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                ZY补偿收缩混凝土在苏州市商业街F城工程的应用

                浏览人次:2008人  发布时间:2013年5月3日

                一、前言

                《超长钢筋混凝土结构无缝施工专利技术》和《补偿收缩混凝土结构自防水技术》是中国建筑材料科学研究院于90年代初基于混凝土膨胀剂开发的新技术,已成功应用于国内数百项工程。 ZY膨胀剂系该院最新研制、代表国内混凝土膨胀剂最高水平的产品,该产品的问世无疑是对该技术的推广起到了推波助澜的作用。

                苏州市商业街F城是上海新纽投资管理公司苏州分公司投资兴建的,由北京中铁工建筑工程设计院苏州分院设计,苏州建鑫建筑安装工程有限公司总承包。该工程地下室是当前苏州最大的防水工程,由于地下水位高,建筑面积大,工期紧,给业主、施工方和设计院带来一个新课题,能否使施工又快又省且保证工程质量呢?工程各方经过咨询、论证后,决定采用中国建筑材料科学研究院的无缝施工和结构自防水新技术。

                二、工程概况及技术方案的提出

                苏州市商业街F城地下一层为停车库,地上分别为三、四、五层商业建筑。根据设计图纸,地下室基础埋深为-6.8m,地下室总长193m,总宽134m,底板厚600mm,双层双向φ18@150,上翻梁900×1500mm,边墙厚400mm,双层φ14@100,顶板厚250mm,双层双向φ10@130,防水砼设计等级C40,抗渗标号P8。

                该地下室属超长超宽钢筋砼结构,按常规设计,每30-40m设一道后浇缝,等砼收缩40-50天后填缝,另外,在迎水面做全包柔性防水层,这样,施工复杂,工期延长,整体防水和抗震差,柔性防水卷材的寿命只有20-30年,与砼的寿命70-100年不同步,施工期正值雨季,对防水卷材施工极不利,难以保证整体防水质量。

                由此,我方提出F城地下室的总体防水技术方案。

                1.地下室底板采取ZY补偿收缩砼结构自防水,取消外防水作业,边墙的补偿收缩砼

                结构自防水为主,迎水面作一道聚合物水泥防水涂料。

                2.地下室为超长钢筋砼结构,底板、顶板设置膨胀加强带,间距为50m左右,以膨胀加强带减免后浇缝,实现连续、间歇或后浇式浇筑砼,边墙设后浇式膨胀加强带,分段浇筑,14天后填缝。膨胀加强带砼强度等级为C45,抗渗标号P8。

                三、膨胀加强带的设置

                1.膨胀加强带的具体位置及配筋

                根据本工程结构的具体情况并结合设计要求,我们确定了膨胀加强带的位置,底板和顶板膨胀加强带的位置见图3,墙板的膨胀加强带和底板、顶板的膨胀加强带位置相对应。

                    

                图3     底板膨胀加强带和后浇带布置图

                在水平构造筋方面,选择细而密的配筋方式,通过提高钢筋混凝土的极限拉伸能力,增强钢筋混凝土的抗裂作用。本工程底板双层双向φ18@150,配筋率ρ=0.56%;顶板双层双向φ10@130,配筋率ρ=0.54%;边墙双层φ14@100,配筋率ρ=0.77%。这些配筋设计都对结构抗裂有利。

                膨胀加强带部分增加10-15%的温度应力补偿钢筋。增加的补偿钢筋的位置垂直于加强带,设置间距为水平构造筋的两倍。补偿钢筋延伸到加强带两侧50cm,其材质与构造筋相同,直径小于构造筋1~2个规格。

                底板上膨胀加强带部分的补偿钢筋直接绑扎在其对应的面筋上,而墙板、顶板上膨胀加强带部分的补偿钢筋须绑扎在其对应的面筋和底筋上。

                膨胀加强带设置间距为2m,带的两侧用孔经为5mm的钢丝网拦起,并采用钢筋绑扎牢固。

                底板、顶板膨胀加强带根据实际情况,可采取连续浇筑,即加强带一侧小膨胀混凝土浇筑完后,可接着浇筑带内大膨胀混凝土,完后再接着浇筑带外另一侧小膨胀混凝土,也可采用后浇式,即两侧小膨胀混凝土浇筑完后,再用大膨胀混凝土统一回填加强带。

