超长结构无缝施工技术在建筑垃圾资源再生循环经济园区项目中的应用

张洪才 严世军 段佑强 范立瑛 谷广辉 卢振振

（1菏泽城建工程发展集团有限公司，山东 菏泽 274000；2中国建材检验认证集团股份有限公司，北京 100024）

在基础建设的过程中，建筑垃圾的收集和处理一直困扰城市的快速发展。菏泽市开发区2019年新旧动能转换项目——建筑垃圾资源再生循环经济园区建成投产后可有效缓解菏泽建筑垃圾处理难题。项目计划总投资15亿元，年可处理300万吨建筑垃圾、利用3D技术打印100万平方米建筑、生产盈恒石100万平方米。

本项目新建成后将是国内处理建筑垃圾能力最大的再生循环经济园区，项目车间分为不同的功能区域，主要有建筑垃圾存储区、分拣筛选区、粉碎加工区等。通过回收建筑垃圾、钢、水泥、砖瓦等进行再生利用，其终端产品主要是稳定土、再生混凝土、再生砂浆、再生砖和水稳层辅料。

本工程主厂房等地下结构存在长123米、宽86米、底板厚度1米的混凝土，属超长大体积混凝土，设计采用中建材中岩科技有限公司补偿收缩混凝土无缝施工技术，实现混凝土的结构自防水并达到二级防水要求。

1 本工程需解决的关键技术——大体积混凝土硬化收缩开裂

本项目地下结构工程为超长钢筋混凝土结构，且底板厚度为1米，属于超长大体积混凝土。在施工过程中，混凝土中的水泥水化热释放比较集中，内部升温比较快。混凝土内外温差较大时，会使混凝土产生温度裂缝。此外，混凝土配置过程中只有约20%的水分是水泥硬化所必需的，而约80%的水分要蒸发。多余水分的蒸发会引起混凝土体积的收缩，造成混凝土开裂。按照传统施工设计，需要每隔20-40m预留一条后浇带，从而减小混凝土体积，以解决混凝土结构的收缩开裂问题。按照施工规范，后浇带需42d以后才能用膨胀混凝土回填。后浇带的设置会出现以下问题：第一，工期延长将近两个月；第二，后浇带混凝土接茬面的处理不当成为渗漏的主要部位，一旦混凝土开裂地下水就会通过裂缝快速渗透进入混凝土内部，造成漏水并锈蚀钢筋，严重影响建筑结构的安全和使用寿命。

2 结构自防水混凝土技术方案

2.1 超长无缝施工技术基本原理

大体积混凝土的特点是厚度（或高度）H远小于长宽尺寸L，当H/L≤0.2时，在地基钢筋等约束下，混凝土板在中间部位将出现最大应力σx。

图1 底板或墙板的应力分析

当最大应力超过当前龄期的混凝土抗拉强度时，在应力最集中的中间部位会开裂生成裂缝。开裂后，裂缝左右两块板的水平应力重新分布，随着混凝土的继续硬化收缩，最大应力出现在左右两块板的中部，当混凝土的抗拉强度小于最大应力时，又在中间部位形成第二批裂缝，从而形成连续的有序裂缝。工程中控制有序裂缝产生的主要措施是设置后浇带，释放混凝土硬化收缩的应力集中防止开裂。

超长无缝施工技术是在配置混凝土过程中掺加适量膨胀剂，通过膨胀来补偿混凝土硬化收缩产生的应力。如图2所示，在建筑物不同的部位，根据收缩应力的大小，混凝土中膨胀剂的掺加量是不同的。在收缩应力最大的中部设置2米宽的膨胀加强带，浇筑大掺量膨胀剂的混凝土，掺加量一般为胶凝材料用量的10%-12%。在结构收缩应力较小的部位浇筑微膨胀混凝土，掺加量一般为胶凝材料用量的6%-8%，补偿较小的收缩应力。施工时，膨胀加强带外侧浇筑微膨胀混凝土，到加强带时浇筑大膨胀率混凝土，过加强带后，变为微膨胀率混凝土。通过膨胀率的调整连续施工，实现超长混凝土结构的一次浇筑，保证了混凝土结构的整体性。

图2 无缝施工基本原理

2.2 膨胀加强带的设置

膨胀加强带的适宜间距为40-60m，原后浇带位置基本合适，因此将原后浇带设置为膨胀加强带，宽度扩展为2米。采用5mm孔径的钢丝网绑在膨胀加强带的两侧，防止不同膨胀率的混凝土混合在一起，同时形成易接茬的混凝土界面。钢丝网的绑扎要顺着混凝土的浇筑方向绑在竖向钢筋的外面，防止浇筑混凝土时冲击力过大无法起到拦截作用。为防止膨胀加强带混凝土的应力集中，需在加强带上增加材质与结构钢筋相同的应力钢筋，规格直径小于结构1-2个规格，设置间距为结构钢筋的2倍，垂直于加强带方向绑扎在两根结构钢筋中间，穿过加强带并延长出两侧各50cm。

在易开裂的重点位置如墙板上应加钢板止水带，墙板和顶板的膨胀加强带位置与底板相对应。另外，具有沉降功能的后浇缝按设计要求施工。

2.3 混凝土配制

结构自防水混凝土中的膨胀剂掺加量按下列公式计算：

掺量=E/（C+F+E）

其中：E-膨胀剂，C-水泥，F-矿粉或粉煤灰

混凝土结构各部位膨胀剂掺量：底板部位6%-8%；墙板和顶板部位8%-10%；膨胀加强带12%。

主要原材料指标：

水泥：菏泽中联P.O42.5水泥

粉煤灰：F.I级，细度（45微米筛）9.5%；需水量比94%，烧失量3.5%

矿粉：S95，密度2.90g/cm3，比表面积448m2/kg，活性7d 81%，28d 98%

河砂：天然河砂，细度模数2.7，含泥量2.5%，泥块含量0.5%

表1 结构自防水混凝土配合比（kg/方）

石子：连续级配，压碎值8.5%，针片状含量10.2%

外加剂：菏泽鹏远环保新型材料有限公司开发区分公司聚羧酸减水剂，减水率不小于25%

膨胀剂：中建材中岩科技有限公司生产的ZY膨胀剂

结构自防水混凝土物理性能要求：

坍落度控制在（16±2）cm；初凝时间大于6h。

表2 结构自防水混凝土强度

2.4 混凝土的浇筑工艺

1）基面清理。浇筑混凝土前，基础面上的所有杂物必须清理干净。

2）保证混凝土浇筑的连续性。如有突发状况必须保证混凝土在终凝时间前继续浇筑，防止产生冷接茬。

3）保证混凝土的振捣效果。振捣时间控制在10-30秒，不宜过长，以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准，保证不漏振、欠振。

4）及时进行二次抹面。混凝土浇筑完成后及时进行二次抹面，防止因水分蒸发造成的表面龟裂现象。

5）养护要及时、持续。混凝土二次抹面完成后，及时用麻袋、塑料薄膜等覆盖其表面；混凝土终凝后进行浇水或蓄水养护，养护期不少于14d。

3 工程防水效果

本工程通过超长结构无缝施工技术的应用，实现了地下室混凝土结构的一次性连续浇筑，保证了混凝土结构的整体性。通过掺加ZY膨胀剂补偿混凝土的硬化收缩，防止了有害裂缝的产生。施工过程严格按照施工技术方案执行，严格把控各个施工环节，保质保量完成工程建设，取得很好的实际效果。2019年5月5日本工程地下室主体结构施工完成，未发现有害裂缝，降水停止后未出现渗漏点，达到了本工程混凝土的防水设计要求。