大型结构底板混凝土无缝施工技术应用

　　摘要：文章通过实际案例，介绍了大体积混凝土无缝化施工技术在大型结构工程中应用，分析了其施工工艺，并阐述了相关注意事项。
　　关键词：无缝施工，裂缝控制，大体积混凝土
　　
　　1、 工程概况
　　厦门市政建设中心是一幢自用办公写字楼，总建筑面积为37292.02㎡。地下两层，地上二十五层，裙房四层，建筑总高度99.95m。基础采用人工挖孔桩，该工程地下室底板外形尺寸长68.6m，宽66.5m，面积4352㎡，板厚500㎜；承台CT1～CT12,数量94个,其中CT1外形尺寸长32.72m,宽18.2m,厚2.4m,局部厚4.55m。地下室底板、承台及地梁混凝土强度等级均为C30S6，膨胀加强带混凝土强度等级为C35S8。
　　2、 施工技术设计
　　(1)跟据工程实践经验,在地下工程,50m长可不设缝而不裂,超过时,可采用掺入UEA膨胀剂补偿收缩混凝土,产生相应的膨胀来补偿结构的收缩。见图1
　　
　　
　　1一膨胀应力曲线；2一铁丝网3一收缩应力曲线4一加强带掺UEA混凝土
　　图1膨胀加强带替代后浇缝的示意图
　　
　　
　　UEA以10%～12%内掺水泥中,可拌制成补偿收缩混凝土,其限制膨胀率为2×10-4～4×10-4。在限制条件下,UEA产生的膨胀能转变为0.2～0.7MPa的预压应力储存于结构中,这一预应力可抵消结构中产生的拉应力,从而防止或减少收缩裂缝的出现,达到避免或减少混凝土开裂的目的。掺入UEA混凝土的强度、弹性模量与普通混凝土基本相同,但掺入UEA的水泥可降低水化热。
　　根据《工程结构裂缝控制》一书中提出的混凝土平均伸缩缝间距计算公式：
　　
　　式中H为板或墙的计算厚度或高度；εp为混凝土的极限拉伸(×10-4)；E为混凝土的弹性模量(MPa)；Cx为地基对混凝土的约束系数；α为混凝土的线膨胀(1×10-5)；T为综合温差(℃)；arcosh为双曲余弦的反函数。考虑配筋影响,混凝土的极限拉伸值为:
　　εp=0.5Rf(1+ρ/d)×10-4
　　式中Rf为混凝土抗裂设计强度(MPa)；ρ为截面配筋率μ×100；d为钢筋直径(cm)。
　　该公式是用极限变形计算伸缩缝间距。由上式可见,温差收缩很重要,一般总是αT大于εp。它们的差距越大,伸缩缝间距越小；差距越小,伸缩缝间距越大。如果采取措施使|αT|趋近于εp,arcosh∞→∞,则完全无须伸缩缝。这就需要降低温差或混凝土收缩,提高混凝土的极限拉伸εp。然而提高混凝土的εp是十分困难的,只有设法降低混凝土的水化热和收缩,即控制裂缝的原则是|αT|≤εp。
　　综合温差T=T1+T2,其中T1为混凝土水化热最高温度与环境平均气温差,T2为混凝土收缩当量差,混凝土收缩当量差T2=εy(t)/a,εy为混凝土的收缩值。
　　UEA混凝土能产生膨胀效应,在14d的限制膨胀率为2×10-4～4×10-4,它不但可以补偿混凝土收缩,而且能降低混凝土的温差。按T2=εy(t)/a,UEA混凝土产生的膨胀系数ε2=1×10-4,则1×10-4/1×10-5)=10℃,即降低温差10℃;如ε2=3×10-4,可降低混凝土温差30℃,这是很大的潜在温差补偿效应。
　　对于普通混凝土来说,由于产生收缩,T2是正数;对于UEA混凝土来说,由于产生膨胀,T2是负数,综合温差变成T=T1+T2,使结构的|αT|≤εp,arcosh∞→∞。理论上伸缩缝间距尽可取消,即可不设伸缩缝。
　　3、 结构设计加强措施
　　加强带中增加水平温度钢筋,梁中增加4<16钢筋位置如下图2:
　　
　　
　　图2钢筋位置图
　　此跨度的板在垂直于后浇带方向,受力筋间距减少一半,原设计为Φ8@200,变更为Φ6@100。
　　4、 UEA混凝土施工
　　4.1 合理利用砼的后期强度
　　试验数据证明，每立方米砼水泥用量每增减10Kg，水泥水化热将使砼的温度相应升降1度。因此，为控制砼温升，降低温度应力，减少产生温度裂缝的可能性，可根据结构实际承受荷载情况，对结构的刚度和强度进行复算并取得设计和质量监督部门的认可后，可采取R45、R60或R90替代R28作为砼设计强度，这样可使水泥用量减少40—70Kg/m左右，砼的水化热温升相应降低4-7度。
　　由于本项目为高层建筑，含2层地下室，施工工期较长，其基础等大体积砼结构承受的设计荷载有在较长时间之后才施加其上，所以只要能保证砼的强度在28d之后继续增长，且在预计的时间（45、60或90）能达到或超过设计强度即可，本工程采用R60替代R28作为砼设计强度。
　　4.2 材料的选择