                边墙的膨胀加强带采取后浇式,且两侧设置钢板止水带。待两侧混凝土浇筑14天后,再用大膨胀混凝土回填。

                四、ZY补偿收缩混凝土配合比

                1.配合比设计依据

                ①F城地下室设计砼强度等级为C40,抗渗标号为P8,采用60天抗压强度为强度等级,以降低水化热和减少水泥用量。

                ②砼坍落度18-20cm,30分钟内坍落度损失不超过2-3cm。

                ③凝结时间:初凝10-12小时,终凝12-16小时。

                ④ZY补偿收缩砼的限制膨胀率(ε2)预期目标:底板砼ε2=0.015-0.02%,边墙砼ε2=0.020-0.025%,膨胀加强带和后浇带砼ε2=0.025-0.030%。

                2.试验材料

                ①水泥:苏州天贸建材有限公司P.O.42.5水泥

                ②砂:中砂,细度模数2.5—2.8,含泥量小于3%

                ③石子:5-31.5mm连续级配石子,含泥量小于1%

                ④粉煤灰:苏州望电Ⅰ级粉煤灰

                ⑤膨胀剂:北京中岩特材公司ZY膨胀剂

                ⑥减水剂:苏州金星砼外加剂公司JN-3缓凝高效减水剂

                3.ZY补偿收缩砼配合比的确定

                我方提供混凝土参考配合比,协同天缘水泥有限公司商品混凝土分公司经过多次混凝土实验,并经过当地质检中心检验确定,最终确定以下配合比(见表一):

                表一 补偿收缩砼配合比

                编号

                结构

                部位

                单方砼材料用量,Kg/m3

                水泥

                石子

                粉煤灰

                膨胀剂

                减水剂

                1

                底板、顶板

                350

                720

                1030

                73

                37

                7.4

                185

                2

                边墙

                350

                720

                1030

                64

                46

                7.4

                185

                3

                膨胀、后浇带

                360

                690

                1060

                58

                52

                7.5

                185

                4.实验室条件下混凝土性能的测定(见表二)

                 表二 各配合比混凝土实验室性能

                编号

                凝结时间(h)

                坍落度

                (cm)

                抗压强度(MPa)

                限制膨胀率

                (%)

                抗渗标号

                初凝

                终凝

                初始

                30

                分钟

                7d

                28d

                60d

                水中7d

                水中14d

                水中14d+空气28d

                28d

                1

                11.0

                14.5

                20.0

                18.5

                34.6

                44.0

                50.0

                0.022

                0.026

                -0.011

                >S10

                2

                10.5

                12.5

                20.5

                18.0

                32.5

                45.0

                50.6

                0.032

                0.035

                0.006

                >S10

                3

                10.0

                12.0

                20.0

                18.0

                30.5

                50.0

                55.2

                0.044

                0.052

                0.021

                >S10

                5.模拟现场条件下混凝土有关性能的测定

                为了满足施工要求,混凝土性能测定选择在室外,温度33℃,晴天,与施工现场条件一致。上述各组配合比凝结时间的检测结果为:初凝时间约8h,终凝时间约9h,出机坍落度为190mm左右,30分钟坍落度约为160mm。能满足施工现场的操作要求,高效减水剂的缓凝性能良好,能最大限度地杜绝冷缝的出现。有关性能的测定见表三。

                表三  模拟条件下混凝土的有关性能

                编号

                凝结时间(h)

                坍落度

                (cm)

                限制膨胀率

                (%)

                初凝

                终凝

                初始

                30

                分钟

                水中7d

                水中14d

                水中14d+空气28d

                1

                8.5

                10.5

                19.0

                16.5

                0.009

                0.018

                -0.018

                2

                8.4

                9.5

                19.5

                16.0

                0.012

                0.020

                -0.015

                3

                8.2

                9.2

                19.0

                16.0

                0.012

                0.026

                -0.010

                另外,由于现场原材料质量有变化(主要是砂石的含水率、批次水泥性能波动等),及时对混凝土配合比进行微调,以满足施工对混凝土性能的要求。

                五、补偿收缩混凝土的拌制和浇筑

                本工程补偿收缩混凝土的供给采取商混和现场搅拌两种方式,这两种方式互相补充,能够保证混凝土的随时浇灌和连续浇筑的设计要求,现场搅拌设备为强制式搅拌机,搅拌时间控制在60s左右,严格控制混凝土搅拌均匀。

