徐 可,紀(jì)憲坤,2,侯維紅,2,何志立

(1.武漢三源特種建材有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430083；2.武漢源錦建材科技有限責(zé)任公司,湖北 武漢 430083)

0 引言

隨著我國城市化的迅猛發(fā)展,現(xiàn)代建筑物的規(guī)模越來越大,結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜,超長結(jié)構(gòu)是目前常見的一種結(jié)構(gòu)形式之一,通常做法是采用每隔30～40m設(shè)置一條后澆帶進(jìn)行分段施工,待42-60d后進(jìn)行后澆帶回填[1],該做法施工復(fù)雜,影響工期且在后澆帶兩側(cè)易形成滲水點(diǎn)等問題。采用補(bǔ)償收縮混凝土,將原設(shè)計(jì)后澆帶設(shè)置成膨脹加強(qiáng)帶實(shí)現(xiàn)超長無縫施工的技術(shù)受到越來越多的設(shè)計(jì)及施工單位所青睞,采用該工藝可實(shí)現(xiàn)120m內(nèi)超長無縫施工[2],同時(shí)能起到良好的應(yīng)用效果。

常用的補(bǔ)償收縮材料主要為膨脹劑,按照膨脹源的種類分為：硫鋁酸鈣類、氧化鈣類、硫鋁酸鈣-氧化鈣類[3]以及氧化鎂類,鈣質(zhì)膨脹劑其主要技術(shù)指標(biāo)滿足GB23439-2009《混凝土膨脹劑》中的Ι型、Ⅱ型要求。隨著對膨脹劑產(chǎn)品的不斷研制與開發(fā),以氧化鎂為主要膨脹源的鎂質(zhì)高性能混凝土膨脹劑以其優(yōu)異的性能也越來越多的應(yīng)用到工業(yè)民用建筑地下室工程中[4,5],相較于傳統(tǒng)的膨脹劑,具有膨脹速率可調(diào)可控,膨脹周期長等特點(diǎn)[6],特別適用于解決地下室大體積混凝土及超長結(jié)構(gòu)的開裂問題。國內(nèi)目前采用鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑進(jìn)行超長無縫結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、施工及溫度應(yīng)力的分析以及后期數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控較少,部分領(lǐng)域尚屬空白[7]。本文將以無錫某超長地下室工程為例,對采用鎂質(zhì)高性能混凝土膨脹劑進(jìn)行超長無縫施工的過程控制、數(shù)據(jù)及應(yīng)用效果進(jìn)行分析。

1 工程概況

本工程位于無錫市新吳區(qū)鴻山鎮(zhèn),東起美伯路、西至至德大道、南達(dá)彭祖路、北抵至賓路,項(xiàng)目總用地面積127635m2,總建筑面積263790m2,地上部分共10棟主樓,最高17層,最低8層,為框架結(jié)構(gòu),地下室總長度378m,寬55m,底板混凝土強(qiáng)度等級(jí)C30,厚度為800mm。側(cè)墻及頂板混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35,單棟建筑側(cè)墻總長180m,高5.3m,厚度為300mm。頂板厚度為350mm,后澆帶及膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)混凝土強(qiáng)度等級(jí)提高一個(gè)等級(jí)。

2 超長無縫施工技術(shù)方案

2.1 超長無縫施工技術(shù)

“超長鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)無縫設(shè)計(jì)施工方法”是我國土木建筑行業(yè)的一項(xiàng)重大專利技術(shù)成果,無縫設(shè)計(jì)是相對的,其設(shè)計(jì)思路為“抗放兼施,以抗為主”[8]。該工程采用“整體補(bǔ)償,局部加強(qiáng)”的補(bǔ)償收縮混凝土方案,加強(qiáng)帶部位及帶兩側(cè)底板部位選用鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑。根據(jù)工程圖紙、結(jié)構(gòu)及工程實(shí)際情況,主樓部分用連續(xù)式膨脹加強(qiáng)帶替代后澆帶,車庫中部分段設(shè)置間歇式膨脹加強(qiáng)帶[9],帶寬2m,加強(qiáng)帶兩側(cè)布置密孔鐵絲網(wǎng),用來隔開加強(qiáng)帶內(nèi)外的混凝土。膨脹加強(qiáng)帶是一個(gè)“假縫”,能以較大膨脹應(yīng)力補(bǔ)償早期的塑性收縮、溫度收縮以及干燥收縮等[10]。也可根據(jù)現(xiàn)場情況確定整體連續(xù)澆筑或局部連續(xù)澆筑,應(yīng)用靈活方便,也保證了工程的整體性。

