建筑結(jié)構(gòu)施工中的膨脹混凝土技術(shù)的應(yīng)用

王權(quán)

(山西六建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030000)

膨脹混凝土屬于建筑工程中的常用施工材料，常見類型為：自應(yīng)力混凝土，因外力作用產(chǎn)生的壓應(yīng)力可抵消水泥收縮的拉應(yīng)力，具有良好的力學(xué)性能優(yōu)勢(shì)；補(bǔ)償性收縮混凝土，在外力作用下發(fā)生膨脹，產(chǎn)生的壓應(yīng)力達(dá)到0.2MPa～0.7MPa。在建筑工程中采用膨脹混凝土后，可補(bǔ)償收縮壓力以及減少混凝土龜裂病害，但各類膨脹混凝土的適用范圍、施工方法均有所不同，需要合理選擇與應(yīng)用?；诖?，下文重點(diǎn)研究建筑工程的補(bǔ)償收縮膨脹混凝土技術(shù)，確定技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)，利用膨脹混凝土提高建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量[1]。

1 工程概況

某建筑工程共5層，地下1層，地上4層，地下室底板厚400mm、墻厚300mm，地上部分檐高21.9m，長度80.8m，寬度59.6m?；A(chǔ)底板及側(cè)壁采用抗?jié)B等級(jí)為S6的C35混凝土，摻入6%的ZY膨脹劑。地下室屬于本建筑工程的重點(diǎn)施工部位，采用的是超長梁板混凝土結(jié)構(gòu)，用補(bǔ)償收縮膨脹混凝土加強(qiáng)帶取代溫度后澆帶，可提升結(jié)構(gòu)的密實(shí)性、完整性、抗?jié)B性能，加快地下室梁板混凝土結(jié)構(gòu)施工速度[2]。

2 補(bǔ)償收縮混凝土配合比設(shè)計(jì)

1)根據(jù)設(shè)計(jì)所需的強(qiáng)度、抗?jié)B性、膨脹性等要求設(shè)計(jì)補(bǔ)償收縮混凝土的配合比，本次設(shè)計(jì)以JGJ 55《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》為主要指導(dǎo)，結(jié)合工程環(huán)境確定配合比。精心挑選膨脹劑，嚴(yán)格控制膨脹劑的用量，確?；炷恋呐蛎浡蔬_(dá)標(biāo)。

2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求的限制膨脹率控制單位膨脹劑用量，進(jìn)行配合比試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果確定最佳的膨脹劑用量?？紤]補(bǔ)償收縮混凝土和填充用膨脹混凝土兩類，單位混凝土中膨脹劑含量的最小值和最大值，如表1所示。

表1 單位混凝土中的膨脹劑用量控制

3)根據(jù)混凝土的抗凍性要求設(shè)計(jì)水膠比時(shí)，必須嚴(yán)格遵循GB 50010《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》的規(guī)定；根據(jù)混凝土的抗壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)水膠比時(shí)，試驗(yàn)齡期為28d。

4)補(bǔ)償收縮混凝土的水膠比不超過0.50。

5)根據(jù)水膠比和單位用水量確定膠凝材料用量，滿足“B=C+E+F”的關(guān)系，其中B為單位膠凝材料用量，C、E、F分別為單位水泥、膨脹劑、摻和料的用量[3]。

3 膨脹混凝土技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)

3.1 技術(shù)應(yīng)用原理

在建筑結(jié)構(gòu)施工中采用膨脹混凝土后，其硬化時(shí)發(fā)生膨脹，混凝土受壓、鋼筋受拉，若壓應(yīng)力和拉應(yīng)力平衡，則有：

Ac.σc=As.Es.ε2

μ=As/Ac，則

σc=μ.Es.ε2

(1)

式中，σc-混凝土預(yù)壓應(yīng)力(Mpa)

As—鋼筋截面積；μ-配筋率(c/0)；Ac-混凝土截面積；Es-鋼筋彈性模量(Mpa)；ε2-混凝土的限制膨脹率(%)

由(1)式可見，σc與ε2成正比關(guān)系，而限制膨脹率ε2隨UEA摻量增加而增加，所以，通過調(diào)整UEA摻量，可使混凝土獲得0.2～0.7MPa的預(yù)壓應(yīng)力，根據(jù)水平法向力σx分布曲線，設(shè)想在應(yīng)力量大地方施加較大的膨脹應(yīng)力σx，而在兩側(cè)施加較小的膨脹應(yīng)力。

