第２０卷第２期 安徽冶金科技职业学院学报 ｖ０１．２ｏ．Ｎ０．２ ２０１０年４月 Ｊｏｕｍａｌ ｏｆ Ａｎｈｕｉ Ｖ￣ｏｎａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａｐｒ．２０１０ 通过设置膨胀混凝土加强带 有效控制混凝土开裂 张道富 （马钢集团建设有限责任公司 安徽马鞍山２４３ＯＯ０） 摘 要：在超长混凝土结构中，通过采用膨胀混凝土加强带技术，既方便施工、缩短工期，又能提高混凝土的抗裂性能，从 而提高地下结构的抗渗性。 关键词：膨胀混凝土加强带；后浇带；超长混凝土结构；变形裂缝；温度应力 中图分类号：ＴＵ５２８．５５文献标识码：Ｂ文章编号：１６７２—９９９４（２０１０）ｏ２一ｏ０２９～０４ １工程概况 的温度应变（热胀冷缩），二是混凝土的干缩，加之 地基或先期施工结构对后期混凝土结构变形的约 沙钢永兴原料场翻车机卸料工程，属地下箱形 束。 钢筋混凝土结构，长１２３ ｎｌ，基础底板厚为２．３ ｍ， 其中温度应变的产生是由于混凝土在凝结硬 抗渗等级为ｓ８，该处地下水丰富，设计采用了后浇 化过程中，水泥水化产生大量的水化热，而混凝土 带，这样工程不仅施工周期长，而且会给施工带来 本身导热差，其内部大量热量无法快速散去，导致 很多困难，使该处模板和支撑不能及时拆除，较长 混凝土内部温度升高，产生内外温差，因而产生温 时间不能封闭，加之多层的粗、密钢筋，掉进带内的 度应变；二是由于环境温度的变化引起的，根据热 杂物和零星混凝土难于清理，在后浇带混凝土浇筑 胀冷缩的原理，温度下降后必将产生收缩，因而产 前，需对先浇混凝土表面凿毛，对带内钢筋除锈，但 生拉应力，而早期混凝土强度较低，当拉应力超过 仍难保证新老混凝土之间的粘结强度，极易在与原 混凝土的极限抗拉强度时产生裂缝。 混凝土连接处产生裂缝，形成渗水的通道。 混凝土的干缩变形是产生干缩裂缝的主要原 为加快工程施工进度，提高工程质量，降低工 因，是由于早期混凝土中水分的过快蒸发而引起 程成本，减少因后浇带设置而带来的施工不便，为 的，当混凝土在空气中硬化时，其中水分会逐渐蒸 此，我们采用加强带的施工技术，即在混凝土中掺 发，使水泥石中的胶凝体逐渐干燥而产生收缩，从 入水泥用量１５％（等量替换水泥）的具有高效减水 而产生干缩变形。 和微膨胀功能的ＵＥＡ型外加剂，让混凝土具有微 膨胀来抵消混凝土的收缩，消除因设置后浇带而产 由于混凝土结构中的某一单元的变形都会受 到其周围环境不同程度的约束，因此这种受约束的 生的缺陷，实现超长混凝土结构连续无缝施工。 收缩变形就会产生一定的拉应力，当拉应力超过混 ２混凝土裂缝的成因及对策 凝土极限抗拉强度时，就会导致结构开裂，因此除 混凝土超长结构产生裂缝的根本原因是混凝 了混凝土需在特定的环境条件下养护，还应按设计 土收缩应力超过混凝土的极限抗拉强度，而混凝土 和试验来确定混凝土需掺入膨胀剂的量，使混凝土 收缩应力的产生不外乎以下几种原因，一是混凝土 产生微膨胀，来补偿由于温度和干缩变形产生的收 缩。 以往是过多地采用放的方法，但该法的缺陷是 收稿日期：２０ｌＯ一０３—２２ 作者简介：张道富（１９５７一），男，马钢集团建设有限责任公司，高级 施工周期长、施工难度大，本工程采用“补抗放兼 工程师。 用、以补为主”的综合技术工艺措施，通过在混凝土 ・３０・ 安徽冶金科技职业学院学报 ２０１０年第２期 中的局部区域掺入膨胀剂来设置膨胀混凝土加强 带，以混凝土的预膨胀来补偿混凝土收缩的“补”的 主要措施，采用“分块跳仓浇筑”和后浇式加强带的 浇筑措施，使热量部分释放，混凝土自身收缩部分 自由完成来进行“放”，采用重新合理布筋和对薄弱 部位加强配筋来进行“抗”，最终有效地防止收缩裂 缝的产生。 ３设置加强带的理论依据 加强带内的膨胀混凝土在凝结硬化过程中会 产生适当膨胀，在钢筋和邻边单元的约束下，混凝 土中会产生一定的自应力（约０．