裂技术应用研究

□李志红

近年国家对南水北调中线配套调配水工程项目投资逐渐增多，水厂工程项目施工中经常会涉及混凝土蓄水建筑物施工。承德市双峰寺地表水厂工程的大型蓄水建筑物混凝土采用连续膨胀加强带混凝土，对连续膨胀加强带混凝土工作的原理、特点优势、施工方法及注意事项等方面进行了初步研究，总结积累了连续膨胀加强带混凝土的施工经验。连续膨胀加强带替代传统后浇带施工，在工程质量、施工进度、社会效益和经济效益等方面具有明显优势，在未来类似工程中将会越来越多地得到应用。

1.工程概况

承德市双峰寺地表水厂位于河北省承德市双峰寺镇，一期净水厂工程规模为6万m3/d，净水厂工程滤池、混凝沉淀池、清水池等蓄水构筑物尺寸较大，这些蓄水构筑物基础设计为筏板结构，墙体为薄壁钢筋混凝土结构，混凝土标号为C30P8F200，设计中对结构混凝土的完整性、抗渗及抗裂要求严格，设计要求采用设置连续膨胀加强带混凝土进行连续无缝施工。该工程蓄水构筑物连续膨胀加强带混凝土设计宽度2.0m，厚度为结构厚度，膨胀加强带混凝土标号为C35P8 F200，与普通混凝土两相邻处设计为密目钢丝网，膨胀加强带混凝土上下层布设加强筋。双峰寺地表水厂蓄水构筑物连续式膨胀加强带混凝土结构见图1。

图1 双峰寺地表水厂蓄水建筑物连续膨胀加强带混凝土结构图

2.工作原理

连续式膨胀加强带混凝土的关键技术在于向混凝土中掺加一定量的SY-G膨胀抗裂剂，SY-G膨胀抗裂剂是结构抗裂和自防水的理想材料。其工作原理在于利用掺加SY-G膨胀抗裂剂的连续式膨胀加强带混凝土在硬化过程中形成大量钙矾石、氢氧化钙晶体，使混凝土适度产生膨胀，在钢筋和邻位约束下，钢筋受拉、混凝土受压。根据业内有关经验推论，当钢筋拉应力与混凝土压应力互相平衡时，混凝土预压应力与混凝土限制膨胀率之间为正比关系，而限制膨胀率随SY-G膨胀抗裂剂的掺量增加而增加。通过配合比试验调整SY-G膨胀抗裂剂的掺量，可使连续式膨胀加强带混凝土获得0.3MPa-0.7MPa左右的预压应力，用以补偿结构的收缩应力，从而避免构筑物砼出现渗漏裂缝。

3.特点优势

连续膨胀加强带混凝土是利用连续膨胀加强带混凝土替代传统后浇带实现混凝土连续施工的一种施工工艺。连续膨胀加强带混凝土施工技术具有以下优点：

一是连续膨胀加强带混凝土通过掺加一定比例SY-G膨胀抗裂剂，使膨胀加强带混凝土在水化形成晶体过程中产生微膨胀，利用膨胀混凝土微膨胀产生的膨胀应力来消减部分混凝土硬化过程中产生的收缩应力。同时在钢筋及邻位的约束作用下，混凝土受压、钢筋受拉，使钢筋和混凝土所受应力大致平衡，提高了蓄水构筑物的整体抗裂、抗渗性能，避免了混凝土渗漏裂缝的产生。二是采用连续膨胀加强带混凝土的设置替代后浇带，使超长混凝土构筑物混凝土施工工艺得到了简化，实现了混凝土结构的无缝、连续施工，可以保证构筑物施工质量，还可以有效缩短施工工期。传统后浇带须等一期结构混凝土完成且间隔42天后才能施工，后浇带施工工艺需要对施工缝进行凿毛、设置止水钢板等处理措施，施工过程中质量隐患较多，有效降低了工程成本。