3.2 膨脹加強(qiáng)帶施工

3.2.1 布設(shè)位置

在原設(shè)計(jì)方案留設(shè)后澆帶的位置設(shè)置膨脹加強(qiáng)帶，帶寬以2m～3m為宜，此寬度超過原后澆帶的寬度，需在原設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行調(diào)整，最終確定帶寬為2m，較大的寬度可提升膨脹加強(qiáng)帶的收縮補(bǔ)償性能。

3.2.2 膨脹加強(qiáng)帶的施工方法

以加強(qiáng)帶為界，劃分為東區(qū)、西區(qū)兩段，采取流水化施工模式。先澆搗東區(qū)混凝土，在東側(cè)設(shè)置施工縫，再同步施工西區(qū)混凝土和加強(qiáng)帶。兩個(gè)分區(qū)均采用內(nèi)摻6%ZY膨脹劑的C30混凝土，膨脹加強(qiáng)帶所用混凝土的強(qiáng)度等級(jí)提高至C35，膨脹劑摻量增加至10%，設(shè)置具有較大膨脹量的加強(qiáng)帶用于擠壓兩側(cè)，保證抗?jié)B效果。

在加強(qiáng)帶和原混凝土間設(shè)置2道Φ5mm鋼絲網(wǎng)，并以焊接的方式進(jìn)行穩(wěn)固，或通過鋼筋骨架與上下水平及豎向加固筋綁扎至一體，額外增設(shè)豎向Φ12鋼筋，布設(shè)間距為300mm，強(qiáng)化加固效果，混凝土防護(hù)層厚度不少于2.5cm。

3.3 補(bǔ)償鋼筋設(shè)計(jì)與施工

在膨脹加強(qiáng)帶處沿著垂直于加強(qiáng)帶的方向設(shè)置補(bǔ)償鋼筋，直徑比構(gòu)造筋小1～2個(gè)規(guī)格，延伸至加強(qiáng)帶兩側(cè)0.5m，布設(shè)間距為水平構(gòu)造筋的2倍，墻板膨脹加強(qiáng)帶的補(bǔ)償鋼筋綁扎在底筋和面筋上，頂板膨脹加強(qiáng)帶的補(bǔ)償鋼筋綁扎在面筋處。加強(qiáng)帶兩側(cè)用密孔鐵絲網(wǎng)攔起，并用鋼筋綁扎，保證用作防護(hù)的鐵絲網(wǎng)具有穩(wěn)定性。鐵絲網(wǎng)的搭接量不超過5cm，墻體后澆膨脹加強(qiáng)帶的兩側(cè)設(shè)置橡膠止水帶，提升局部抗?jié)B漏性能[4]。

3.3.1 設(shè)計(jì)要求

1)以《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》(GB 50010)為準(zhǔn)，設(shè)計(jì)構(gòu)造鋼筋及特殊部位的附加筋。在增設(shè)補(bǔ)償鋼筋后，應(yīng)充分提升補(bǔ)償收縮混凝土的綜合性能。

2)根據(jù)結(jié)構(gòu)部位設(shè)計(jì)最小及最大的限制膨脹率，例如平板、梁、墻體、填充部位等均做針對(duì)性的考慮，各自的限制膨脹率控制要求如下：平板結(jié)構(gòu)的最小限制膨脹率為1.5×10-4，最大限制膨脹率為3×10-4；梁、墻體結(jié)構(gòu)的最小限制膨脹率為2.0×10-4，最大限制膨脹率為4×10-4；后澆帶、膨脹加強(qiáng)帶等填充部位的最小限制膨脹率為2.5×10-4，最大限制膨脹率為5×10-4。

3)相比膨脹加強(qiáng)帶兩側(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)，加強(qiáng)帶部位需采用高一級(jí)的膨脹混凝土進(jìn)行施工。

4)膨脹加強(qiáng)帶設(shè)置在后澆帶處，部分或完全取代后澆帶；寬度為2m～3m，具體根據(jù)構(gòu)件的厚度做靈活的調(diào)整；兩側(cè)設(shè)置密孔鐵絲網(wǎng)，用于分隔膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)、外部的混凝土。

5)貫通布置抵抗溫度收縮的鋼筋，必要時(shí)根據(jù)“細(xì)且密”的要求設(shè)置鋼筋，若需額外設(shè)置構(gòu)造鋼筋網(wǎng)，需要穩(wěn)定搭接在原鋼筋上，搭接位置及搭接長度根據(jù)受拉鋼筋施工要求進(jìn)行控制。