　　混凝土的收缩变形缘于水分蒸发,任意时间的收缩应变与水泥品种、水泥细度、骨料、水泥浆量、水灰比、初期养护时间、使用温度、构件尺寸和配筋率等有关。经过反复试配,选用较低水化热P.O旋窑水泥。碎石含泥量不大于1%。河卵石、自来水,UEA-E型膨胀剂、配合比选用C:W:S:G=1:0.46:1.39:3.41,掺入12%UEA-E型膨胀剂,每立方混凝土水泥用量为390kg。
　　4.3 施工工艺和注意事项
　　严格把握各道施工工序的混凝土质量,除按GB50204《混凝结构工程及验收规范》的程序操作外,还须强调,从建筑物两端往中间浇筑混凝土。待浇筑至加强带位置时,即改用加强带的UEA混凝土配合比。
　　搅拌投料顺序:开机→石子→砂子→水泥→UEA膨胀剂,干拌30s以上→水,加水后搅拌时间为150s以上。运输时要及时保持连续性,时间间隔不超过1.5h,振捣时均匀、密实,不振漏、不欠振、不过振。
　　混凝土浇筑时应先浇承台、地梁，后浇板，再浇剪力墙反口（高300～500㎜）。承台、地梁分层浇筑，每层厚度不大于500㎜。浇筑地梁混凝土时，应由一端开始，用“赶浆法”推进。
　　4.4 养护
　　UEA混凝土因为膨胀结晶钙钒石(3CaO•Al2O3•3CaSO4•32H2O)的形成需要大量的水,而且混凝土内部温度若高于60℃,即使混凝土内表温差小于25℃,也可能由于膨胀率过底而达不到补偿收缩的目的。故浇筑待混凝土终凝后,用草袋覆盖在混凝土加强带部位,使混凝土外露表面始终保持湿润状态,养护时间不少于14d。
　　在混凝土强度未达到1.2MPa以上时,结构不得受振、上人或堆放工具材料等,待混凝土强度达到80%以上时,方可拆模。混凝土拆模后用草包或麻袋复盖保护，以便控制内外温差，防止混凝土早期和中期裂缝。底板养护工作必须根据测温值与温差，及时调整养护措施，控制降温速率，从而控制裂缝的开展。
　　4.5 施工过程注意事项
　　(1)水灰比至关重要,水泥宜用低水化热的水泥。
　　(2)振捣是关键之一,对浇筑后的砼进行二次振捣,能排除砼因泌水在粗骨料、水平钢筋下部生成的水份和空隙，提高砼与钢筋的握裹力，防止因砼沉落而出现的裂缝，减小内部微裂，增加砼密实度，使砼的抗压强度提高10%～20%左右，从而提高抗裂性。
　　砼二次振捣的恰当时间是指砼经振捣后尚能恢复到塑性状态的时间，一般称为振动界限。掌握二次振捣恰当时间的方法一般有以下两种：
　　A）、将运转着的振动棒以其自身的重力逐渐插入砼中进行振捣，砼仍可恢复塑性的程度是使振动棒小心拔出时砼仍能自行闭合，而不会杂砼中留下孔穴，则可认为当时施加二次振捣是适宜的。
　　B）、为了准确地判定二次振捣的适宜时间，国外一般采用测定力阻力值的方法进行判定。即当标准力阻力值达到350N/㎡以前进行二次振捣是有效的,不会损伤已成型的砼.根据有关试验结果,当力阻力值为350N/时,对应的立方体试块强度约为25N,对应的压痕仪强度值约为27N.
　　由于采用二次振捣的最佳时间和水泥品种、水灰比、坍落度、气温和振捣条件等有关。因此，在实际工程使用前做些试验是必要的。同时在最后确定二次振捣时间时，即要考虑技术上的合理，又要满足分层浇筑、循环周期的安排，在操作时间上要留有余地，避免由于这些失误而造成“冷接头”等、质量问题。
　　(3)计量装置必须准确有效,各种配料的重量比必须严格控制在误差范围内。加强带的UEA混凝土试块标准养护共留置8组,经测试强度分别为:38.7MPa,36.9MPa,35.6MPa,40.7MPa,52.1MPa,47.6MPa,38.1MPa,42.7MPa,mfcu=1.187fcuk,该检验批混凝土合格。
　　(4)浇捣时不得任意踩踏钢筋、移动预埋件和预留孔洞的原来位置，不允许用振动棒随意振动钢筋及模板。
　　(5)在浇筑工序中，应控制混凝土的均匀性和密实性，如发现混凝土拌合物的均匀性和稠度发生较大变化时应及时处理。
　　(6)浇筑过程中要防止混凝土的分层离析，混凝土自由倾落高度不宜超过2米。
　　(7)按照地下室无缝混凝土的施工方案,浇筑过程中主要是要控制好早期裂缝的产生,从混凝土收缩裂缝的形成时间看,裂缝往往发生在混凝土初凝到终凝这段时间内,在施工方案讨论过程中,将顶板二次或三次搓平、抹压,特别是初凝抹压作为控制早期收缩裂缝的一项重要控制措施,这对于弥合部分早期裂缝是不可缺少的工艺.由于该项工艺在施工中得到了有效的应用,因此对避免顶板发生早期裂缝起到了很好的作用。
　　5、结束语
　　本工程采用了混凝土无缝化施工技术，竣工使用到现在，未见任何裂缝。显然无缝施工工艺能加快施工进度，提高结构的整体性，并保证了工程质量，取得了良好的效果。
　　参考文献：
　　[1]超长结构底板混凝土无缝施工.黄敬章.中国农村水利水电.2005.08.
　　[2]钢筋混凝土地下室结构无缝施工技术.倪文卫.浙江建筑.2006.3.