２ ＭＰａ ０．７ ＭＰａ）， 其数值可按下式计算： ｄ ｔｏＥ ‘ Ｐ 式中： 一混凝土自应力，ＭＰａ； ．截面的配筋率，％； Ｅ 一钢筋的弹性模量，ＭＰａ； ￡ 一钢筋的限制膨胀率，％。 从上式可知：在配筋率和钢筋弹性模量一定的 情况下，膨胀混凝土的自应力值与膨胀率成正比。 由于膨胀加强带部位有一定的自应力（预压应力）， 能消除由于混凝土收缩而产生的拉应力，使得混凝 土对抗收缩应力的补偿能力大大增加，从而能有效 地防止超长结构开裂，其原理示意如下图１所示： Ｃ ／—一 ———～ ／ ，一一…一 …～～一一～ ＼Ｄ ＾ ／／／— 一 Ｌ—～ ＼＼＼ — Ｆ Ｊ ｌ 圈１ 从图１中可以看出，普通 昆凝土的温度收缩应 力曲线为ＡＢＣＤＥ，当超过Ｂ、Ｄ两点时， ＞ （混凝 土抗拉强度标准值），即温度应力大于混凝土抗拉 强度标准值，混凝土开始开裂而释放其能量；当采 用小掺量外加剂的膨胀混凝土时，其温度收缩应力 曲线如ＦＧＨＮＪ所示，当超过Ｇ、Ｎ两点时，即ｄ＞ ， 开始产生裂缝，但开裂时的结构长度较普通混凝土 明显加长，为防止开裂，在Ｇ、Ｈ两点设置膨胀加强 带，使原Ｇ、Ｎ两点的应力降到Ｋ、Ｍ两点，之后随 长度增加应力重新增长，但最终结构中部的Ｌ点最 大应力值小于混凝土的抗拉强度标准值，即ａ＜ ， 从而保证了超长混凝土结构不开裂，达到控制混凝 土变形裂缝的目的。 ４膨胀混凝土补偿收缩的计算 ４．１求干缩值￡ 【ｔ】 ０ ． ￡ｙ（ｔ） ￡ｙ（１一ｅ ）ｍｌ ｒｎ２……‘ＩＴＩｌ０ 式中：Ｅｙ（ｔ）一ｔ龄期混凝土干缩值ｍｍ）； ０ ￡ｙ＝Ｅｙ（∞）一标准状态下最终收缩值 Ｏ （Ｉ砌），取￡ｙ＝３．２４×１０～； ｂ＿经验系数，一般取０．０１；养护较差时 取０．０３； ｒ由浇灌时至计算时时间值（ｄ）； １ＴＩ１・ｒｒｒｓ……・１＇／１１０一为各种非标准条件的 修正系数，我们这里只考虑水灰比和环 境湿度影响，取ｍ４＝１．１２、ｒｒｒｒ＝１．１３。 ４．２求冷缩值ｓＴ 水化热引起混凝土内部绝热温升， ＝ｍ ・ Ｑ（１一ｅ ）／ｃ・ｐ 式中：死一绝热温升（℃），是指在结构四周无任 何散热条件、无任何损耗的条件下，水泥与水 水化反应后产生的水化热全部转化为温升的 最高温度； 豫一混凝土中水泥（包括膨胀剂）用量（ｋｇ／ ）； 水泥水化热（ｋＪ／ｋｇ），其２８天的水化热为 ４５０．１６×１０３ｊ／ｋｇ； 混凝土的质量密度（ｋｇ／ｍ３），２４００ｋｇ／ｍ３； 一混凝土的比热（１＜Ｊ／（ｋ・Ｋ）），一般为０．９２ —１．０，取０．９６×１０３Ｊ／（ｋｇ・Ｋ）； ｅ＿＿常数２．７１８； Ｈ广为与水泥品种、浇筑时温度等有关的经 验系数，一般为０．２ ０．４； ｆ一计算时混凝土的龄期（ｄ）。 本工程考虑到混凝土表面散热的影响，散热系 统取Ｏ．６（若二维散热可取０．３～０．４），则由水化热 引起的温升值为 ＝Ｏ．６ 。 混凝土的最大冷缩值ｓ ＝ａ（ ＋ ） 式中： 混凝土线膨胀系数，取１．０Ｘ １０。。； 一施工期间环境温度的平均差值。 总第镐期 张道富：通过设置膨胀混凝土加强带有效控制混凝土开裂 ３１。 ４．３求极限拉伸值￡Ｄ ｅ ＝７．５ （０．１＋，ｕｌｄ）１０一（Ｉｎ ｔ／ｌｎ２８） 式中：￡Ｄ一混凝土极限拉伸值； 一混凝土抗拉强度设计值（Ｎ／Ｈ ）； 配筋率（％）， ＝Ｆａ／Ｆｃ； ｄ一钢筋直径（ＩＩｌＩｌ１）； ｔ一指定期龄期（ｄ）。 考虑混凝土的徐变影响，偏安全地假设为单性 极限的０．５倍，则混凝土最终极限拉伸值：￡Ｄ＝（Ｉ ＋０．５）￡ｐ ４．４加强带限制膨胀率 ｅｘ（ｔ）＝ａｌ・ａ２……‘ａ９‘３．３３ｔ×１０－４／（１．８７＋ｔ） 式中：ａｌ ａ２……ａ９一为偏离标准条件影响系数； ｔ一为混凝土龄期（ｄ）。 经计算得￡ｖ＋ｓＴ一￡ｘ＜￡Ｐ，所以混凝土不会开 裂。 在计算混凝土膨胀加强带时，值得注意的是， 混凝土极限拉伸值除考虑配筋率影响外，还需考虑 混凝土徐变的影响，另外，膨胀混凝土的受拉徐变 比普通混凝土高３０％，从偏于安全的角度可不予 考虑。 ５混凝土加强带的设置 膨胀加强带应设置在混凝土结构产生收缩应 力的最大部位，一般是结构的中部以及截面、上部 结构荷载变化较大等部位，一般每隔３０ ｍ设一条， 宽宜为２ ｍ，需贯穿整个基础底板、墙壁及顶板，在 带的两侧分别设置一层５ ｍｍ×５ ｍｍ的密孔钢丝 网，两端分别绑扎在底板的上下层钢筋上，并留有 保护层，每隔２００ ｍｍ～３００ ｍｍ设一根竖向０１６ ＩｎｌＴｌ 的钢筋予以加固，钢丝网的搭接、固定和加固必须 牢，浇筑混凝土时，应避免混凝土直接冲向钢丝网， 以防钢丝网被冲开，引起两种混凝土混合，影响加 强带的效果，外池壁的加强带尚需在墙厚中部增设 钢板止水带，膨胀加强带的混凝土强度等级应比带 外的提高５ＭＰａ，以提高其混凝土的抗拉强度，带内 的外加剂的掺量宜比带外的提高２％，另外，底板 和顶板及墙壁的加强带可采用间隔式浇筑，即在加 强带两侧的混凝土浇筑７ ｄ后，待其自身收缩变形 大部分完成时，再浇筑加强带的膨胀混凝土，底板 加强带宜设膨胀止水条，其构造措施如图２。 ６对墙体裂缝的说明 工程实践表明，对墙体而言，即使整体使用膨 胀混凝土，也往往会产生裂缝。这是因为：除配筋 不太合理，混凝土配合比存在问题，养护不足，分段 太长等因素以外，主要与混凝土膨胀量不足有关： （１）新浇混凝土温度下降产生收缩时，由于已浇底 板的约束，于是产生拉应力。（２）由于混凝土截面 内的温差，在低温部位产生拉应力（见图３）。（３） 墙体混凝土的干缩由于被刚性大的柱或基础的约 束而产生干缩裂缝（见图４）。 温度应力（张拉） 图３截面内温差产生的裂缝 ／ 裂缝 ） 图４干缩产生的裂缝 为此，施工中采取适当提高边墙配筋率至０． ８％左右，减少水平筋间距到１５０ ｍｍ以下，并将水 平筋布置在立筋的外侧；在墙的中部或底部的１ ｉｎ 范围内的水平筋间距改为８０ ｍｍ～１００ ｍｍ，形成一 道“暗梁”，以平衡收缩应力；此外采取加强养护和 保温，延长拆摸板时间等措施控制裂缝。 ・３２・ 安徽冶金科技职业学院学报 ２０１０年第２期 ７施工技术和质量措施 初凝前用铁抹子二次压实，局部进行三次抹压，最 后一遍控制在混凝土终凝前，以控制表面龟裂，加 在施工中，我们重点控制以下五个关键点： 强带内的膨胀混凝土必须连续浇筑，不得留缝。 优选原材料：碎石：５ ｎｌｌＴＩ～４０ ｌｌｌｎｌ连续级配碎 混凝土养护：混凝土的收缩变形主要发生在早 石，含泥量＜１．Ｏ％；砂：中粗砂，含泥量＜２．０％；水 期，而混凝土膨胀在水中７ｄ内能达到８０％，对超 泥：Ｐ０４２．５Ｒ；粉煤灰：Ⅱ级磨细；膨胀剂：ＵＥＡ多功 长混凝土结构的裂缝控制、养护好坏起决定性作 能外加剂；以上所用材料都经严格复试。 用，对大体积混凝土浇筑完后，不能采用通常的浇 试验配合比：根据现场组织的材料，按照补偿 水覆盖养护，养护时要与外界绝热，我们采取了覆 收缩值的要求，经试验室试配设计出合理的配比， 盖一层塑料薄膜和一层草袋来保温，让混凝土在此 实施时根据现场实测的砂、石实际含水率及时调整 环境中养护不少于１４ ｄ，在保证混凝土水化用水的 配合比，在满足强度、耐久性等方面时，应力争把水 同时，又能控制混凝土内外温差在２５ｃＣ以内，混凝 泥用量降低到最小限度，严格控制水灰比。 土未达到足够强度之前，严禁敲打或振动钢筋及加 施工工艺：紧紧围绕尽量缩短外侧墙壁与底板 固螺栓等，以防止产生渗水通道，另外，应适当延长 间的混凝土浇筑间隙时间来组织施工，合理安排施 混凝土的拆模时间。 工顺序，采用“分块跳仓浇筑”，对底板的每个具体 板块区段的混凝土浇筑采用“一个坡度、薄层浇筑、 ８结语 循环推进、一次到顶”的连续浇筑工艺，缩短层与层 该工程自开始浇筑底板混凝土至今，经建设单 间混凝土浇筑的间隔时间，避免出现施工冷缝，在 位、监理单位、施工单位多次联合检查未发现有害 昆凝土凝固前进行表面二次振捣。 