4.施工方法

连续膨胀加强带混凝土特点是膨胀混凝土、连续、无缝施工，其施工工艺流程为：膨胀加强带混凝土测量定位→膨胀加强带混凝土架立筋、密目钢丝隔离网及加强钢筋制安→同时自两端对向浇筑两侧普通混凝土→膨胀加强带混凝土浇筑→养护。

4.1 膨胀加强带混凝土测量定位

双峰寺地表水厂设计在蓄水构筑物底板、池壁中部位置分别设置了宽2.0m的膨胀加强带，测量人员根据设计测放连续膨胀加强带位置，进行明确标识。连续式膨胀加强带测量定位时应将构筑物底板、池壁结合进行，避免构筑物的膨胀加强带位置发生错位，以保证构筑物筑物的整体抗裂性能。

4.2 膨胀加强带混凝土架立筋、密目钢丝隔离网及加强钢筋制安

膨胀加强带混凝土两侧安装密目钢丝网，目的是将带内膨胀混凝土与带外普通混凝土进行隔离。首先在构筑物钢筋内膨胀加强带位置两侧竖向绑扎Φ22@300、横向绑扎4根Φ14的支撑筋（其长度由设计根据构筑物厚度确定），将网孔直径5mm的密目钢丝网安装在膨胀加强带混凝土结构的两侧。密目钢丝网施工时要将上下水平钢筋、钢丝网及竖向筋焊接牢固，以免振捣混凝土时密目钢丝网产生开裂，造成相邻混凝土混入膨胀加强带内，影响膨胀加强带混凝土的施工质量。工程设计中在膨胀加强带混凝土的上下部双向增加布设Φ8@200钢筋进行加强，膨胀加强带的钢筋制安时要求伸入到两侧普通混凝土内1m。

4.3 膨胀加强带混凝土拌制

根据承德市双峰寺地表水厂工程中超长蓄水构筑物设计要求：超长蓄水构筑物膨胀加强带混凝土标号C35 P8 F200，在混凝土中均掺入抗裂密实防水剂，以提高混凝土的抗裂防渗漏性能，最大裂缝宽度≤0.2mm，混凝土膨胀剂应低碱，碱含量≤0.4%，掺加后混凝土限制膨胀率应为：水中14天0.015%，水中14天转空气中28天的限制膨胀率-0.03%。依据设计文件及JGJ55000《普通混凝土配合比设计规程》的有关规定要求，并参照中国建筑材料科学研究院的《超长钢筋混凝土结构无缝设计和施工方法》成功经验，膨胀加强带混凝土材料水泥选用水化热低、性能稳定的P.O.42.5R普通硅酸盐早强水泥；砂为洁净中砂，细度模数为2.3～2.5；碎石粒径为5mm～25mm，且含泥量、泥块含量、针片状含量及压碎指标符合建筑用粗骨料Ⅱ类质量标准；掺合料粉煤灰为Ⅱ级原状粉煤灰，其各项指标均符合GB1596中Ⅱ级粉煤灰技术标准要求；水为洁净饮用水。连续膨胀加强带混凝土掺加聚羧酸减水剂、CSA抗裂防水剂、SY-G膨胀抗裂剂。选用当地信誉好、规模大的混凝土商品砼供应商拌制供应商品混凝土。经过试验室反复试验调整砂率、水灰比，合理控制混凝土的坍落度、减少单位用水量、减少水泥用量，最终确定了膨胀加强带混凝土配比。膨胀加强带混凝土配合比见表1。

表1 膨胀加强带混凝土配合比表

一般膨胀加强带混凝土强度标号比结构普通混凝土增加一个标号，此工程中膨胀加强带混凝土标号为C35 P8F200。为提高膨胀加强带混凝土的性能，膨胀加强带混凝土拌制时按“碎石→水泥、粉煤灰→外加剂→砂→水”的先后顺序投料。拌制膨胀加强带混凝土时搅拌时间比普通混凝土增加40s，连续膨胀加强带混凝土搅拌时间应为180s，先干拌60s，然后再湿搅120s。

