膨胀加强带替代伸缩后浇带的技术应用

2024-02-27何剑波

山西建筑 2024年5期

何剑波

(福建省惠东建筑工程有限公司,福建惠安 362100)

在长度和面积较大的混凝土结构施工中,为预防混凝土因温度和干缩应力引起开裂,需设置后浇带释放应力,间隔40 m左右设置一道,40 d～60 d再浇筑为整体。这种传统伸缩后浇带存在着诸多弊端,比如工期长、容易造成接缝处开裂及渗漏等。后浇带从底板到顶板贯穿整栋建筑结构,导致梁、板钢筋断开后搭接、焊接及凿毛、清理等工序烦琐。在实施中,将传统伸缩后浇带工艺优化为膨胀加强带,并在两侧设置适当的膨胀过渡区。利用掺加UEA微膨胀混凝土的膨胀量抵消收缩量,获得混凝土自身补偿收缩效果,实现无缝连续施工,为推广及应用该技术积累宝贵的实践经验[1]。

1 工程实例概况及施工难点

1.1 工程实例概况

本文以深圳劲嘉工业园区6号厂房工程为例,探讨混凝土结构施工中膨胀加强带替代伸缩后浇带技术应用的可行性和工程效益。工程单体建筑面积约4.9万m2,地下2层,基坑坑底标高为-10.650 m,部分基坑挖深为-12.55 m,集水井落差2.0 m～3.3 m,地下水较丰富;地上7层,其中最大跨度为9 m,呈长方形,南北最长约112.9 m,东西最长约62.1 m,最大单层建筑面积最大约7 000 m2。

1.2 施工难点

本工程因单块板面混凝土面积大且长度长,根据传统工艺要求需将其划分为多个区域,地下室侧墙、底板及楼板都设有后浇带。由于基坑挖深超10 m,地下水丰富且水位较高,传统后浇带封闭时间长,雨季降水难度增加。若采用常规设置后浇带的工艺施工,将面临建筑结构整体性差、收缩裂缝难以控制、存在渗漏隐患、后浇带工艺繁杂且模板支撑体系庞大等技术难题,工程质量和工期难以保证。

2 技术特点和区别

膨胀加强带及相邻过渡区浇筑相应膨胀率的混凝土,而后浇带只需带内浇筑膨胀混凝土。有防渗要求部位,间歇式膨胀加强带单侧存在施工缝,仅设一道止水钢板;连续式膨胀加强带无施工缝,无需设止水钢板;而传统后浇带有两道施工缝需设两道止水钢板。钢筋混凝土结构主要通过“抗和放”结合来抵抗裂缝产生。连续式膨胀加强带属于“抗”的表现,是利用膨胀混凝土及附加筋来抵抗混凝土收缩产生的拉应力[2-4]。间歇式膨胀加强带和后浇带方式,是利用先预留再浇筑达到释放收缩应力属于“放”,浇筑的膨胀混凝土其膨胀作用属于“抗”的方式,达到“抗、放”结合。

3 膨胀加强带技术探究及本工程方案确定

3.1 膨胀加强带工作原理

膨胀加强带是根据收缩应力的分布特点,利用膨胀预应力来补偿混凝土收缩应力。位置一般按常规后浇带设置[5]。膨胀混凝土的膨胀源UEA是以高铝熟料为主要原料,通过产生膨胀预压应力,来补偿抵消混凝土结构因收缩产生的拉应力,从而替代为释放收缩应力而设置的后浇带,延长浇筑区段长度,实现建筑物的无缝施工。在膨胀混凝土的膨胀作用和钢筋的约束下,混凝土受压,钢筋受拉(见图1)。

当混凝土压应力δc与钢筋拉应力δs二者平衡时:

Ac·δc=As·δs=As·Es·ε

(1)

其中,Ac为混凝土截面积,mm2;δc为混凝土预压应力,MPa;As为钢筋截面积,mm2;δs为钢筋拉应力,MPa;Es为钢筋弹性模量(取2.0×105MPa);ε为混凝土的限制膨胀率,也即钢筋的伸长率,%;μ为配筋率,%。

配筋率μ=As/Ac代入式(1),得到混凝土预压应力δc=u·Es·ε。

由式(1)得知,在μ和Es固定的条件下,δc与ε成正比例关系。

不同的UEA的掺量(10%～15%),配筋率μ取0.785%,可使不同部位获得(0.2 MPa～0.7 MPa)不等的预压应力δc。ε随UEA掺量的增加而增加,δc也随之增加,混凝土补偿收缩能力增强。调整不同部位UEA掺量,实现补偿混凝土干缩和温差产生的拉应力。