裂缝，达到了抗渗防漏的预期效果，同时因采取加 混凝土浇筑：组织好充分的原材料和施工机 强带措施，混凝土几乎一次连续浇注完成，比预计 械，加强混凝土的调度，保障混凝土供应的连续性， 工期提前了２０ ｄ，提高了工程质量，降低了工程成 避免混凝土供应中断而产生施工缝，浇筑应分层、 本，因此，在超长混凝土结构施工中使用膨胀混凝 均匀、连续和对称进行，分层厚度宜小于４００ ｉｎｎｑ。 土加强带是一种切实可行、行之有效的方法，具有 混凝土浇筑时，采用定人振捣的方式，每一振动棒 一定的经济效益和社会效益。 配２人，以防工人过度疲劳而影响振捣效果，振捣 时要控制好振动棒的插入间距（不大于４００ ｍｍ）， 参考文献 振捣时间要控制在２０ Ｓ，防止漏振和过振，浇筑上 ［１］江正荣．建筑施工计算手册［Ｍ］．北京：中国建筑工业 层混凝土时，振动棒应插入下层５０ ｍｌｎ左右，交界 出版社．２００１．７６５３—６７８ 面、振动区域重叠不小于１．５ ｍ，交接班时需在现 ［２］编写组．建筑施工于册（第４版）．北京：中国建筑工业 场振捣部位交接，必要时对表面混凝土采取二次振 出版社．２００３．９６１３—６１６ 捣。混凝土振捣后，及时用刮尺将表面浮浆刮平摊 ［３］ 黑龙江省建筑施工专家委员会．关于超长混凝土结构 开，并将泌水赶至设计留置的集水坑内，待混凝土 采用加强带取代后浇带的工程实践［Ｃ／ＯＬ］．中国混凝 土与水泥制品网，２００８ 收水后，初步用长刮尺刮平，用木抹子搓平压实，在 Ｂｙ Ｓｅｔｔｉｎｇ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｏｆ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ Ｂａｎｄ Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ Ｃｏｎｃｒｅｔｅ Ｃｒａｃｋｉｎｇ ＺＨＡＮＧ Ｄａｏ—ｆｕ Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｉｎ ｔｈｅ Ｕｌｔｒａ—ｌｏｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ ｗｉｔｈ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｂｏｔｈ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｈｏｒｔｅｎ ｔｈｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｅｒｉｏｄ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｉｍ— ｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｃｒａｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｏｆ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｔｏ ｅｎｈａｎｃｅ ｔｈｅ ｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈｅｎｅｄ；Ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ｐｏｕｒｉｎｇ ｚｏｎｅ；Ｕｌｔｒａ－－ｌｏｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｓｔｍｃｔｕｒ Ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｒａｃｋ
