建筑结构施工中的膨胀混凝土技术的应用

王权

(山西六建集团有限公司，山西 太原 030000)

膨胀混凝土属于建筑工程中的常用施工材料，常见类型为：自应力混凝土，因外力作用产生的压应力可抵消水泥收缩的拉应力，具有良好的力学性能优势；补偿性收缩混凝土，在外力作用下发生膨胀，产生的压应力达到0.2MPa～0.7MPa。在建筑工程中采用膨胀混凝土后，可补偿收缩压力以及减少混凝土龟裂病害，但各类膨胀混凝土的适用范围、施工方法均有所不同，需要合理选择与应用。基于此，下文重点研究建筑工程的补偿收缩膨胀混凝土技术，确定技术应用要点，利用膨胀混凝土提高建筑结构施工质量[1]。

1 工程概况

某建筑工程共5层，地下1层，地上4层，地下室底板厚400mm、墙厚300mm，地上部分檐高21.9m，长度80.8m，宽度59.6m。基础底板及侧壁采用抗渗等级为S6的C35混凝土，掺入6%的ZY膨胀剂。地下室属于本建筑工程的重点施工部位，采用的是超长梁板混凝土结构，用补偿收缩膨胀混凝土加强带取代温度后浇带，可提升结构的密实性、完整性、抗渗性能，加快地下室梁板混凝土结构施工速度[2]。

2 补偿收缩混凝土配合比设计

1)根据设计所需的强度、抗渗性、膨胀性等要求设计补偿收缩混凝土的配合比，本次设计以JGJ 55《普通混凝土配合比设计规程》为主要指导，结合工程环境确定配合比。精心挑选膨胀剂，严格控制膨胀剂的用量，确保混凝土的膨胀率达标。

2)根据设计要求的限制膨胀率控制单位膨胀剂用量，进行配合比试验，根据试验结果确定最佳的膨胀剂用量。考虑补偿收缩混凝土和填充用膨胀混凝土两类，单位混凝土中膨胀剂含量的最小值和最大值，如表1所示。

表1 单位混凝土中的膨胀剂用量控制

3)根据混凝土的抗冻性要求设计水胶比时，必须严格遵循GB 50010《混凝土结构设计规范》的规定；根据混凝土的抗压强度设计水胶比时，试验龄期为28d。

4)补偿收缩混凝土的水胶比不超过0.50。

5)根据水胶比和单位用水量确定胶凝材料用量，满足“B=C+E+F”的关系，其中B为单位胶凝材料用量，C、E、F分别为单位水泥、膨胀剂、掺和料的用量[3]。

3 膨胀混凝土技术的应用要点

3.1 技术应用原理

在建筑结构施工中采用膨胀混凝土后，其硬化时发生膨胀，混凝土受压、钢筋受拉，若压应力和拉应力平衡，则有：

Ac.σc=As.Es.ε2

μ=As/Ac，则

σc=μ.Es.ε2

(1)

式中，σc-混凝土预压应力(Mpa)

As—钢筋截面积；μ-配筋率(c/0)；Ac-混凝土截面积；Es-钢筋弹性模量(Mpa)；ε2-混凝土的限制膨胀率(%)

由(1)式可见，σc与ε2成正比关系，而限制膨胀率ε2随UEA掺量增加而增加，所以，通过调整UEA掺量，可使混凝土获得0.2～0.7MPa的预压应力，根据水平法向力σx分布曲线，设想在应力量大地方施加较大的膨胀应力σx，而在两侧施加较小的膨胀应力。

3.2 膨胀加强带施工

3.2.1 布设位置

在原设计方案留设后浇带的位置设置膨胀加强带，带宽以2m～3m为宜，此宽度超过原后浇带的宽度，需在原设计方案的基础上进行调整，最终确定带宽为2m，较大的宽度可提升膨胀加强带的收缩补偿性能。

3.2.2 膨胀加强带的施工方法

以加强带为界，划分为东区、西区两段，采取流水化施工模式。先浇捣东区混凝土，在东侧设置施工缝，再同步施工西区混凝土和加强带。两个分区均采用内掺6%ZY膨胀剂的C30混凝土，膨胀加强带所用混凝土的强度等级提高至C35，膨胀剂掺量增加至10%，设置具有较大膨胀量的加强带用于挤压两侧，保证抗渗效果。

在加强带和原混凝土间设置2道Φ5mm钢丝网，并以焊接的方式进行稳固，或通过钢筋骨架与上下水平及竖向加固筋绑扎至一体，额外增设竖向Φ12钢筋，布设间距为300mm，强化加固效果，混凝土防护层厚度不少于2.5cm。

3.3 补偿钢筋设计与施工

在膨胀加强带处沿着垂直于加强带的方向设置补偿钢筋，直径比构造筋小1～2个规格，延伸至加强带两侧0.5m，布设间距为水平构造筋的2倍，墙板膨胀加强带的补偿钢筋绑扎在底筋和面筋上，顶板膨胀加强带的补偿钢筋绑扎在面筋处。加强带两侧用密孔铁丝网拦起，并用钢筋绑扎，保证用作防护的铁丝网具有稳定性。铁丝网的搭接量不超过5cm，墙体后浇膨胀加强带的两侧设置橡胶止水带，提升局部抗渗漏性能[4]。

3.3.1 设计要求

1)以《混凝土结构设计规范》(GB 50010)为准，设计构造钢筋及特殊部位的附加筋。在增设补偿钢筋后，应充分提升补偿收缩混凝土的综合性能。

2)根据结构部位设计最小及最大的限制膨胀率，例如平板、梁、墙体、填充部位等均做针对性的考虑，各自的限制膨胀率控制要求如下：平板结构的最小限制膨胀率为1.5×10-4，最大限制膨胀率为3×10-4；梁、墙体结构的最小限制膨胀率为2.0×10-4，最大限制膨胀率为4×10-4；后浇带、膨胀加强带等填充部位的最小限制膨胀率为2.5×10-4，最大限制膨胀率为5×10-4。

3)相比膨胀加强带两侧混凝土强度等级，加强带部位需采用高一级的膨胀混凝土进行施工。

4)膨胀加强带设置在后浇带处，部分或完全取代后浇带；宽度为2m～3m，具体根据构件的厚度做灵活的调整；两侧设置密孔铁丝网，用于分隔膨胀加强带内、外部的混凝土。

5)贯通布置抵抗温度收缩的钢筋，必要时根据“细且密”的要求设置钢筋，若需额外设置构造钢筋网，需要稳定搭接在原钢筋上，搭接位置及搭接长度根据受拉钢筋施工要求进行控制。

3.3.2 附加钢筋的配置

1)梁两侧腰筋的间距不超过200mm。

2)对于墙体高度的水平中心线上下500mm内，水平筋间距不超过100mm。

3)对于大型建筑结构，需设置长度为“带宽+1000mm”、直径不超过10mm的附加筋，垂直于膨胀加强带的方向。

4)在墙与墙、墙与柱相交的部位设置附加钢筋时，需考虑到与之相交的柱、墙结构分布位置，判断是否会影响水平筋配筋，妥善协调附加钢筋的布设位置。相邻部位的水平钢筋的规格为直径8mm～10mm，长度1500mm，增加量为原同向钢筋配筋率的10%～15%，插入柱与相邻墙内的部分不少于150mm，其它部分均插入墙内。

5)对于结构截面变化部位、开口部位的出入口、楼板预留孔洞等部位，提高钢筋配置率，但要协调好各配筋的位置关系。

6)建筑平面形体呈明显的凹凸状时，需在建筑两端阳角与山墙的楼板、整体浇筑且有明显约束作用的楼板设温度钢筋[5]。

3.4 膨胀混凝土施工

3.4.1 混凝土的选取

加强带，采用ZY膨胀剂大膨胀混凝土，内掺10%ZY膨胀剂；加强带两侧，采用小膨胀混凝土，内掺6%ZY膨胀剂。以配合比为准，选择质量达标的水泥及其它材料进行拌制，经检验确认混凝土的各项性能均达标后，及时泵送到位。

3.4.2 施工缝的处理

全面清理施工缝的松散石子，用水冲洗使施工缝维持干净且湿润；完成施工前的处理工作后，用加强带的混凝土原浆套浆，再正式浇筑混凝土。

3.4.3 混凝土的浇灌

浇灌前，根据图纸要求安装模板、绑扎钢筋；清理模板上的杂物，均匀涂刷脱模剂；严格控制模板的安装位置，保证模板缝的严密性，防止浇灌的混凝土经由板间缝隙漏出；检查加强带的绑扎情况，要求位置准确、稳定可靠；待模板、钢筋均布设到位后，需细致检查所有材料，确认无误可正式浇灌混凝土。混凝土浇灌要点，如下。

