膨胀加强带在工程中的应用-工程技术研究0374

膨胀加强带在工程中的应用

1 工程概况

案例项目中雨水/消防废水池工程为大体积钢筋混凝土结构，水池底板长42.0m，宽36.0m，平均厚度1.0m，中间设十字交叉后浇带，带宽2.0m。因工程主体为水池，施工技术要求较高，除必须满足强度、刚度、整体性和耐久性外，还存在结构裂缝控制及结构防水问题。所以，如何控制混凝土硬化期间由于水泥水化过程释放的水化热所产生的温度应力和混凝土干缩应力，避免钢筋混凝土结构开裂，破坏结构防水抗渗性及耐久性，将成为设计、施工技术的关键。

为提高该水池工程钢筋混凝土结构的抗裂防渗能力，在进行大量调查研究的基础上，经与设计单位沟通，决定采用HEA抗裂防水剂配制成膨胀混凝土，设置膨胀加强带（以下简称加强带）来代替后浇带，达到裂缝控制及缩短工期的目的。 2 后浇带在施工中存在的问题

设置后浇带在防止结构产生有害裂缝的同时，也带来了许多不利的因素。设置后浇带会给工程施工带来很多困难——使该处模板和支撑不能及时拆除，延长了工期；由于较长时间不能封闭，难免落进杂物，且难于清理；在浇筑后浇带混凝土前，后浇带两侧边凿毛十分困难，且易破坏混凝土防水结构；底板和垫层混凝土与后浇带混凝土浇筑时间相隔长达40～60d，新老混凝土之间的粘结强度难以保证，后浇带连接处易产生裂缝，反而造成渗漏。 3 加强带的原理及做法 3.1加强带的工艺原理

加强带的基本原理是：根据收缩应力的分布，用相应的膨胀应力予以补偿。 膨胀混凝土在凝结硬化过程中产生适当膨胀，在钢筋和邻位的约束下，在混凝土中建立起一定的自应力（约0.2MPa～0.7MPa），其自应力值按下式计算：

σ=μ·E·ε （3.1-1）

式中 σ——混凝土自应力（MPa）

μ——截面的配筋率（%） E——钢筋的弹性模量（MPa）

ε——混凝土的限制膨胀率（%）

从公式3.1-1中可以看出：在配筋率和钢筋弹性模量确定的情况下，膨胀混凝土自应力与限制膨胀率成正比关系，而限制膨胀率随HEA掺量的增加而增加，所以，可以通过调整HEA的掺量，使混凝土获得不同的膨胀应力。

在收缩应力较大的部位使用微膨胀混凝土做成膨胀加强带，其它部位使用补偿收缩混凝土，从而取消后浇带，实现连续浇筑。 3.2加强带的具体做法

《补偿收缩混凝土应用技术规程》JGJ/T178-2009规定，用于后浇带和膨胀加强带的混凝土设计强度等级应比两侧混凝土提高一个等级，并应在其两侧用密孔钢丝网将带内混凝土与带外混凝土分开。补偿收缩混凝土的限制膨胀率取值如下表：

表3.2-1 补偿收缩混凝土的限制膨胀率

限制膨胀率

用途

水中14d

用于补偿混凝土收缩 用于后浇带、膨胀加强带和工程接缝填充

≥0.015 ≥0.025

水中14d转空气中28d

≥-0.030 ≥-0.020

加强带的做法如图3.2-1所示，在加强带两侧设置孔径为5mm×5mm的双层钢丝网，并每隔300mm设一根竖向φ16mm的钢筋予以加固，其上下均应留出不小于25mm混凝土保护层，钢丝与钢丝网、上下水平钢筋及竖向加固筋必须绑扎或焊接牢固，不得松动，以免浇筑混凝土时侧压力过大而被冲开，引起两种混凝土混合，影响加强带的效果。

图3.2-1 连续浇筑膨胀加强带

1-补偿收缩混凝土；2-密孔铁丝网；3-膨胀加强带混凝土

4 混凝土配合比设计 4.1原材料选择

选择优质并复检合格的原材料，以保证混凝土质量及其稳定性。经进厂后复检，选择如下原材料：

1）水泥：邢台中联P.O42.5普通硅酸盐水泥，3d抗压强度32.8Mpa，28d抗压强度51.8MPa；

2）砂子：邢台中砂，细度模数2.6，含泥量2.2%，泥块含量0.4%； 3）石子：邢台碎石，5～25mm连续级配，含泥量0.2%，泥块含量0.2%； 4）外加剂：保定慕湖MZY-A5聚羧酸减水剂，减水率26.1%，终凝时间15h； 5）膨胀剂： 石家庄克罗曼HEA抗裂防水剂，其限制膨胀率0.023~0.040%； 6）粉煤灰：河北龙泉兴业经贸有限公司I级粉煤灰，细度10.0%； 7）矿粉：邢台华通矿粉厂S95级，28d活性102%； 8）水：饮用水 4.2配合比设计

根据《补偿收缩混凝土应用技术规程》JGJ/T178-2009中要求，确定补偿收缩混凝土强度等级为C35/P8，膨胀加强带混凝土强度等级为C40/P8。试验室经多次试配，依据试验结果确定配合比如下：

