[摘要] 苏州科技新天地工程地下室长约260m, 宽约120m, 除主楼四周设沉降性的后浇带以外, 地下室其余地方均不设后浇带, 需一次性浇筑完毕。这样地下室连续浇筑的混凝土最长仍有200多m, 本工程底板厚度900-2760mm, 属大体积混凝土, 而且底板不做外防水, 因此裂缝的控制尤为重要。苏州科技园科技新天地工程运用ZY补偿收缩混凝土抗裂防渗技术, 采用不同限制膨胀率的补偿收缩混凝土, 使超长混凝土结构不同部位的混凝土收缩得到了大小适宜的补偿, 实现了超长混凝土结构的一次性连续浇筑, 科学合理地解决了超长混凝土结构无缝施工和设计的难题, 地下室底板取消外防水, 取得了不裂不渗的良好效果。
[关键词] 大体积混凝土超长结构补偿收缩混凝土加强带抗渗防裂
[中图分类号] TU528.55 [文献标示码] A [文章编号] 2007- 02- 0023- 04
1 工程概况
苏州科技园科技新天地工程占地面积为3.68万m2, 总建筑面积达15.4万m2。由3栋建筑物组成, 3栋建筑物有共同的地下室。该地下室为两层, 最大长度265m, 最大宽度122m, 最大弧长278m, 属超长结构。地下室底板厚900mm、承台厚1900mm、电梯井最厚达2760mm。混凝土强度等级C40, 抗渗等级S12, 混凝土总浇筑量约40000m3。
按照《地下工程防水技术规范》(GB50108-2001)规定, 本工程应设后浇带, 在两侧混凝土龄期达到42d后再施工, 这样就会大大延长施工工期,而且后浇带的清理、浇筑非常麻烦, 处理不好常常会成为渗漏的隐患, 留置后浇带也会影响到结构的整体性。
为加快施工进度, 缩短工期, 提高结构的整体性, 保证工程的防水质量, 本工程采用中国建筑材料科学研究院的《超长钢筋砼结构无缝设计和施工方法》专利技术( 专利号93117132.6) , 取消( 伸缩性的) 后浇带, 达到混凝土结构自防水、抗裂防渗之目的。
2 超长钢筋混凝土结构裂渗控制的基本原理
工业与民用建筑的整体式基础, 箱形基础的底板, 车间混凝土的地面等, 其特点是厚度( 或高度)H远小于长度或宽度尺寸L, 当H/L≤0.2时, 板在温度收缩变形作用下, 离开端部区域, 板的全截面受拉应力较均匀。在地基约束下, 将出现水平法向应力σx。从工程实践可知, σ是设计的主要控制应力, 是引起垂直裂缝的主要应力, 其最大值σmax出现在板截面的中点X=0处, 见图1。
当σmax超过混凝土的抗拉强度(Rt) 时, 板中部出现第一条垂直裂缝; 开裂后, 每块板的水平应力重新分布, 最大应力σx′出现在每块板的中部, 当σx′>Rt, 又形成第二批裂缝。这种裂缝的有序排列经常在工程中见到。为防止这种有序裂缝的出现,工程中用设置后浇带来释放收缩应力。这是控制裂缝的主要措施之一。法向温度应力的最大值可以按下式计算:
其中, Cx为水平阻力; H为板厚; E为混凝土弹性模量。后浇带只在较短的间距(L) 范围
内对削减收缩应力( σmax) 起显著作用,超过一定长度, 即使设后浇带也没有意义。按理论计算, 消减σmax的有效间距为20～60m。
因此, 膨胀加强带间距应设在此范围内。
研究表明, ZY膨胀混凝土在硬化过程中产生膨胀作用, 在钢筋或邻位约束下, 钢筋受拉, 而混凝土受压, 当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时,则有:
Ac·σc=As ·σs=As ·Es ·ε2 ( 3)
而配筋率ρ=As/(Ac+As) ( 4)
∴ As/Ac=ρ/(1- ρ) ( 5)
则σc=ρ·Es ·ε2 /(1- ρ) ( 6)
式中, σc为混凝土预压应力, Ac为混凝土截面积,σs为钢筋拉应力, As为钢筋截面积, Es为钢筋弹性模量, ρ为配筋率(%),ε2为混凝土的限制膨胀率。
从上式可见,σc与ε2成正比关系, 而限制膨胀率随ZY的掺量增加而增加, 所以, 我们可以通过调整膨胀剂的掺量, 使混凝土获得不同的预压应力。
根据水平法向应力曲线, 我们设想在σmax处给予较大的膨胀应力σc, 而在两侧给予较小的膨胀应
力, 以便结构的收缩应力得到大小适宜的补偿, 从而控制有序裂缝的出现。
为实现图1所示的收缩补偿应力, 在收缩应力集中的σmax处, 设膨胀加强带, 其宽度2～3m, 带两侧架设密孔铁丝网, 目的是为防止两侧混凝土流入加强带。施工时, 带外侧用小膨胀混凝土, 到加强带时改用大膨胀混凝土, 到加强带另一侧时, 又改为小膨胀混凝土。如此循环下去, 可连续浇筑超长混凝土结构, 不留硬结茬。不同结构部位使用不同膨胀性能的混凝土, 如图3所示。
3 施工技术措施
3.1 混凝土原材料选择