3.3.2 附加鋼筋的配置

1)梁兩側(cè)腰筋的間距不超過200mm。

2)對(duì)于墻體高度的水平中心線上下500mm內(nèi)，水平筋間距不超過100mm。

3)對(duì)于大型建筑結(jié)構(gòu)，需設(shè)置長度為“帶寬+1000mm”、直徑不超過10mm的附加筋，垂直于膨脹加強(qiáng)帶的方向。

4)在墻與墻、墻與柱相交的部位設(shè)置附加鋼筋時(shí)，需考慮到與之相交的柱、墻結(jié)構(gòu)分布位置，判斷是否會(huì)影響水平筋配筋，妥善協(xié)調(diào)附加鋼筋的布設(shè)位置。相鄰部位的水平鋼筋的規(guī)格為直徑8mm～10mm，長度1500mm，增加量為原同向鋼筋配筋率的10%～15%，插入柱與相鄰墻內(nèi)的部分不少于150mm，其它部分均插入墻內(nèi)。

5)對(duì)于結(jié)構(gòu)截面變化部位、開口部位的出入口、樓板預(yù)留孔洞等部位，提高鋼筋配置率，但要協(xié)調(diào)好各配筋的位置關(guān)系。

6)建筑平面形體呈明顯的凹凸?fàn)顣r(shí)，需在建筑兩端陽角與山墻的樓板、整體澆筑且有明顯約束作用的樓板設(shè)溫度鋼筋[5]。

3.4 膨脹混凝土施工

3.4.1 混凝土的選取

加強(qiáng)帶，采用ZY膨脹劑大膨脹混凝土，內(nèi)摻10%ZY膨脹劑；加強(qiáng)帶兩側(cè)，采用小膨脹混凝土，內(nèi)摻6%ZY膨脹劑。以配合比為準(zhǔn)，選擇質(zhì)量達(dá)標(biāo)的水泥及其它材料進(jìn)行拌制，經(jīng)檢驗(yàn)確認(rèn)混凝土的各項(xiàng)性能均達(dá)標(biāo)后，及時(shí)泵送到位。

3.4.2 施工縫的處理

全面清理施工縫的松散石子，用水沖洗使施工縫維持干凈且濕潤；完成施工前的處理工作后，用加強(qiáng)帶的混凝土原漿套漿，再正式澆筑混凝土。

3.4.3 混凝土的澆灌

澆灌前，根據(jù)圖紙要求安裝模板、綁扎鋼筋；清理模板上的雜物，均勻涂刷脫模劑；嚴(yán)格控制模板的安裝位置，保證模板縫的嚴(yán)密性，防止?jié)补嗟幕炷两?jīng)由板間縫隙漏出；檢查加強(qiáng)帶的綁扎情況，要求位置準(zhǔn)確、穩(wěn)定可靠；待模板、鋼筋均布設(shè)到位后，需細(xì)致檢查所有材料，確認(rèn)無誤可正式澆灌混凝土。混凝土澆灌要點(diǎn)，如下。

1)自拌泵送混凝土，用微機(jī)自動(dòng)控制，保證原材料用量的準(zhǔn)確性。裝載車負(fù)責(zé)上料，水泥不可受潮結(jié)塊、過期，石子粒徑為15mm～25mm，且不摻雜影響混凝土性能的雜物；由專員按照配合比稱量ZY膨脹劑，材料用量誤差不超過0.5%。拌制混凝土后，技術(shù)人員及時(shí)檢驗(yàn)坍落度、均勻性，評(píng)價(jià)混凝土的性能；若砂、石含水率變化，需要根據(jù)最新的材料特性調(diào)節(jié)水灰比；準(zhǔn)確控制拌和時(shí)間，可在普通混凝土拌和時(shí)間的基礎(chǔ)上延長30s～60s。

2)底板、外墻的混凝土均要連續(xù)澆筑，不可產(chǎn)生冷縫。

3)ZY膨脹帶采用的是結(jié)構(gòu)自防水的防水原理，在澆灌混凝土?xí)r必須充分振搗，但要避免過振。根據(jù)混凝土的特性，將振搗時(shí)間控制在10s～30s。振搗遵循“快插慢拔”的原則，均勻布置各插點(diǎn)，逐點(diǎn)有序振搗。