                1.原材料计量

                各种原料必须经过计量后才能投入搅拌机,计量误差按下列要求控制(重量计):

                水泥、外加剂、膨胀剂、粉煤灰、水:       ±1%

                砂、石:                                 ±2%

                2.混凝土搅拌

                仔细校核计量装置,检查搅拌机器设备和现场泵管布置,确保混凝土生产和泵送时设备能够正常运转。

                派专人负责投料,并符合计量要求。尤其膨胀剂不得少掺,也不得多掺。

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

                3.ZY补偿收缩混凝土的浇注施工

                整个地下室ZY补偿收缩混凝土结构分为底板、墙板和地下室顶板和后浇带四个分项,其中地下室底板、墙板和顶板按后浇带分为三个流水段。即第一流水段为1-18轴×J-S轴、第二流水段为18-24轴×A-J轴、第三流水段为1-18轴×A-J轴。见图3。

                本工程顶板标高不一,为了便于施工,同时又避免墙板一次浇筑高度太大,为此外墙板上下设置二道施工缝,分别留设在标高为-5.5m与-2.15m处,且设置-400×3mm钢板止水带。

                底板混凝土采用2台汽车泵和2台固定拖泵同时由一侧向另一侧平行后退,即“一个坡度,薄层浇筑,齐头并进,循序后退”的方法,使上下层混凝土浇筑停歇时间不超过混凝土初凝时间,确保混凝土连续浇筑。墙板、顶板的混凝土采用两台固定拖泵进行浇灌,控制混凝土的下料高度在2m以内,采取分层浇筑。

                自防水混凝土的振捣必须密实,不能漏振、欠振、过振。振捣时间宜为20~30秒,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,以防止其位移、变形。

                因施工时天气炎热,且泵管较长(最大输送距离约270m左右),用湿麻袋包裹泵管,定期浇水降温,以确保混凝土浇注顺畅。

                4.养护工序

                本工程地下室底板采用蓄水养护;顶板采用覆盖麻袋并浇水养护;墙板混凝土在浇筑完1天后,及时松动模板的支撑螺栓,并使模板与砼之间留有缝隙,然后从上部灌水,使水沿立面自然淌下的养护方法,且延长拆模时间,以减少混凝土在空气中的暴露时间。各部位混凝土的养护时间均不少于14天。

                六、工程质量

                整个地下室混凝土结构的浇筑,从2003年7月22日开始至同年10月25日结束,用于抗裂防渗的ZY补偿收缩泵送混凝土总计3万余立方米。标准养护试块留置C40、P8砼125组,C45、P8砼17组,抗渗试块留置15组;同条件养护试块留置C40、P8砼21组,C45、P8砼8组。经苏州市工业园区建工质检站检验,各部位混凝土性能取样检测全部达到设计要求。

                地下室结构验收时,时值入冬时节(12月19日),地下室因各种原因尚未做柔性外防水和覆土回填,整个基础经历了酷暑到严寒,仅在外墙的某些通风口和局部区域发现些须表面微裂缝(<0.15mm),经查证这些微裂缝是拆模后没有及时回填土而后期形成的,但仍未超过规范要求(<0.2mm)。

                截止目前,地下室经多次试水试验,未发生任何渗漏现象,各方人员对整个地下工程补偿收缩混凝土质量表示非常满意。

                七、结语

                1.从施工效果看,该技术相对常规施工方法具有技术先进、节省投资、缩短工期等优越性,利于推广应用。

                2.合理的混凝土配合比设计和精心的专业人员现场技术服务是保证地下室ZY补偿收缩高标号混凝土不裂不渗的关键。

                3.外墙板浇注完后,应尽早回填土工程,这样有利于混凝土的保湿保温养护。

                4.现场拌制混凝土,能够随时监控混凝土原材料的计量,尤其是影响补偿收缩混凝土限制膨胀率的ZY膨胀剂的掺量。而且调整及时,操作灵活,不会出现坍落度突大突小的现象,并能避免冷缝的出现。

                5.一般情况下,现场混凝土的限制膨胀率会因各种因素(气温、湿度、施工规程、混凝土输送距离等)的影响而降低,比实验室降低约0.01%。因此实验室试配时要适当调高限制膨胀率的指标。

                6.夏季施工,气温高,宜选用高效缓凝型减水剂,以利于现场施工对混凝土性能的要求,也可减免因集中水化热而引起的温差裂缝。