精心选取配制混凝土所需原材料, 以提高混凝土的抗裂与抗渗性能。
3.1.1 水泥: 采用P.O42.5型普通硅酸盐水泥, 其中C3A含量≤6%, C3S含量≤55%, 含碱量≤0.6%。
3.1.2 骨料: 采用中砂, 细度模数为2.3～2.9, 含泥量≤0.3%; 采用人工碎石, 连续级配为5～31.5mm,含泥量≤1%, 含泥量和针片状含量等指标均符合JGJ53- 92的规定。
3.1.3 外加剂及掺和料: 采用北京中岩特种工程材料公司中岩牌ZY高效混凝土膨胀剂, 质量符合JC476- 2001, 其中碱含量≤0.6%; 采用苏州市金星混凝土外加剂研究所有限公司JN- 3B减水剂; 采用I级粉煤灰; 矿粉。
3.1.4 水: 洁净自来水。
3.2 混凝土配合比设计
为确保本工程浇筑混凝土的施工质量及其混凝土后期的耐久性, 提出如下的要求:
3.2.1 新浇筑的混凝土性能: 混凝土坍落度控制
在( 140±20)mm, 流动度控制在500mm以上; 混凝土坍落度经时损失小; 不出现离析、泌水现象。
3.2.2 硬化混凝土要求: 体积稳定性好, 收缩小,不出现不均匀的体积变形, 无荷载作用的有害裂缝出现; 耐久性好、密实性高、渗透性低。
为达到上述要求, 对混凝土配合比进行试配, 并根据试验结果, 对试配方案进行了调整见表1、2。
3.3 混凝土施工技术
3.3.1 混凝土搅拌
(1)派专人负责投料, 并符合计量要求。
(2)及时测定砂、石的含水量, 以便及时调整混凝土拌合用水量, 严禁随意增加用水量。
(3)混凝土搅拌时间: 用自落式搅拌机, 比不掺外加剂的普通混凝土延长30s以上, 用强制式则延长10s以上。应严格控制搅拌时间, 确保混凝土拌和均匀。
3.3.2 混凝土运输
混凝土在搅拌机卸出后应尽快运至浇筑地点。当搅拌好的混凝土放置时间较长、坍落度不够时, 严禁随意在混凝土中加水, 只能加减水剂溶液(高效型、无缓凝成分、浓度40%左右)。搅拌车应随车携带减水剂溶液或工地备用。
3.3.3 混凝土浇筑
(1)在浇灌补偿收缩混凝土前, 模板及钢筋间的所有杂物必须清理干净。
(2)基础底板混凝土沿纵向采用“一个坡度、薄层浇筑、循序推进、一次到顶”的连续浇筑方法, 混凝土自然流淌形成一个斜坡。这种方法能较好的适应泵送工艺, 避免泵管的经常拆除冲洗和接长, 提供泵送效率, 保证及时接缝, 避免冷缝的出现。
(3)混凝土连续浇筑, 必须保证“软结茬”, 接茬时间不得超过120min, 以防产生冷结茬, 造成防水隐患。若遇混凝土供应不上或晚间停止施工, 可在结茬处混凝土中掺加缓凝剂, 使混凝土缓凝若干小时, 这样第二天混凝土就可以结上茬。掺加量通过试验来确定, 加料要由专人负责添加, 严防少加或漏加, 避免造成工程质量事故。
(4)补偿收缩混凝土振捣必须密实, 不能漏振、欠振、也不可过振。振捣时间宜为10～30s, 以混凝土开始泛浆和不冒气泡为准。振捣时, 快插慢拔,振点布置要均匀。在施工缝、预埋件处, 加强振捣,以免振捣不实, 造成渗水通道、振捣时应尽量不触及模板、钢筋、止水带, 以防止其移位、变形。
3.3.4 混凝土养护
ZY补偿收缩混凝土的养护非常重要, 这是由于ZY混凝土中形成的膨胀结晶—钙矾石以及水泥水化都需要水, 否则会影响膨胀效能。因此在每一块混凝土浇筑、抹面完成后, 及时用塑料薄膜覆盖其表面; 当整块混凝土终凝后, 开始铺麻袋片等养护材料( 防止阳光直晒) 并洒水养护, 始终保持润湿, 放线后可采用蓄水养护, 养护期不少于14d。
自防水混凝土的养护是保证防水质量的最重要的措施之一, 施工过程中派专人负责养护工作。
4 结语
4.1 苏州科技园科技新天地工程采用ZY补偿收缩混凝土无缝设计和结构自防水技术, 取消柔性防水层, 底板不裂不渗, 防水效果良好, 经现场试样检测, 混凝土各项性能均达到设计要求。
4.2 本工程应用了抗渗防裂控制技术, 采用补偿收缩混凝土, 以其膨胀产生的压应力来抵消收缩所产生的拉应力。根据结构不同部位, 调整补偿收缩混凝土的膨胀剂的掺量, 即在结构收缩应力最大的中部采用大膨胀混凝土, 在结构收缩应力小的部位采用微膨胀混凝土, 使混凝土的收缩拉应力得到大小适宜的补偿, 避免了留设后浇带, 实现了超长结构的无缝设计和施工, 满足了建筑物的使用功能和施工要求。
4.3 采用这种方法, 可不留后浇带, 实现混凝土连续浇筑, 可以大大加快施工进度, 减少后浇处理给施工带来的麻烦和给工程质量带来的隐患, 提高结构的整体性和安全性, 并节约了工期、降水费用和施工管理费用。实践表明, 补偿收缩混凝土抗渗防裂技术在工程应用中具有很大的使用价值。
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