镁质高性能混凝土抗裂剂在地下室超长无缝施工中的应用

徐 可,纪宪坤,2,侯维红,2,何志立

(1.武汉三源特种建材有限责任公司,湖北 武汉 430083；2.武汉源锦建材科技有限责任公司,湖北 武汉 430083)

0 引言

随着我国城市化的迅猛发展,现代建筑物的规模越来越大,结构也越来越复杂,超长结构是目前常见的一种结构形式之一,通常做法是采用每隔30～40m设置一条后浇带进行分段施工,待42-60d后进行后浇带回填[1],该做法施工复杂,影响工期且在后浇带两侧易形成渗水点等问题。采用补偿收缩混凝土,将原设计后浇带设置成膨胀加强带实现超长无缝施工的技术受到越来越多的设计及施工单位所青睐,采用该工艺可实现120m内超长无缝施工[2],同时能起到良好的应用效果。

常用的补偿收缩材料主要为膨胀剂,按照膨胀源的种类分为：硫铝酸钙类、氧化钙类、硫铝酸钙-氧化钙类[3]以及氧化镁类,钙质膨胀剂其主要技术指标满足GB23439-2009《混凝土膨胀剂》中的Ι型、Ⅱ型要求。随着对膨胀剂产品的不断研制与开发,以氧化镁为主要膨胀源的镁质高性能混凝土膨胀剂以其优异的性能也越来越多的应用到工业民用建筑地下室工程中[4,5],相较于传统的膨胀剂,具有膨胀速率可调可控,膨胀周期长等特点[6],特别适用于解决地下室大体积混凝土及超长结构的开裂问题。国内目前采用镁质高性能混凝土抗裂剂进行超长无缝结构的设计、施工及温度应力的分析以及后期数据的实时监控较少,部分领域尚属空白[7]。本文将以无锡某超长地下室工程为例,对采用镁质高性能混凝土膨胀剂进行超长无缝施工的过程控制、数据及应用效果进行分析。

1 工程概况

本工程位于无锡市新吴区鸿山镇,东起美伯路、西至至德大道、南达彭祖路、北抵至宾路,项目总用地面积127635m2,总建筑面积263790m2,地上部分共10栋主楼,最高17层,最低8层,为框架结构,地下室总长度378m,宽55m,底板混凝土强度等级C30,厚度为800mm。侧墙及顶板混凝土强度等级C35,单栋建筑侧墙总长180m,高5.3m,厚度为300mm。顶板厚度为350mm,后浇带及膨胀加强带内混凝土强度等级提高一个等级。

2 超长无缝施工技术方案

2.1 超长无缝施工技术

“超长钢筋混凝土结构无缝设计施工方法”是我国土木建筑行业的一项重大专利技术成果,无缝设计是相对的,其设计思路为“抗放兼施,以抗为主”[8]。该工程采用“整体补偿,局部加强”的补偿收缩混凝土方案,加强带部位及带两侧底板部位选用镁质高性能混凝土抗裂剂。根据工程图纸、结构及工程实际情况,主楼部分用连续式膨胀加强带替代后浇带,车库中部分段设置间歇式膨胀加强带[9],带宽2m,加强带两侧布置密孔铁丝网,用来隔开加强带内外的混凝土。膨胀加强带是一个“假缝”,能以较大膨胀应力补偿早期的塑性收缩、温度收缩以及干燥收缩等[10]。也可根据现场情况确定整体连续浇筑或局部连续浇筑,应用灵活方便,也保证了工程的整体性。

2.2 超长无缝施工技术方案

该工程一期地下室总长320m,属于典型的超长结构。依照现行的结构设计规范,需设置多条后浇带以解决超长抗裂的问题,将整体超长结构分割为若干小段进行施工,工序繁杂,时间跨度较大,大大增加了施工及质量控制的难度,而且设置后浇带增加了整体结构的薄弱环节,给结构的整体性及防水效果带来较多隐患。经过与建设单位、设计方、施工方等多方协商,反复论证,最终决定使用镁质高性能混凝土膨胀剂配制的补偿收缩混凝土进行超长无缝施工,并取得了良好的效果。

