蓄水建筑物連續(xù)膨脹加強帶混凝土抗裂技術(shù)應(yīng)用研究

□李志紅

近年國家對南水北調(diào)中線配套調(diào)配水工程項目投資逐漸增多，水廠工程項目施工中經(jīng)常會涉及混凝土蓄水建筑物施工。承德市雙峰寺地表水廠工程的大型蓄水建筑物混凝土采用連續(xù)膨脹加強帶混凝土，對連續(xù)膨脹加強帶混凝土工作的原理、特點優(yōu)勢、施工方法及注意事項等方面進(jìn)行了初步研究，總結(jié)積累了連續(xù)膨脹加強帶混凝土的施工經(jīng)驗。連續(xù)膨脹加強帶替代傳統(tǒng)后澆帶施工，在工程質(zhì)量、施工進(jìn)度、社會效益和經(jīng)濟效益等方面具有明顯優(yōu)勢，在未來類似工程中將會越來越多地得到應(yīng)用。

1.工程概況

承德市雙峰寺地表水廠位于河北省承德市雙峰寺鎮(zhèn)，一期凈水廠工程規(guī)模為6萬m3/d，凈水廠工程濾池、混凝沉淀池、清水池等蓄水構(gòu)筑物尺寸較大，這些蓄水構(gòu)筑物基礎(chǔ)設(shè)計為筏板結(jié)構(gòu)，墻體為薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，混凝土標(biāo)號為C30P8F200，設(shè)計中對結(jié)構(gòu)混凝土的完整性、抗?jié)B及抗裂要求嚴(yán)格，設(shè)計要求采用設(shè)置連續(xù)膨脹加強帶混凝土進(jìn)行連續(xù)無縫施工。該工程蓄水構(gòu)筑物連續(xù)膨脹加強帶混凝土設(shè)計寬度2.0m，厚度為結(jié)構(gòu)厚度，膨脹加強帶混凝土標(biāo)號為C35P8 F200，與普通混凝土兩相鄰處設(shè)計為密目鋼絲網(wǎng)，膨脹加強帶混凝土上下層布設(shè)加強筋。雙峰寺地表水廠蓄水構(gòu)筑物連續(xù)式膨脹加強帶混凝土結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 雙峰寺地表水廠蓄水建筑物連續(xù)膨脹加強帶混凝土結(jié)構(gòu)圖

2.工作原理

連續(xù)式膨脹加強帶混凝土的關(guān)鍵技術(shù)在于向混凝土中摻加一定量的SY-G膨脹抗裂劑，SY-G膨脹抗裂劑是結(jié)構(gòu)抗裂和自防水的理想材料。其工作原理在于利用摻加SY-G膨脹抗裂劑的連續(xù)式膨脹加強帶混凝土在硬化過程中形成大量鈣礬石、氫氧化鈣晶體，使混凝土適度產(chǎn)生膨脹，在鋼筋和鄰位約束下，鋼筋受拉、混凝土受壓。根據(jù)業(yè)內(nèi)有關(guān)經(jīng)驗推論，當(dāng)鋼筋拉應(yīng)力與混凝土壓應(yīng)力互相平衡時，混凝土預(yù)壓應(yīng)力與混凝土限制膨脹率之間為正比關(guān)系，而限制膨脹率隨SY-G膨脹抗裂劑的摻量增加而增加。通過配合比試驗調(diào)整SY-G膨脹抗裂劑的摻量，可使連續(xù)式膨脹加強帶混凝土獲得0.3MPa-0.7MPa左右的預(yù)壓應(yīng)力，用以補償結(jié)構(gòu)的收縮應(yīng)力，從而避免構(gòu)筑物砼出現(xiàn)滲漏裂縫。

3.特點優(yōu)勢

連續(xù)膨脹加強帶混凝土是利用連續(xù)膨脹加強帶混凝土替代傳統(tǒng)后澆帶實現(xiàn)混凝土連續(xù)施工的一種施工工藝。連續(xù)膨脹加強帶混凝土施工技術(shù)具有以下優(yōu)點：

一是連續(xù)膨脹加強帶混凝土通過摻加一定比例SY-G膨脹抗裂劑，使膨脹加強帶混凝土在水化形成晶體過程中產(chǎn)生微膨脹，利用膨脹混凝土微膨脹產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力來消減部分混凝土硬化過程中產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。同時在鋼筋及鄰位的約束作用下，混凝土受壓、鋼筋受拉，使鋼筋和混凝土所受應(yīng)力大致平衡，提高了蓄水構(gòu)筑物的整體抗裂、抗?jié)B性能，避免了混凝土滲漏裂縫的產(chǎn)生。二是采用連續(xù)膨脹加強帶混凝土的設(shè)置替代后澆帶，使超長混凝土構(gòu)筑物混凝土施工工藝得到了簡化，實現(xiàn)了混凝土結(jié)構(gòu)的無縫、連續(xù)施工，可以保證構(gòu)筑物施工質(zhì)量，還可以有效縮短施工工期。傳統(tǒng)后澆帶須等一期結(jié)構(gòu)混凝土完成且間隔42天后才能施工，后澆帶施工工藝需要對施工縫進(jìn)行鑿毛、設(shè)置止水鋼板等處理措施，施工過程中質(zhì)量隱患較多，有效降低了工程成本。

4.施工方法

連續(xù)膨脹加強帶混凝土特點是膨脹混凝土、連續(xù)、無縫施工，其施工工藝流程為：膨脹加強帶混凝土測量定位→膨脹加強帶混凝土架立筋、密目鋼絲隔離網(wǎng)及加強鋼筋制安→同時自兩端對向澆筑兩側(cè)普通混凝土→膨脹加強帶混凝土澆筑→養(yǎng)護(hù)。

4.1 膨脹加強帶混凝土測量定位

雙峰寺地表水廠設(shè)計在蓄水構(gòu)筑物底板、池壁中部位置分別設(shè)置了寬2.0m的膨脹加強帶，測量人員根據(jù)設(shè)計測放連續(xù)膨脹加強帶位置，進(jìn)行明確標(biāo)識。連續(xù)式膨脹加強帶測量定位時應(yīng)將構(gòu)筑物底板、池壁結(jié)合進(jìn)行，避免構(gòu)筑物的膨脹加強帶位置發(fā)生錯位，以保證構(gòu)筑物筑物的整體抗裂性能。

4.2 膨脹加強帶混凝土架立筋、密目鋼絲隔離網(wǎng)及加強鋼筋制安

膨脹加強帶混凝土兩側(cè)安裝密目鋼絲網(wǎng)，目的是將帶內(nèi)膨脹混凝土與帶外普通混凝土進(jìn)行隔離。首先在構(gòu)筑物鋼筋內(nèi)膨脹加強帶位置兩側(cè)豎向綁扎Φ22@300、橫向綁扎4根Φ14的支撐筋（其長度由設(shè)計根據(jù)構(gòu)筑物厚度確定），將網(wǎng)孔直徑5mm的密目鋼絲網(wǎng)安裝在膨脹加強帶混凝土結(jié)構(gòu)的兩側(cè)。密目鋼絲網(wǎng)施工時要將上下水平鋼筋、鋼絲網(wǎng)及豎向筋焊接牢固，以免振搗混凝土?xí)r密目鋼絲網(wǎng)產(chǎn)生開裂，造成相鄰混凝土混入膨脹加強帶內(nèi)，影響膨脹加強帶混凝土的施工質(zhì)量。工程設(shè)計中在膨脹加強帶混凝土的上下部雙向增加布設(shè)Φ8@200鋼筋進(jìn)行加強，膨脹加強帶的鋼筋制安時要求伸入到兩側(cè)普通混凝土內(nèi)1m。