4.4 膨胀加强带混凝土浇筑振捣

混凝土料浇筑应采用两台混凝土泵车从两端对向向中间浇筑、先施工膨胀加强带外后进行膨胀加强带内连续浇筑施工的方法，齐头并进实现“连续浇筑”。浇筑施工前根据浇筑工程量进行浇筑仓面规划，合理组织人员、机械，进行科组组织分班作业，并结合砼供应情况进行适当分层，保证砼浇筑连续不间断。混凝土入仓采取阶梯式入仓浇筑的方式，浇筑施工期间的时间间隔不宜超过1.5小时。蓄水构筑物膨胀加强带混凝土振捣采用50型插入式振捣棒，振捣时插入下层混凝土深度不小于5cm，振捣间距不得大于35cm。振捣同时要做到快插慢拔，振捣点均匀排列，按顺序进行，逐点移动，作到均匀振实，不出现欠振、漏振、过振。混凝土振捣时间宜控制在10s左右，振捣效果使混凝土表面出现浮浆，且不再有气泡出现、混凝土不再下沉为止。混凝土浇筑振捣完毕后要及时收面，在混凝土初凝前应先用木搓子搓压混凝土表面，混凝土终凝前再用机械磨光机、铁抹子重复抹面2～3遍、压光，避免混凝土表面形成裂纹。

4.5 膨胀加强带混凝土养护

膨胀混凝土在湿润环境能更好的发挥膨胀混凝土的膨胀效能，因此混凝土施工规范对于掺膨胀剂具有抗裂及补偿收缩性要求的膨胀加强带混凝土的养护要求更加严格，构筑物混凝土原浆收面后，连续膨胀加强带混凝土刚初凝硬化期间，及时采取保湿、覆盖养护。对水平构筑物混凝土，可采用定时洒水、覆盖塑料布、铺湿麻袋等保湿养护方法。对于墙体膨胀加强带混凝土浇筑完48h、强度达到规定后，可以松动模板对拉螺栓使模板和构筑物混凝土分离形成2mm～3mm的间隙，随后从顶部用多孔淋水管进行浇水养护，确保上部淋水通过模板与墙壁间进入构筑物混凝土内，保持混凝土表面润湿。连续膨胀加强带混凝土养护时间为28d。

5.注意事项

连续膨胀加强带混凝土SY-G膨胀抗裂剂的掺加量直接影响着其补偿收缩混凝土特性，因此SY-G膨胀抗裂剂的添加量显得十分重要。搅拌站拌和施工使用的混凝土配合比单，应经过试验室试配确定。现场施工管理人员、质量人员应加强检查、监督，严格按配比单要求的数量控制SY-G膨胀抗裂剂的掺量，不得随意少掺或多掺，以免影响膨胀加强带混凝土的界限膨胀率。连续膨胀加强带混凝土拌和时间应比普通混凝土延长40s，其混凝土坍落度一般控制在12cm～18cm。

连续膨胀加强带混凝土浇筑布料采用两个浇筑仓面自两头往中间推进、先浇筑膨胀带外混凝土后浇筑膨胀带内连续浇筑的方法。应按要求编制连续膨胀加强带混凝土专项施工方案，并经监理工程师审批后实施。项目部技术人员应向施工管理人员、操作人员进行施工技术交底，交代清楚连续膨胀加强带混凝土的施工方法、注意事项等。施工中生产经理、技术负责人应进行跟班作业，进行现场施工检查和指导，保证连续膨胀加强带混凝土规范施工。

连续膨胀加强带混凝土的养护十分重要，应树立养护质量决定混凝土质量的意识，建立严格的混凝土养护制度，现场设置专门养护人员，及时进行浇水覆盖养护，使混凝土保持湿润状态，养护期不得少于28d。

承德市双峰寺地表水厂采用连续膨胀加强带混凝土技术，通过向混凝土中掺加SY-G膨胀抗裂剂，利用膨胀混凝土的微胀变形补偿收缩产生的自应力，实现超长蓄水建筑物混凝土连续无缝施工，以连续膨胀加强带替代传统的后浇带，既满足了超长蓄水建筑物结构防水抗渗、强度、整体性要求，缩短了工期、简化了施工工艺，取得了良好的效益，将会更多地应用到类似工程之中。