3.2 常见膨胀加强带分类

膨胀加强带常见的有连续式和间断式加强带两种。

3.2.1 连续式膨胀加强带

“连续式膨胀加强带”无施工缝,施工时膨胀加强带和两侧结构同时浇筑。施工流程如图2所示。

3.2.2 间歇式膨胀加强带

“间歇式膨胀加强带”有一条施工缝,施工时膨胀加强带一侧间断施工,另一侧无缝连续施工。施工流程如图3所示。

3.3 膨胀加强带适用范围

混凝土结构存在复杂性和特殊性,膨胀加强带在替代后浇带施工时,不能盲目地一概而论、取而代之。膨胀加强带的优越性并不是适用于所有建筑,如建筑基础地质条件不均匀且复杂,建筑结构设计不对称等,该类建筑容易产生不均匀沉降不适合采用膨胀加强带。膨胀加强带只限消减一定间距范围的收缩应力时效果明显,一般有效适用间距在30 m～60 m。根据施工经验,加强带应避开侧墙、梁板结构尺寸变异处,且底板与地下室侧墙应同位置设置。对于钢筋混凝土板式结构薄板(厚度小于200 mm的称为薄板)同样适用,本工程楼层板厚度为100 mm,设置间距为30 m～45 m,能满足替代效果及结构强度[6]。

根据不同设置功能,沉降缝和兼有沉降性质的后浇带不能轻易替换,一般是替代水平向伸缩功能的后浇带(温度后浇带),替换时需根据结构特点灵活运用。

3.4 本工程膨胀加强带类型确定

根据实际施工特点、难点情况,我公司经与建设、监理和设计研究讨论,梁板及底板结构决定应用膨胀加强带代替伸缩后浇带优化施工,地下室侧墙与楼板膨胀带相同位置设置同类型膨胀加强带[7-8]。根据楼板由于南北最长约112.9 m,东西最长约62.1 m,原设计楼板纵横方向共三条后浇带将结构划分为6个平面区域。在加强带的选型中,一般板体结构不大于60 m时采用连续式,其余情况采用间歇式。

4 技术方案实施

4.1 本工程膨胀加强带构造及设计

根据JGJ/T 178—2009补偿收缩混凝土应用技术规程[9]第 4.0.4条:应根据结构长度按表1选择构造形式和浇筑方式。规程中第 4.0.5条:补偿收缩混凝中的钢筋配筋应符合表2规定。

表1 选择构造形式和浇筑方式

表2 收缩混凝土中的钢筋间距

板式加强带的构造做法如图4所示。

为使结构纵向膨胀值满足要求,充分发挥膨胀加强带的膨胀效果,相比后浇带其宽度设置更宽,加强带宽设置为2 m。加强带设置在收缩应力较大的部位,在侧墙与楼板同时设置,40 m左右设置一道。为简化施工,根据经验将加强带设置在伸缩后浇带位置。

在施工中,为提高其抵御收缩应力能力,满足连续浇筑混凝土,在构造上增设10%～15%的水平附加钢筋来抵抗混凝土的收缩拉应力。附加钢筋垂直于加强带纵向,按双层布置,锚入加强带两侧1.5 m。有防水要求的间歇式膨胀加强带需在施工缝处设置止水钢板(如图5所示)。

施工中以膨胀加强带为界,分成带内带外、两侧三个不同区域,加强带两边竖直挂φ5 mm密孔钢丝网,用于分隔加强带内外,将不同配比的混凝土隔开(见图6)。钢丝网垂直挂设在上下层钢筋之间,绑扎于先浇筑一侧,并与钢筋绑扎牢固,板厚较大时(如底板)采用Φ20钢筋加固钢丝网(见图7),防止普通混凝土混进加强带。

4.2 混凝土施工配合比优化

膨胀加强带UEA混凝土使用前由有资质的试验单位试配合理配合比,所采用砂石、水泥等原材料严格按质量标准控制,砂石含泥量不超过3%,水泥用量大于320 kg/m3。坍落度控制在(160±20)mm。搅拌前应进行核查,随时抽检配合比中各材料计量。在加强带所在框架梁跨内,根据混凝土收缩应力大小分为加强带区域和膨胀过渡区域,分别浇筑掺15%UEA和10%UEA的膨胀混凝土。其中过渡区浇筑范围指该跨除加强带区域外的两侧区域。

膨胀加强带混凝土配合比优化主要是降低水化热和控制混凝土膨胀添加剂掺量两个方面。在配置混凝土时水泥采用水化热较低、干缩较小的42.5R粉煤灰水泥。施工中在混凝土结构中配置一定大小的预压应力,用于补偿抵消混凝土干缩和硬化过程产生的拉应力。在优化配合比时,将膨胀带混凝土强度提高一个等级(5 MPa)提高膨胀带的抗拉强度,本工程要求膨胀加强带混凝土强度为C40,以提高膨胀带混凝土干缩硬化过程最易开裂部位的拉应力。膨胀加强带内混凝土膨胀剂掺量由带外过渡段10%UEA掺量提高到15%UEA掺量等量替换水泥胶凝材料,带内提高5%掺量提高薄弱最易开裂处的膨胀率,有效提高膨胀带的压应力,消除该部位的混凝土拉应力,避免开裂[10-12]。同时,掺入膨胀剂后的混凝土减小了混凝土的自收缩,大大改善了混凝土的工作性能。膨胀剂与其他添加剂复合使用时,必须通过试验试配确定外加剂的掺量和种类,膨胀剂掺量根据配合比按重量配置,用于膨胀加强带的混凝土膨胀剂用量为40 kg/m3～60 kg/m3,误差控制在2%范围。