结合项目图纸,采用镁质高性能混凝土抗裂剂配置的补偿收缩混凝土采取超长无缝施工,在原后浇带设置的基础上进行优化方案如下图2.1及2.2所示：

图2.1 原设计后浇带布置图

图2.2 优化后后浇带布置图注：“1”为温度后浇带；“2”为连续式膨胀加强带,“3”为后浇式膨胀加强带

通过该后浇带的优化,将原设计23条后浇带减少为4条后浇式膨胀加强带,其他后浇带优化为连续式的膨胀加强带,实现连续无缝施工,明显的节约了工期,加快了施工进度,同时也避免了后浇带清理、凿毛等工序以及后浇带回填后易存在渗漏点的隐患,防水整体性将得到了提高。

3 施工技术及质量控制

3.1 混凝土材料控制及配合比

3.1.1 原材料

(1)水泥：本工程采用江苏金峰水泥集团有限公司生产的P·O 42.5水泥,性能符合国家标准。

(2)砂：粗砂(人工砂),供应单位宜兴金峰；中砂(天然砂),供应单位为金坛市薛埠兴业轧石厂,含泥量小于3%。

(3)石：5～31.5mm连续级配碎石,含泥量小于1%。

(4)活性掺合料：Ⅱ级粉煤灰,S95级磨细矿渣粉。

(5)膨胀剂：膨胀加强带内混凝土采用镁质高性能混凝土抗裂剂,性能指标满足CBMF019-2017《混凝土用氧化镁膨胀剂》规定的产品性能要求；

(6)减水剂：标准型YD-PCA减水剂。

3.1.2 混凝土配合比

该项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

为保证掺镁质高性能混凝土抗裂剂混凝土的施工及力学性能满足设计要求,在原配合比基础上进行了混凝土配合比优化,通过混凝土试配,其各项性能均满足要求,底板坍落度控制在(160±30)mm,地下室侧墙的坍落度控制在(180±20)mm。

3.2 施工控制

(1)底板浇筑

底板最长113m一次性连续浇筑,由东西两侧向中部的膨胀加强带方向连续浇筑,加强带两侧混凝土浇筑完成后,进行膨胀加强带内混凝土浇筑,此时混凝土强度等级较两侧混凝土提高一个等级,且镁质高性能混凝土抗裂剂掺量提高5kg。连续浇筑过程中,提前做好浇筑计划,合理安排泵车及运输车辆,同时严格把控施工进度,避免冷缝的产生,杜绝漏水隐患。

对于混凝土结构自防水施工,振捣尤为重要。振捣时不宜欠振、漏振,也不可过振,保证混凝土的密实度。底板与侧墙接茬处,浇筑300mm高导墙,在施工缝处设置止水钢板。混凝土浇筑完后即刻进行一次抹面及收光,在初凝前进行二次抹面及覆膜处理。

(2)侧墙浇筑

侧墙采取连续分层浇筑,单次浇筑侧墙总长180m,高度5.3m,布置两台天泵,四条振捣棒,分三层进行绕圈浇筑。浇筑时严格控制混凝土的接茬时间在初凝时间之内,振捣及时充分,避免施工冷缝及麻面的产生。

(3)养护

为充分发挥镁质高性能混凝土抗裂剂的膨胀性能,混凝土的保湿养护尤为重要。对于底板,覆膜养护,冬季可铺盖毛毡,达到保温保湿的效果,夏季温度较高时,进行蓄水或间歇洒水养护,养护时间为7d左右。对于侧墙,严格控制拆模时间,带模养护宜为3～7天,现场施工条件容许情况下,可设置水管进行淋水养护,养护时间14d。

4 数据分析及应用效果

4.1 混凝土结构温度及应变历程

1号楼底板共埋设四个应变计,分别位于东西两侧电梯井、膨胀加强带以及西侧大面积底板的1/2厚度位置,在一号楼侧墙中间段的高度1/2位置埋设一个应变计。底板部分的混凝土温度及应变曲线如下图4.1,图4.2所示：

图4.1 底板温度随龄期变化曲线

图4.2 底板应变随龄期变化曲线

如图4.1,图4.2所示,1号楼底板应变计的温度变化趋势一致,电梯井的基坑深度达到2.7m,体积较大,混凝土内温峰值为69℃。经间歇洒水养护后温度于浇筑后第9天降至环境温度。不同底板位置应变计测试到的混凝土中应变的变化趋势大致相同,混凝土内部保持有70左右的微应变,体现了镁质高性能混凝土抗裂剂的微膨胀效果,防止因收缩而产生裂缝。