表4.2-1 设计配合比

水泥

强度等级

kg/m³

C35P8 C40P8

301 365

kg/m³ 938 960

kg/m³ 767 680

kg/m³ 72 75

kg/m³ 77 60

kg/m³ 36 60

kg/m³ 9.00 10.00

kg/m³ 180 180

石子

砂子

粉煤灰

矿粉

膨胀剂

外加剂

水

在C35/P8的配合比中HEA抗裂防水剂掺量为8%，经试验测定其限制膨胀率达到0.023~0.030%，可起到补偿收缩的作用。

在C40/P8的配合比中HEA抗裂防水剂掺量为12%，经试验测定其限制膨胀率达到0.030~0.040%，可起到膨胀填充的作用。 5 混凝土施工

5.1原材料计量

补偿收缩混凝土的各种原材料应采用专用计量设备进行准确计量。计量设备应定期校验，使用前进行零点校核。原材料每盘称量的允许偏差应符合下表规定。

表5.1-1 原材料每盘称量的允许偏差 材料名称

水泥、HEA、矿物掺合料

粗、细骨料 水、外加剂

允许偏差（%）

±2 ±3 ±2

5.2混凝土搅拌

1）投料应做到准确可靠，严格执行混凝土配合比并符合计量要求。试验室技术人员对外加剂投料、混凝土生产24小时跟班监督。

2）及时测定砂、石的含水率，以便及时调整混凝土拌和用水量，严禁随意增加用水量。

3）对混凝土配比的执行及外加剂计量准确性建立定时或不定时抽查制度，确保混凝土生产质量。

4）对膨胀混凝土搅拌时间应比普通混凝土延长30s，以确保混凝土搅拌均匀。

5.3混凝土浇筑

1）采用两台臂长56m的汽车泵布料，配备足够数量的混凝土运输车，以保证混凝土连续浇筑；混凝土浇筑以阶梯式推进，浇筑间隔时间不得超过混凝土的初凝时间。对于大体积混凝土可采取全面分层连续浇筑方法，混凝土浇筑层厚度应根据所用振捣器的作用深度及混凝土的和易性确定。本工程混凝土浇筑层厚度不宜大于300mm，具体参考下图：

图5.3-1 混凝土分层浇筑示意图

2）膨胀混凝土振捣必须密实，不能漏振、欠振、也不可过振。混凝土应采用高频机械振捣密实，振捣时间一般10s为宜，应使混凝土表面浮浆，无气泡，不下沉为止。使用插入式振动器应做到快插慢拔，插点要均匀排列，逐点移动，按顺序进行，不得遗漏，做到均匀振实。移动间距不大于振动棒作用半径的1.5倍（一般为300-400mm），与模板的距离不应大于其作用半径的0.5倍，并不应碰撞模板、钢筋和预埋件。对于本工程中的大体积混凝土宜采用二次振捣工艺。

3）底板混凝土浇筑完毕，在混凝土终凝前必须用木抹刀或铁抹刀搓压混凝土表面，以防止混凝土表面出现裂缝（主要是沉降裂缝、塑性收缩裂缝和表面失水干缩裂缝），抹压共2-3遍。底板混凝土原浆收面后，应立即进行养护。 5.4 混凝土养护

混凝土的收缩变形主要发生在早期，因此前期养护工作至关重要。对大体积混凝土结构的裂缝控制，养护好坏起决定性作用。膨胀混凝土只有充分湿养护才能发挥膨胀效能，必须提高养护意识，设立专职养护人员，建立严格的混凝土养护制度。

混凝土浇筑完毕后即应保湿养护14d。混凝土收平后，即盖麻袋一层并洒水润湿，在养护期喷洒雾状水保持环境相对湿度在80%以上，以减少混凝土干缩。大体积混凝土宜适当延长拆模时间，拆模后，应采取预防寒流袭击、突然降温和剧烈干燥等措施。混凝土强度达到1.2N/mm2前，不得在其上踩踏或安装械板及支架、堆放材料。 5.5质量检查

1）为了控制混凝土裂缝，必须加强质量检查，保证施工质量。在浇筑混凝土期间，值班人员要负责检查混凝土的调配、浇筑和养护，使其始终于控制状态。

2）检查混凝土施工工艺，重点是膨胀加强带的预留、混凝土浇筑、施工缝的处理、底板、顶板混凝土表面的二次抹面、养护覆盖是否符合设计与施工方案的规定。 6 实施效果 6.1工程质量

按照施工前编制的详细可行的施工方案、技术交底，严格执行，实现了混凝土浇筑的连续施工，混凝土强度按《混凝土强度检验与评定标准》GB/T 50107-2010进行了测试，检验合格。经建设方、质监部门、监理方多次联合检查，未发现裂缝。 6.2经济效益分析

本工程原设计后浇带改成了膨胀加强带，基础底板实现一次浇筑，省去了保护后浇带的盖板，同时省去后浇带的清理工作，后浇带处钢筋加强部分亦省略，降低了工程造价。 6.3工期对比

按原设计要求，后浇带内混凝土要等两侧混凝土浇筑后60天才再回填膨胀混凝土，将延长工期60天。本工程采用膨胀加强带混凝土结构后，混凝土实现连续浇筑施工，缩短了工期。 7 结束语

膨胀加强带混凝土结构是以膨胀混凝土为结构材料，以加强带取代后浇带连续浇筑混凝土结构的一种新工艺。在本工程中，成功采用膨胀加强带取代后浇带，证明膨胀加强带混凝土结构施工技术是一种有效的新型施工工艺，有利于满足工程质量要求，简化施工工序、缩短工期，降低工程成本。