4.3 工艺流程及操作要点

4.3.1 工艺流程

梁板结构施工中膨胀加强带的主要施工流程如图8所示。

本工程经设计确定,为兼顾施工流水作业,楼板施工时纵向选用间歇式膨胀加强带,横向选用连续式膨胀加强带,分成A,B,C共3个流水施工段,将A,B,C区分别细分为A-1区、A-2区,B-1区、B-2区,C-1区、C-2区,两两均采用连续式膨胀加强带连续无缝浇筑,A,B,C区配合工序安排采用间歇式膨胀加强带流水施工分3次浇筑,达到流水施工安排与工艺的最优结合,尽可能地实现混凝土的无缝施工。膨胀加强带浇筑流程平面布置如图9所示。

4.3.2 操作要点

浇筑过程应遵循两侧向膨胀带方向浇筑,其他部位普通混凝土先浇筑,再浇筑膨胀过渡区域(10%UEA掺量的膨胀混凝土),最后浇筑膨胀加强带(提高一个等级的15%UEA掺量的膨胀混凝土)。浇筑过程要精心组织,确保混凝土连续供应,尽量缩短时间,保证各1,2区能够连续施工,避免冷缝产生。要适当地延长微膨胀区域和膨胀区域的保温保湿养护时间。移动泵管时需防止混凝土滴落在未浇筑部位而形成冷缝或薄弱点,严防普通混凝土混入加强带。在施工侧墙膨胀加强带时,遵循“先浇带外,后浇带内”原则[13-14]。

4.4 施工控制要点

1)膨胀加强带的保温、保湿养护措施。在常温下施工时,混凝土磨面后随即覆盖塑料薄膜,并在浇筑完成12 h内定时洒水养护。炎热时,每天洒水养护不得少于3次。要适当延长对加强带及其过渡区域膨胀混凝士的养护时间,且不少于14 d。在冬季温度较低施工时,混凝土浇筑完毕收水后,需及时覆盖土工布、毛毡或者麻袋保温,覆盖物需要搭接整体严密,保持湿润状态,防止水分及温度损失过快,保持混凝土一定的膨胀速率和温差范围。由于混凝土浇筑完成后20 h～40 h温度达到顶峰,所以覆盖物保温不得少于48 h,防止温差过大,2 d后可以进行洒水养护。对于墙体膨胀带可带模养护,浇筑完1 d后松动螺丝使模板与墙体留缝2 mm～3 mm,并在墙体上端设置喷淋管养护。在养护阶段应加强温度、应力、开裂等方面的检测,以便及时采取有效的措施[15-16]。

2)膨胀带混凝土的浇捣方式和技术要求。施工中采用振动棒和平板振动器振捣,不漏振不过振,防止因漏振而导致蜂窝、麻面等缺陷。混凝土振捣时,振捣点间距小于40 cm,振捣15 s～30 s,点位均匀,当混凝土表面无气泡、不再塌陷并泛浆时为准。遵循快插慢拔原则,为使上下层结合到位,振捣时应小幅度上下抽拔振动棒。施工缝、止水钢板及预埋件附近应加密振捣点位,并适当延长振捣时间。混凝土初凝到终凝前表面用木锉二次压抹磨面,以消除温度及干缩引起的裂缝。

3)混凝土浇筑前,管理人员针对加强带内和加强带过渡区的浇筑工艺流程,对班组进行详细交底。浇筑过程中,主要控制加强带所处跨的浇筑顺序及不同混凝土配比的浇筑部位。

总之,在实际施工中,为确保膨胀加强带的替代效果,需谨慎判断膨胀加强带的替代范围。在施工前期做好对混凝土材料的准备工作,并在施工过程中对混凝土配合比进行跟踪控制,对浇筑过程严格把控,落实后期养护工作。

4.5 控制膨胀混凝土质量缺陷的材料措施

膨胀混凝土就膨胀剂而言,细度是其重要的均质性指标,不符合规定细度指标的,如大颗粒膨胀剂会造成膨胀混凝土局部鼓包、炸裂现象,造成质量缺陷,所以膨胀剂的细度指标需纳入材料进场检验项目。膨胀混凝土胶凝材料应选用低水化热、干缩较小的42.5R粉煤灰水泥,也可选用矿渣硅酸盐水泥,控制混凝土的入模温度,减小膨胀混凝土的内外温差,避免产生温度约束裂缝。改善砂石级配,掺入高效减水剂、缓凝剂等控制水胶比及凝结时间[17-18]。

膨胀加强带外观质量缺陷及裂缝处理时,灌浆修补用膨胀砂浆的水料(胶凝材料+砂)比宜为0.12～0.16,由于灌浆用的膨胀砂浆流动性较大,一般采用人工插捣,防止骨料不均匀下沉。