侧墙处应变计测得的混凝土内部温度及应变如下图5.1,5.2所示,由温度及应变可知：

侧墙在龄期31h左右达到温峰,温峰值为42.3℃,温降较为平缓。龄期40h内,混凝土内部应变为负值,其主要原因在于混凝土塑性阶段镁质高性能混凝土抗裂剂还未产生足够的膨胀,同时骨料沉降收缩所致。由于此时混凝土处于塑性阶段,混凝土变形能力较强,即使存在一定的收缩,混凝土亦不会出现开裂。40h以后混凝土中镁质高性能混凝土抗裂剂开始逐步反应,并产生体积膨胀进而补偿混凝土在温降阶段的收缩。由图5.2可知：混凝土25d龄期时,混凝土内部依然处于微膨胀的状态,在受到约束情况下,产生膨胀预压应力,抵消收缩应力,从而有效的防止裂缝的产生。

图5.1 侧墙温度随龄期变化曲线

图5.2 侧墙应变随龄期变化曲线

侧墙处应变计温度变化较为明显,在龄期31h左右达到温峰,温峰值为42.3℃,温降较为平缓。侧墙混凝土内的应变情况如图所示,龄期40h内,混凝土内部应变为负值,其原因与底板类似,而后,混凝土中氧化镁开始逐步反应,最大能产生36με膨胀微应变,且后期一直处于微膨胀阶段,体积稳定性较好,从而能有效地避免混凝土温降阶段的收缩开裂。

4.2 应用效果及分析

4.2.1 应用效果

混凝土拆模1个月后观察,底板及侧墙采取超长无缝施工的部位均未出现贯穿性的裂缝,应用效果良好。为验证自防水效果,在未做外防水情况下,施工单位组织进行了侧墙蓄水试验。

蓄水试验分别选取了项目1号楼和5号楼东北角的一段侧墙,加以人工砌的两段墙,形成封闭的蓄水试验池,蓄水池规格长6.7m,宽3.15m,高1.7m,蓄水时间为一周,蓄水高度为1.5m,如图6所示。

图6 蓄水池外观

4.2.2 试验效果分析

通过对实体地下室结构进行蓄水试验,整体防水效果较好,在未进行外防水施工情况下,楼外部侧墙未见线性的渗水,只是在侧墙个别穿墙螺杆及施工缝部位出现点渗情况,具体如图7,图8所示,主要为以下3类形式：

(1)穿墙螺杆部位渗漏。主要是因为拆模过程中,存在机械扰动导致穿墙螺杆松动,为水的渗透形成的通道。

(2)墙体和底板导墙连接处出现渗漏。由于侧墙一般是在底板导墙施工完成后3-7天浇筑,浇筑时间的不同使得其收缩速率不一致而在交界面产生空隙,为渗漏提供通道。

4.2.3 建议控制措施

针对施工节点处易出现点渗情况,可采取以下措施进行施工控制：

(1)避免初次浇筑至混凝土拆模过程对止水螺栓扰动。

(2)浇筑前做好合理的施工组织安排,水平分层浇筑,混凝土浇筑宜从低处开始,沿长边方向自一端向另一端推进,逐层上升。亦可采取中间向两边推进,保持混凝土均匀上升。浇筑时,要在下一层混凝土初凝之前浇筑上一层混凝土,避免产生冷缝。

(3)一旦出现施工冷缝,可先用同配比剔除石子的无收缩砂浆在冷缝处浇筑3～5cm,然后再浇筑混凝土。

5 结论

(1)采用镁质高性能混凝土抗裂剂配置补偿收缩混凝土,实现了本工程超长无缝施工,且取到了良好的应用效果,同时也加快了施工进度,节省了施工工期,具有良好的社会经济效果。

(2)通过混凝土内部监测数据表明,掺用镁质高性能混凝土抗裂剂混凝土底板及侧墙应变为正值,在一定阶段内始终处于微膨胀状态,产生了膨胀压应力。

(3)蓄水试验表明镁质高性能混凝土抗裂剂的掺入有效地起到了裂缝控制的效果,实现了混凝土结构自防水的目的。

[1] GB50010-2010,混凝土结构设计规范[S].2010.

[2] JGJ/T 178-2009,补偿收缩混凝土应用技术规程[S].2009.

[3] 游宝坤,李乃珍.膨胀剂及其补偿收缩混凝土[M].中国建筑工业出版社,2006.

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[11] 王德民,张官学,侯维红等.高性能膨胀剂在苏州汾湖理想城中的应用[J].混凝土与水泥制品.2015,5,25-30.