4)在預(yù)埋件、施工縫處澆灌混凝土?xí)r，需要充分振搗，使混凝土密實(shí)，但需嚴(yán)格控制振搗設(shè)備的作業(yè)點(diǎn)位，不可碰觸模板、鋼筋等既有材料，否則將偏位、變形、受損，引起質(zhì)量問題。

5)混凝土初凝時(shí)間≥3h，接茬時(shí)間不超過試配初凝時(shí)間的一半。

6)分層澆筑混凝土，振搗本層時(shí)將振搗器插入前一層50mm～100mm，連同兩層共同振搗的作用在于消除層間接縫，保證相鄰兩層的穩(wěn)定結(jié)合。

7)底板混凝土澆筑完成后，用木抹子搓壓表面，處理時(shí)間為混凝土表面收干后、終凝前，消除表面失水縮縫以及塑性沉降。反復(fù)抹壓至少3遍，且必須在混凝土終凝前完成抹壓。收光抹面后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，澆水時(shí)間安排在混凝土硬化后的12h～24h，使混凝土表面保持濕潤，以便正常成型。本工程底板混凝土施工恰逢低溫天氣，因此采取保溫保濕措施，避免混凝土凍傷。

3.4.4 混凝土的養(yǎng)護(hù)

養(yǎng)護(hù)是提高ZY膨脹混凝土施工質(zhì)量的重要方式，需由專員負(fù)責(zé)，養(yǎng)護(hù)要點(diǎn)如下。

1)在混凝土終凝后4～12h開始養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14d，可根據(jù)養(yǎng)護(hù)情況適當(dāng)延長時(shí)間。

2)底板厚度為400mm，在澆筑后的2d～3d，中心溫度提升至40℃～45℃，而底板混凝土澆筑時(shí)間為12月，氣溫以5℃～15℃居多，混凝土溫度和氣溫的差異較大，可能產(chǎn)生溫度裂縫。針對(duì)此養(yǎng)護(hù)條件，向底板混凝土表面覆蓋塑料薄膜進(jìn)行保溫防護(hù)，灑水按照每天2～3次的頻率進(jìn)行，若現(xiàn)場(chǎng)氣溫驟降，則加覆薄膜和草袋，進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)[6]。

3.5 細(xì)節(jié)部位的處理

3.5.1 施工縫接茬的處理

首先，對(duì)施工縫的混凝土面鑿毛，清理鑿除部位雜物，用水沖洗以保證施工縫的潔凈度，使施工縫維持濕潤；隨后，鋪設(shè)同標(biāo)號(hào)ZY水泥砂漿，厚度為20mm～30mm；最后，澆筑混凝土。

3.5.2 外墻壁施工縫外側(cè)處理

拆模后，施工縫外表面存在明顯槎縫，影響建筑結(jié)構(gòu)的表觀質(zhì)量甚至削弱結(jié)構(gòu)的抗?jié)B性能，為保證施工質(zhì)量，用ZY防水砂漿處理外墻板施工縫外側(cè)，方法如下。

1)對(duì)施工縫上、下各5cm范圍鑿毛，用清水清理雜物直至施工縫保持干凈為止。

2)用內(nèi)摻7%ZY的水泥凈漿，在處理部位的表面涂抹厚度為1mm～2mm的凈漿層，此外也可摻入界面劑，用該外加劑增強(qiáng)粘結(jié)力。

3)待凈漿層稍干后，再次涂抹ZY水泥砂漿，此部分漿液的配合比為(水泥+ZY)∶砂∶水=(0.93+0.07)∶2.0∶0.38～0.40，厚度控制在4～5mm。

4)經(jīng)過清理、多道涂抹后，在隨后的8h～10h灑水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間至少為14d。

4 結(jié)語

綜上所述，建筑結(jié)構(gòu)施工中常采用膨脹混凝土，用此類材料提高結(jié)構(gòu)的密實(shí)性、抗?jié)B性能，保證建筑結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量。膨脹混凝土施工技術(shù)的應(yīng)用細(xì)節(jié)多，本文結(jié)合建筑工程實(shí)例進(jìn)行了分析，確定膨脹混凝土的材料選用方式、施工流程及施工要點(diǎn)，并闡述施工縫接茬、外墻壁施工縫外側(cè)、外墻蜂窩麻面等細(xì)部的處理措施，最終采用膨脹混凝土有效建成建筑結(jié)構(gòu)，具有提質(zhì)增效的效果。實(shí)踐表明，本工程采用的膨脹混凝土施工技術(shù)具有可行性，可為同仁提供參考。