2.2 超長無縫施工技術(shù)方案

該工程一期地下室總長320m,屬于典型的超長結(jié)構(gòu)。依照現(xiàn)行的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范,需設(shè)置多條后澆帶以解決超長抗裂的問題,將整體超長結(jié)構(gòu)分割為若干小段進(jìn)行施工,工序繁雜,時(shí)間跨度較大,大大增加了施工及質(zhì)量控制的難度,而且設(shè)置后澆帶增加了整體結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),給結(jié)構(gòu)的整體性及防水效果帶來較多隱患。經(jīng)過與建設(shè)單位、設(shè)計(jì)方、施工方等多方協(xié)商,反復(fù)論證,最終決定使用鎂質(zhì)高性能混凝土膨脹劑配制的補(bǔ)償收縮混凝土進(jìn)行超長無縫施工,并取得了良好的效果。

結(jié)合項(xiàng)目圖紙,采用鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配置的補(bǔ)償收縮混凝土采取超長無縫施工,在原后澆帶設(shè)置的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化方案如下圖2.1及2.2所示：

圖2.1 原設(shè)計(jì)后澆帶布置圖

圖2.2 優(yōu)化后后澆帶布置圖注：“1”為溫度后澆帶；“2”為連續(xù)式膨脹加強(qiáng)帶,“3”為后澆式膨脹加強(qiáng)帶

通過該后澆帶的優(yōu)化,將原設(shè)計(jì)23條后澆帶減少為4條后澆式膨脹加強(qiáng)帶,其他后澆帶優(yōu)化為連續(xù)式的膨脹加強(qiáng)帶,實(shí)現(xiàn)連續(xù)無縫施工,明顯的節(jié)約了工期,加快了施工進(jìn)度,同時(shí)也避免了后澆帶清理、鑿毛等工序以及后澆帶回填后易存在滲漏點(diǎn)的隱患,防水整體性將得到了提高。

3 施工技術(shù)及質(zhì)量控制

3.1 混凝土材料控制及配合比

3.1.1 原材料

(1)水泥：本工程采用江蘇金峰水泥集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的P·O 42.5水泥,性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

(2)砂：粗砂(人工砂),供應(yīng)單位宜興金峰；中砂(天然砂),供應(yīng)單位為金壇市薛埠興業(yè)軋石廠,含泥量小于3%。

(3)石：5～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石,含泥量小于1%。

(4)活性摻合料：Ⅱ級(jí)粉煤灰,S95級(jí)磨細(xì)礦渣粉。

(5)膨脹劑：膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)混凝土采用鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑,性能指標(biāo)滿足CBMF019-2017《混凝土用氧化鎂膨脹劑》規(guī)定的產(chǎn)品性能要求；

(6)減水劑：標(biāo)準(zhǔn)型YD-PCA減水劑。

3.1.2 混凝土配合比

該項(xiàng)目地下室不同部位混凝土配合比如下表1所示。

表1 不同部位混凝土配合比

為保證摻鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑混凝土的施工及力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求,在原配合比基礎(chǔ)上進(jìn)行了混凝土配合比優(yōu)化,通過混凝土試配,其各項(xiàng)性能均滿足要求,底板坍落度控制在(160±30)mm,地下室側(cè)墻的坍落度控制在(180±20)mm。

3.2 施工控制

(1)底板澆筑

底板最長113m一次性連續(xù)澆筑,由東西兩側(cè)向中部的膨脹加強(qiáng)帶方向連續(xù)澆筑,加強(qiáng)帶兩側(cè)混凝土澆筑完成后,進(jìn)行膨脹加強(qiáng)帶內(nèi)混凝土澆筑,此時(shí)混凝土強(qiáng)度等級(jí)較兩側(cè)混凝土提高一個(gè)等級(jí),且鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑摻量提高5kg。連續(xù)澆筑過程中,提前做好澆筑計(jì)劃,合理安排泵車及運(yùn)輸車輛,同時(shí)嚴(yán)格把控施工進(jìn)度,避免冷縫的產(chǎn)生,杜絕漏水隱患。

對于混凝土結(jié)構(gòu)自防水施工,振搗尤為重要。振搗時(shí)不宜欠振、漏振,也不可過振,保證混凝土的密實(shí)度。底板與側(cè)墻接茬處,澆筑300mm高導(dǎo)墻,在施工縫處設(shè)置止水鋼板?；炷翝仓旰蠹纯踢M(jìn)行一次抹面及收光,在初凝前進(jìn)行二次抹面及覆膜處理。

(2)側(cè)墻澆筑

側(cè)墻采取連續(xù)分層澆筑,單次澆筑側(cè)墻總長180m,高度5.3m,布置兩臺(tái)天泵,四條振搗棒,分三層進(jìn)行繞圈澆筑。澆筑時(shí)嚴(yán)格控制混凝土的接茬時(shí)間在初凝時(shí)間之內(nèi),振搗及時(shí)充分,避免施工冷縫及麻面的產(chǎn)生。

(3)養(yǎng)護(hù)

為充分發(fā)揮鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑的膨脹性能,混凝土的保濕養(yǎng)護(hù)尤為重要。對于底板,覆膜養(yǎng)護(hù),冬季可鋪蓋毛氈,達(dá)到保溫保濕的效果,夏季溫度較高時(shí),進(jìn)行蓄水或間歇灑水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7d左右。對于側(cè)墻,嚴(yán)格控制拆模時(shí)間,帶模養(yǎng)護(hù)宜為3～7天,現(xiàn)場施工條件容許情況下,可設(shè)置水管進(jìn)行淋水養(yǎng)護(hù),養(yǎng)護(hù)時(shí)間14d。

4 數(shù)據(jù)分析及應(yīng)用效果

4.1 混凝土結(jié)構(gòu)溫度及應(yīng)變歷程

1號(hào)樓底板共埋設(shè)四個(gè)應(yīng)變計(jì),分別位于東西兩側(cè)電梯井、膨脹加強(qiáng)帶以及西側(cè)大面積底板的1/2厚度位置,在一號(hào)樓側(cè)墻中間段的高度1/2位置埋設(shè)一個(gè)應(yīng)變計(jì)。底板部分的混凝土溫度及應(yīng)變曲線如下圖4.1,圖4.2所示：

圖4.1 底板溫度隨齡期變化曲線

圖4.2 底板應(yīng)變隨齡期變化曲線

如圖4.1,圖4.2所示,1號(hào)樓底板應(yīng)變計(jì)的溫度變化趨勢一致,電梯井的基坑深度達(dá)到2.7m,體積較大,混凝土內(nèi)溫峰值為69℃。經(jīng)間歇灑水養(yǎng)護(hù)后溫度于澆筑后第9天降至環(huán)境溫度。不同底板位置應(yīng)變計(jì)測試到的混凝土中應(yīng)變的變化趨勢大致相同,混凝土內(nèi)部保持有70左右的微應(yīng)變,體現(xiàn)了鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑的微膨脹效果,防止因收縮而產(chǎn)生裂縫。

側(cè)墻處應(yīng)變計(jì)測得的混凝土內(nèi)部溫度及應(yīng)變?nèi)缦聢D5.1,5.2所示,由溫度及應(yīng)變可知：

側(cè)墻在齡期31h左右達(dá)到溫峰,溫峰值為42.3℃,溫降較為平緩。齡期40h內(nèi),混凝土內(nèi)部應(yīng)變?yōu)樨?fù)值,其主要原因在于混凝土塑性階段鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑還未產(chǎn)生足夠的膨脹,同時(shí)骨料沉降收縮所致。由于此時(shí)混凝土處于塑性階段,混凝土變形能力較強(qiáng),即使存在一定的收縮,混凝土亦不會(huì)出現(xiàn)開裂。40h以后混凝土中鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑開始逐步反應(yīng),并產(chǎn)生體積膨脹進(jìn)而補(bǔ)償混凝土在溫降階段的收縮。由圖5.2可知：混凝土25d齡期時(shí),混凝土內(nèi)部依然處于微膨脹的狀態(tài),在受到約束情況下,產(chǎn)生膨脹預(yù)壓應(yīng)力,抵消收縮應(yīng)力,從而有效的防止裂縫的產(chǎn)生。