4.3 膨脹加強帶混凝土拌制

根據(jù)承德市雙峰寺地表水廠工程中超長蓄水構(gòu)筑物設(shè)計要求：超長蓄水構(gòu)筑物膨脹加強帶混凝土標(biāo)號C35 P8 F200，在混凝土中均摻入抗裂密實防水劑，以提高混凝土的抗裂防滲漏性能，最大裂縫寬度≤0.2mm，混凝土膨脹劑應(yīng)低堿，堿含量≤0.4%，摻加后混凝土限制膨脹率應(yīng)為：水中14天0.015%，水中14天轉(zhuǎn)空氣中28天的限制膨脹率-0.03%。依據(jù)設(shè)計文件及JGJ55000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程》的有關(guān)規(guī)定要求，并參照中國建筑材料科學(xué)研究院的《超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計和施工方法》成功經(jīng)驗，膨脹加強帶混凝土材料水泥選用水化熱低、性能穩(wěn)定的P.O.42.5R普通硅酸鹽早強水泥；砂為潔凈中砂，細(xì)度模數(shù)為2.3～2.5；碎石粒徑為5mm～25mm，且含泥量、泥塊含量、針片狀含量及壓碎指標(biāo)符合建筑用粗骨料Ⅱ類質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)；摻合料粉煤灰為Ⅱ級原狀粉煤灰，其各項指標(biāo)均符合GB1596中Ⅱ級粉煤灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求；水為潔凈飲用水。連續(xù)膨脹加強帶混凝土摻加聚羧酸減水劑、CSA抗裂防水劑、SY-G膨脹抗裂劑。選用當(dāng)?shù)匦抛u好、規(guī)模大的混凝土商品砼供應(yīng)商拌制供應(yīng)商品混凝土。經(jīng)過試驗室反復(fù)試驗調(diào)整砂率、水灰比，合理控制混凝土的坍落度、減少單位用水量、減少水泥用量，最終確定了膨脹加強帶混凝土配比。膨脹加強帶混凝土配合比見表1。

表1 膨脹加強帶混凝土配合比表

一般膨脹加強帶混凝土強度標(biāo)號比結(jié)構(gòu)普通混凝土增加一個標(biāo)號，此工程中膨脹加強帶混凝土標(biāo)號為C35 P8F200。為提高膨脹加強帶混凝土的性能，膨脹加強帶混凝土拌制時按“碎石→水泥、粉煤灰→外加劑→砂→水”的先后順序投料。拌制膨脹加強帶混凝土?xí)r攪拌時間比普通混凝土增加40s，連續(xù)膨脹加強帶混凝土攪拌時間應(yīng)為180s，先干拌60s，然后再濕攪120s。

4.4 膨脹加強帶混凝土澆筑振搗

混凝土料澆筑應(yīng)采用兩臺混凝土泵車從兩端對向向中間澆筑、先施工膨脹加強帶外后進(jìn)行膨脹加強帶內(nèi)連續(xù)澆筑施工的方法，齊頭并進(jìn)實現(xiàn)“連續(xù)澆筑”。澆筑施工前根據(jù)澆筑工程量進(jìn)行澆筑倉面規(guī)劃，合理組織人員、機械，進(jìn)行科組組織分班作業(yè)，并結(jié)合砼供應(yīng)情況進(jìn)行適當(dāng)分層，保證砼澆筑連續(xù)不間斷?；炷寥雮}采取階梯式入倉澆筑的方式，澆筑施工期間的時間間隔不宜超過1.5小時。蓄水構(gòu)筑物膨脹加強帶混凝土振搗采用50型插入式振搗棒，振搗時插入下層混凝土深度不小于5cm，振搗間距不得大于35cm。振搗同時要做到快插慢拔，振搗點均勻排列，按順序進(jìn)行，逐點移動，作到均勻振實，不出現(xiàn)欠振、漏振、過振?；炷琳駬v時間宜控制在10s左右，振搗效果使混凝土表面出現(xiàn)浮漿，且不再有氣泡出現(xiàn)、混凝土不再下沉為止?；炷翝仓駬v完畢后要及時收面，在混凝土初凝前應(yīng)先用木搓子搓壓混凝土表面，混凝土終凝前再用機械磨光機、鐵抹子重復(fù)抹面2～3遍、壓光，避免混凝土表面形成裂紋。

4.5 膨脹加強帶混凝土養(yǎng)護(hù)

