超尺寸钢筋微膨胀混凝土结构无缝施工技术

[摘 要] 采用微膨胀混凝土浇筑超尺寸钢筋混凝土结构，取消伸缩缝、进行无缝施工通过理论计算是可行的；笔者通过大量工程实践证明：此技术是提高超尺寸结构整体性、抗震性，节省工期，大幅度降低工程造价等行之有效的好方法，施工简便易行（沉降缝、抗震缝、温度缝合并，不设缝或少设缝），具有显著地社会经济效益。

[关键词] 微膨胀混凝土；超尺寸钢筋混凝土结构；取消伸缩缝；无缝施工

[中图分类号] TU755.9 [文献标志码] A [文章编号] 2095-4085（2012）-06-0105-03

一、引言

超尺寸钢筋混凝土结构在具体施工过程中，按照规范要求一般采取设置后浇带（结合伸缩缝位置）的方法，以消除因混凝土干缩和降温冷缩而引起的裂缝。后浇带的设置给现场施工带来许多弊端：后浇带处防水效果不好，容易渗漏、施工烦杂、工序多、周期长，造价相应增加。公司技术人员与山东省建筑材料设计研究院新技术研究所专家通过全方位分析、研讨与论证，结合过去施工应用的成功经验，拟采取以下方案。

1、设计后浇带部位改为膨胀加强带，加强带混凝土采用强度等级、抗渗等级提高一级的微膨胀混凝土。加强带宽度为2m，其两侧分别设V型的5mm方孔钢丝网，防止混凝土流入加强带内，钢丝网中间增加φ12立筋加固，也兼作铁丝网支撑用。

2、厚大体积底板混凝土水化热高，混凝土收缩大，易产生裂缝，结合建设工程的实际情况，宜采用高性能混凝土。建议采用I级粉煤灰、矿渣微粉或其混合物等量取代水泥，减少水泥用量，以降低混凝土的收缩。

3、采用超缓凝技术，使混凝土缓凝时间在12小时以上，延缓混凝土水化放热的过程，降低水化热热峰值。

二、工艺原理

1、JEA低碱高效膨胀防水剂的抗裂防渗原理

JEA系列膨胀防水剂是由多种盐类复合，经物化改性而制成新型低碱复合外加剂。将其适量掺量入水泥、混凝土（包括砂浆、净浆、下同）中，可与水泥水化物反应生成大量膨胀性结晶水化物——钙矾石3CaO、3CaSO4、32H2O）而使混凝土产生适度膨胀。在约束（如：基础约束、邻位约束、配筋等）条件下，其膨胀能将转化为压应力即自应力，此压应力可抵消混凝土干缩和冷缩产生的拉应力，从而弥补了普通混凝土收缩开裂的缺陷。而后期形成的钙矾石可填充、切断混凝土中毛细孔、密实混凝土，从而提高混凝土的强度、抗渗、抗冻等耐久性能，形成结构自防水混凝土，达到永久防水之功效。在限制膨胀下导入的预压应力值为0.2～0.8MPa，这相当于提高了混凝土的早期抗拉强度，同时，推迟了砼收缩的产生过程。当混凝土开始收缩时，其抗拉力已增长到足以抵抗收缩应力，从而防止和减少了收缩，使之不产生裂缝或将裂缝控制在允许范围之内。

2、超尺寸结构无缝施工的有关计算

根据有关理论，当混凝土最终变形E=Eσ-EL-EW+Ee

混凝土的绝热温升为：Tmax=M×Qi/（p×c）

式中：M——水泥熟料用量

p——混凝土密度2300～2500kg/m3

c——比热，一般为0.92～1.0×103J/（kg×℃）取0.93×103

Qi——水泥熟料水化热（J/kg）

设：水泥熟料矿物组成为：C3S、50%；C2S、20%；C3A、7%；C4AF、13%，则：该水泥3天水化热为：

Q3=240×50%+50×20%+880×7%+290×13%

=120+10+37.7+61.6=229.3×103（J/kg）

28天水化热为：

Q28=377×50%+105×20%+1378×7%+494×13%

=370×103（J/kg）

例：济南奥体中心地下工程底板长300m、宽100m，属超尺寸钢筋混凝土结构，其相关计算如下：

（1）、混凝土补偿收缩计算

A、采用PS配制C35P12高性能防渗混凝土浇筑底板：PS水泥用量360kg/m3、粉煤灰用量100kg/m3、复合膨胀防水剂13.8kg/m3，有关计算如下：

底板绝热温升最高值：

Tmax=（360×30%×370×103）/（2400×0.96×103）=17.3℃

底板为上表面一维散热，散热系数取0.60，则混凝土内部温升为：

T1=0.60×17.3=10.4℃

环境气温10℃～15℃，取平均温差：T2=（15-10）/2=2.5℃

故底板混凝土的最大冷缩值为：

EL=σ（T1+T2）=1.0×10-5×（10.4+2.5）=1.29×10-4

混凝土的干缩率地下洞室为（0.5～1.5）x10-4，取1.0×10-4，

则混凝土总收缩率为：1.29×10-4+1.0×10-4=2.29×10-4

配筋率取0.4%，微膨胀混凝土弹性伸长率为0.43Eσ，则地下室补偿收缩混凝土的限制膨胀率为：

Eσ=1.29×10-4+1.0×10-4-0.43Eσ

即Eσ=（1.29×10-4+1.0×10-4）/1.43=1.6×10-4

若考虑混凝土的极限拉伸SK（1.5～2.0）×10-4），微膨胀混凝土最终变形：

E=1.6×10-4-2.29×10-4=-0.69×10-4

因0.69×10-4

B、若采用P0配制C35P12高性能混凝土浇筑底板： P0水泥用量260kg/m3、粉煤灰以100kg/m3、矿粉120kg/m3、复合膨胀防水剂15kg/m3，有关计算如下：