圖5.1 側(cè)墻溫度隨齡期變化曲線

圖5.2 側(cè)墻應(yīng)變隨齡期變化曲線

側(cè)墻處應(yīng)變計(jì)溫度變化較為明顯,在齡期31h左右達(dá)到溫峰,溫峰值為42.3℃,溫降較為平緩。側(cè)墻混凝土內(nèi)的應(yīng)變情況如圖所示,齡期40h內(nèi),混凝土內(nèi)部應(yīng)變?yōu)樨?fù)值,其原因與底板類似,而后,混凝土中氧化鎂開始逐步反應(yīng),最大能產(chǎn)生36με膨脹微應(yīng)變,且后期一直處于微膨脹階段,體積穩(wěn)定性較好,從而能有效地避免混凝土溫降階段的收縮開裂。

4.2 應(yīng)用效果及分析

4.2.1 應(yīng)用效果

混凝土拆模1個(gè)月后觀察,底板及側(cè)墻采取超長無縫施工的部位均未出現(xiàn)貫穿性的裂縫,應(yīng)用效果良好。為驗(yàn)證自防水效果,在未做外防水情況下,施工單位組織進(jìn)行了側(cè)墻蓄水試驗(yàn)。

蓄水試驗(yàn)分別選取了項(xiàng)目1號(hào)樓和5號(hào)樓東北角的一段側(cè)墻,加以人工砌的兩段墻,形成封閉的蓄水試驗(yàn)池,蓄水池規(guī)格長6.7m,寬3.15m,高1.7m,蓄水時(shí)間為一周,蓄水高度為1.5m,如圖6所示。

圖6 蓄水池外觀

4.2.2 試驗(yàn)效果分析

通過對實(shí)體地下室結(jié)構(gòu)進(jìn)行蓄水試驗(yàn),整體防水效果較好,在未進(jìn)行外防水施工情況下,樓外部側(cè)墻未見線性的滲水,只是在側(cè)墻個(gè)別穿墻螺桿及施工縫部位出現(xiàn)點(diǎn)滲情況,具體如圖7,圖8所示,主要為以下3類形式：

(1)穿墻螺桿部位滲漏。主要是因?yàn)椴鹉＿^程中,存在機(jī)械擾動(dòng)導(dǎo)致穿墻螺桿松動(dòng),為水的滲透形成的通道。

(2)墻體和底板導(dǎo)墻連接處出現(xiàn)滲漏。由于側(cè)墻一般是在底板導(dǎo)墻施工完成后3-7天澆筑,澆筑時(shí)間的不同使得其收縮速率不一致而在交界面產(chǎn)生空隙,為滲漏提供通道。

4.2.3 建議控制措施

針對施工節(jié)點(diǎn)處易出現(xiàn)點(diǎn)滲情況,可采取以下措施進(jìn)行施工控制：

(1)避免初次澆筑至混凝土拆模過程對止水螺栓擾動(dòng)。

(2)澆筑前做好合理的施工組織安排,水平分層澆筑,混凝土澆筑宜從低處開始,沿長邊方向自一端向另一端推進(jìn),逐層上升。亦可采取中間向兩邊推進(jìn),保持混凝土均勻上升。澆筑時(shí),要在下一層混凝土初凝之前澆筑上一層混凝土,避免產(chǎn)生冷縫。

(3)一旦出現(xiàn)施工冷縫,可先用同配比剔除石子的無收縮砂漿在冷縫處澆筑3～5cm,然后再澆筑混凝土。

5 結(jié)論

(1)采用鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑配置補(bǔ)償收縮混凝土,實(shí)現(xiàn)了本工程超長無縫施工,且取到了良好的應(yīng)用效果,同時(shí)也加快了施工進(jìn)度,節(jié)省了施工工期,具有良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效果。

(2)通過混凝土內(nèi)部監(jiān)測數(shù)據(jù)表明,摻用鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑混凝土底板及側(cè)墻應(yīng)變?yōu)檎?在一定階段內(nèi)始終處于微膨脹狀態(tài),產(chǎn)生了膨脹壓應(yīng)力。

(3)蓄水試驗(yàn)表明鎂質(zhì)高性能混凝土抗裂劑的摻入有效地起到了裂縫控制的效果,實(shí)現(xiàn)了混凝土結(jié)構(gòu)自防水的目的。

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