膨脹混凝土在濕潤環(huán)境能更好的發(fā)揮膨脹混凝土的膨脹效能，因此混凝土施工規(guī)范對于摻膨脹劑具有抗裂及補償收縮性要求的膨脹加強帶混凝土的養(yǎng)護(hù)要求更加嚴(yán)格，構(gòu)筑物混凝土原漿收面后，連續(xù)膨脹加強帶混凝土剛初凝硬化期間，及時采取保濕、覆蓋養(yǎng)護(hù)。對水平構(gòu)筑物混凝土，可采用定時灑水、覆蓋塑料布、鋪濕麻袋等保濕養(yǎng)護(hù)方法。對于墻體膨脹加強帶混凝土澆筑完48h、強度達(dá)到規(guī)定后，可以松動模板對拉螺栓使模板和構(gòu)筑物混凝土分離形成2mm～3mm的間隙，隨后從頂部用多孔淋水管進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，確保上部淋水通過模板與墻壁間進(jìn)入構(gòu)筑物混凝土內(nèi)，保持混凝土表面潤濕。連續(xù)膨脹加強帶混凝土養(yǎng)護(hù)時間為28d。

5.注意事項

連續(xù)膨脹加強帶混凝土SY-G膨脹抗裂劑的摻加量直接影響著其補償收縮混凝土特性，因此SY-G膨脹抗裂劑的添加量顯得十分重要。攪拌站拌和施工使用的混凝土配合比單，應(yīng)經(jīng)過試驗室試配確定?，F(xiàn)場施工管理人員、質(zhì)量人員應(yīng)加強檢查、監(jiān)督，嚴(yán)格按配比單要求的數(shù)量控制SY-G膨脹抗裂劑的摻量，不得隨意少摻或多摻，以免影響膨脹加強帶混凝土的界限膨脹率。連續(xù)膨脹加強帶混凝土拌和時間應(yīng)比普通混凝土延長40s，其混凝土坍落度一般控制在12cm～18cm。

連續(xù)膨脹加強帶混凝土澆筑布料采用兩個澆筑倉面自兩頭往中間推進(jìn)、先澆筑膨脹帶外混凝土后澆筑膨脹帶內(nèi)連續(xù)澆筑的方法。應(yīng)按要求編制連續(xù)膨脹加強帶混凝土專項施工方案，并經(jīng)監(jiān)理工程師審批后實施。項目部技術(shù)人員應(yīng)向施工管理人員、操作人員進(jìn)行施工技術(shù)交底，交代清楚連續(xù)膨脹加強帶混凝土的施工方法、注意事項等。施工中生產(chǎn)經(jīng)理、技術(shù)負(fù)責(zé)人應(yīng)進(jìn)行跟班作業(yè)，進(jìn)行現(xiàn)場施工檢查和指導(dǎo)，保證連續(xù)膨脹加強帶混凝土規(guī)范施工。

連續(xù)膨脹加強帶混凝土的養(yǎng)護(hù)十分重要，應(yīng)樹立養(yǎng)護(hù)質(zhì)量決定混凝土質(zhì)量的意識，建立嚴(yán)格的混凝土養(yǎng)護(hù)制度，現(xiàn)場設(shè)置專門養(yǎng)護(hù)人員，及時進(jìn)行澆水覆蓋養(yǎng)護(hù)，使混凝土保持濕潤狀態(tài)，養(yǎng)護(hù)期不得少于28d。

承德市雙峰寺地表水廠采用連續(xù)膨脹加強帶混凝土技術(shù)，通過向混凝土中摻加SY-G膨脹抗裂劑，利用膨脹混凝土的微脹變形補償收縮產(chǎn)生的自應(yīng)力，實現(xiàn)超長蓄水建筑物混凝土連續(xù)無縫施工，以連續(xù)膨脹加強帶替代傳統(tǒng)的后澆帶，既滿足了超長蓄水建筑物結(jié)構(gòu)防水抗?jié)B、強度、整體性要求，縮短了工期、簡化了施工工藝，取得了良好的效益，將會更多地應(yīng)用到類似工程之中。