底板绝热温升高值：

Tmax=（260×85%×370×103）/（2400×0.96×103）=35.5℃

底板为上表面一维散热，散热系数取0.60，则混凝土内部温升为：

T1=0.60×35.5=21.3℃

环境气温10℃～15℃，取平均温差：T2=（15-10）/2=2.5℃

故该类底板混凝土的最大冷缩值为：

EL=σ（T1+T2）=1.0×10-5×（21.3+2.5）=2.38×10-4

混凝土的干缩率地下洞室为（0.5～1.5）x10-4，取1.0×10-4，配筋率取0.4%，微膨胀混凝土弹性伸长率为0.43Eσ，则地下室混凝土的限制膨胀率为：

Eσ=2.38×10-4+1.0×10-4-0.43Eσ

即Eσ=（2.38×10-4+1.0×10-4）/1.43=2.36×10-4

考虑混凝土的极限拉伸SK（1.5～2.0）×10-4），微膨胀混凝土的最终变形：

E=2.36×10-4-3.38×10-4=-1.02×10-4

因：1.02×10-4

C、楼（层）板：采用P0配制C30P8高性能混凝土浇筑楼板，P0水泥用量240kg/m3、粉煤灰以80kg/m3、矿粉80kg/m3、复合膨胀防水剂12kg/m3，有关计算如下：

Tmax=（240×85%×370×103）/（2400×0.96×103）=32.8℃

每层楼板因多维散热，混凝土散热系数取0.3，则楼板混凝土温升为：

T1=0.30×32.8=9.84℃

环境气温平均温差仍取2.5℃，故该楼板的最大冷缩值为：

EL=α（T1+T2）=1.0×10-5×（9.84+2.5）=1.23×10-4

混凝土干缩率自然环境中（1.5～2.5）×10-4，取2.0×10-4

配筋率取0.15%时，微膨胀混凝土的弹性伸长率为0.25Eα，则该楼板补偿收缩混凝土的限制膨胀率为：

Eσ=1.23×10-4+2.0×10-4-0.25Eσ

即：Eσ=（1.23×10-4+2.0×10-4）/1.25=2.58×10-4

同理：考虑混凝土的极限拉伸值，若微膨胀混凝土的最终变形：

Eα=2.58×10-4-3.23×10-4=-0.65×10-4

因0.65×10-4

D、若采用460kg/m3普通硅酸盐水泥配制普通混凝土浇筑该底板，底板绝热温升最大值：Tmax=（460×85%×370×103）/（2400×0.96×103）=62.8℃

底板上表面为一维散热，散热系数取0.60，则混凝土内部温升为：

T1=0.60×62.8=37.7℃

环境气温10℃～15℃，取平均温差：T2=（15-10）/2=2.5℃

故底板混凝土的最大冷缩值为：

EL=α（T1+T2）=1.0×10-5×（37.7+2.5）=4.02×10-4

混凝土的干缩率地下洞室为（0.5～1.5）×10-4，取1.0×10-4

则混凝土总收缩率为：4.02×10-4+1.0×10-4=5.02×10-4

混凝土的极限拉伸SK[（1.5～2.0）×10-4]，

E=（1.5～2.0）×10-4-5.02 ×10-4=-（3.52～3.02）×10-4

因3.02～3.52>SK（1.5～2.0×10-4），所以混凝土必然开裂。

（2）、伸缩缝间距的计算；仍以本工程为例计算如下：

A＼地下洞室干缩最大当量温差为T3=T/α=1.5×

10-4/1.0×10-5=15℃。

微膨胀混凝土最小补偿当量温差：

T4=E/α=2.29×10-4/1.0×10-5=22.9℃；

底板微膨胀混凝土综合温差：

T=T1+T2+T3-T4=10.4+2.5+15-22.9=5℃

该工程地基为混合土，取水平阻力系数CX=0.8MPa/mm，微膨胀混凝土弹性模量（28天）取3.3×10-4MPa，混凝土平均伸缩缝间距按下式计算：

H·E |λT|

L1=1.5× ·arcosh

Cx |λT|- |SK|

2400×3.3×10-4 |1.0×10-5×5|

=1.5× ·arcosh

0.8 |1.0×10-5×5|- |1.75×10-4|

因│5×10-5│-│1.75×10-4│

B、同理，每层楼板干缩的最大当量温差：T3=2.5×10-4/1.0×10-5=25（℃）。

微膨胀混凝土最小补偿当量温差：T4=E/α=2.58×10-4/1.0×10-5=25.8（℃）

微膨胀混凝土综合温差：T=9.84+2.5+25-25.8=11.5℃

因楼板浇筑在梁柱上，取其水平阻力系数CX=1.25Mpa/mm，则该楼板平均伸缩缝间距为：

2400×3.3×104 |1.0×10-5×11.5|

L=1.5× ·arcosh

1.25 1.0×10-5×11.5- |1.75×10-4|

同理，因│1.15×10-4│-│1.75×10-4│