1)自拌泵送混凝土，用微机自动控制，保证原材料用量的准确性。装载车负责上料，水泥不可受潮结块、过期，石子粒径为15mm～25mm，且不掺杂影响混凝土性能的杂物；由专员按照配合比称量ZY膨胀剂，材料用量误差不超过0.5%。拌制混凝土后，技术人员及时检验坍落度、均匀性，评价混凝土的性能；若砂、石含水率变化，需要根据最新的材料特性调节水灰比；准确控制拌和时间，可在普通混凝土拌和时间的基础上延长30s～60s。

2)底板、外墙的混凝土均要连续浇筑，不可产生冷缝。

3)ZY膨胀带采用的是结构自防水的防水原理，在浇灌混凝土时必须充分振捣，但要避免过振。根据混凝土的特性，将振捣时间控制在10s～30s。振捣遵循“快插慢拔”的原则，均匀布置各插点，逐点有序振捣。

4)在预埋件、施工缝处浇灌混凝土时，需要充分振捣，使混凝土密实，但需严格控制振捣设备的作业点位，不可碰触模板、钢筋等既有材料，否则将偏位、变形、受损，引起质量问题。

5)混凝土初凝时间≥3h，接茬时间不超过试配初凝时间的一半。

6)分层浇筑混凝土，振捣本层时将振捣器插入前一层50mm～100mm，连同两层共同振捣的作用在于消除层间接缝，保证相邻两层的稳定结合。

7)底板混凝土浇筑完成后，用木抹子搓压表面，处理时间为混凝土表面收干后、终凝前，消除表面失水缩缝以及塑性沉降。反复抹压至少3遍，且必须在混凝土终凝前完成抹压。收光抹面后进行养护，浇水时间安排在混凝土硬化后的12h～24h，使混凝土表面保持湿润，以便正常成型。本工程底板混凝土施工恰逢低温天气，因此采取保温保湿措施，避免混凝土冻伤。

3.4.4 混凝土的养护

养护是提高ZY膨胀混凝土施工质量的重要方式，需由专员负责，养护要点如下。

1)在混凝土终凝后4～12h开始养护，养护时间不少于14d，可根据养护情况适当延长时间。

2)底板厚度为400mm，在浇筑后的2d～3d，中心温度提升至40℃～45℃，而底板混凝土浇筑时间为12月，气温以5℃～15℃居多，混凝土温度和气温的差异较大，可能产生温度裂缝。针对此养护条件，向底板混凝土表面覆盖塑料薄膜进行保温防护，洒水按照每天2～3次的频率进行，若现场气温骤降，则加覆薄膜和草袋，进行保温保湿养护[6]。

3.5 细节部位的处理

3.5.1 施工缝接茬的处理

首先，对施工缝的混凝土面凿毛，清理凿除部位杂物，用水冲洗以保证施工缝的洁净度，使施工缝维持湿润；随后，铺设同标号ZY水泥砂浆，厚度为20mm～30mm；最后，浇筑混凝土。

3.5.2 外墙壁施工缝外侧处理

拆模后，施工缝外表面存在明显槎缝，影响建筑结构的表观质量甚至削弱结构的抗渗性能，为保证施工质量，用ZY防水砂浆处理外墙板施工缝外侧，方法如下。

1)对施工缝上、下各5cm范围凿毛，用清水清理杂物直至施工缝保持干净为止。

2)用内掺7%ZY的水泥净浆，在处理部位的表面涂抹厚度为1mm～2mm的净浆层，此外也可掺入界面剂，用该外加剂增强粘结力。

3)待净浆层稍干后，再次涂抹ZY水泥砂浆，此部分浆液的配合比为(水泥+ZY)∶砂∶水=(0.93+0.07)∶2.0∶0.38～0.40，厚度控制在4～5mm。

4)经过清理、多道涂抹后，在随后的8h～10h洒水养护，养护时间至少为14d。

4 结语

综上所述，建筑结构施工中常采用膨胀混凝土，用此类材料提高结构的密实性、抗渗性能，保证建筑结构施工质量。膨胀混凝土施工技术的应用细节多，本文结合建筑工程实例进行了分析，确定膨胀混凝土的材料选用方式、施工流程及施工要点，并阐述施工缝接茬、外墙壁施工缝外侧、外墙蜂窝麻面等细部的处理措施，最终采用膨胀混凝土有效建成建筑结构，具有提质增效的效果。实践表明，本工程采用的膨胀混凝土施工技术具有可行性，可为同仁提供参考。