实用参考超长钢筋混凝土结构无缝施工.docx
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实用参考超长钢筋混凝土结构无缝施工
膨胀剂及防水剂
补偿收缩混凝土
设计要点和施工指南
一.补偿收缩混凝土结构设计要求…………………………………………………3
二.补偿收缩混凝土配合比设计……………………………………………………4
三.超长钢筋混凝土结构无缝施工原理………………………………………………4
四．补偿收缩混凝土施工注意事项……………………………………………………7
五．补收缩混凝土的在工程中应用实例………………………....................................8
一.补偿收缩混凝土结构设计要求
1.掺膨胀剂、防水剂配制的补偿收缩混凝土应在限制条件下使用，构造（温度）钢筋的设计和特殊部位的附加筋，应符合《混凝土结构设计规范》（GB50010）规定。
2.混凝土限制膨胀率的设计取值参考表1。
表1混凝土限制膨胀率的设计取值参考表
适用结构部位
最小限制膨胀率/×10-4
最大限制膨胀率/×10-4
平板结构
1.5
3.0
梁、墙体结构
2.0
4.0
后浇带、膨胀加强带等填充部位
2.5
5.0
3.膨胀加强带，后浇膨胀加强带使用的膨胀混凝土的设计强度等级比两侧混凝土提高一个强度等级。
4.膨胀加强带可部分或全部取代后浇带，膨胀加强带一般设在后浇带的位置上，根据构件厚度带宽2～3m,在带的两侧用密孔铁丝网将带内混凝土与带外混凝土分开。
使用膨胀剂配制补偿收缩混凝土施工方法：
连续式、间歇式与后浇式三种形式。
5.抵抗温度收缩的钢筋可利用结构原有的钢筋贯通布置，也可按照“细、密”的原则另外设置构造钢筋网，并与原有钢筋按受拉钢筋的要求搭接。
全截面最小配筋率按表2选用。
表2不同结构的最小配筋率参考表
结构部位
最小配筋率/（μ/%）
布筋方式
钢筋间距/mm
底板
0.30
双层、双向
150～200
楼板、顶板
0.30
双层、双向
100～200
墙体水平筋
0.40
双排
100～150
6.附加钢筋
（1）墙体高度的水平中线部上下500mm范围内，水平筋的间距宜不大于100mm。
（2）梁两侧的腰筋间距不大于200mm。
（3）对于大型结构，宜在垂直于膨胀加强带方向增设附加钢筋，其附加筋直径不大于Φ10mm,长度为“带宽+1000mm”。
（4）墙柱、墙墙相交部位，应考虑到与之相交柱、墙对墙身水平筋配筋的影响。
墙柱相邻部位增设直径Φ8～Φ10mm的水平钢筋，长1500mm,插入柱及相邻墙内部分不低于150mm,其余部分插入墙内，增加量为原同向钢筋配筋率的10～15%。
（5）当房屋平面形体有较大凹凸时，在房屋、凹角处的楼板；房屋两端阳角处及山墙外的楼板；与周围梁、柱、墙等构件整体浇筑且受约束较强的楼板，应增设温度钢筋。
（6）结构开口的出入口位置、结构截面变化处、构造复杂的突出部位、楼板预留孔洞、标高不同的相邻构件连接处等，宜提高钢筋配置水平。
7．采用补偿收缩混凝土的地下结构或水工结构，做结构自防水，迎水面可不做柔性防水。
确认非常必要时，也可在迎水面做聚合物水泥涂膜防水等外防水。
8．连续浇筑允许的结构最大长度，墙体不宜大于60m,板式结构不宜大于120m,可按表3确定。
表3补偿收缩混凝土连续浇筑的结构长度
结构类别
结构长度L/m
结构厚度H/m
浇筑方式选择
构选形式
墙体
L≤60
/
连续浇筑
/
L﹥60
/
断续浇筑
后浇式膨胀加强带或后浇带
板
L≤60
/
连续浇筑
/
60﹤L≤120
H≤1.5
连续浇筑
连续式膨胀加强带
60﹤L≤120
H≥1.5
断续浇筑
后浇式、间歇式膨胀加强带或后浇带
L﹥120
/
断续浇筑
后浇式、间歇式膨胀加强带或后浇带
（9）沉降缝，为解决高层建筑与裙房间沉降差过大须设置沉降后浇带，宽度不宜小于800mm，在相邻两侧的结构满足设计允许的沉降差异值后，方可浇注混凝土。
二.补偿收缩混凝土配合比设计
1.补偿收缩混凝土的配合比必须满足设计所需要的强度，膨胀性能、抗渗性、耐久性、技术指标和施工工作性要求。
配合比设计按JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》进行，但应充分考虑利于发挥膨胀剂的作用，以保证限制膨胀率设计值。
2.单位膨胀剂用量以所需膨胀率为目标，原则上应通过试验加以确定。
在不具备试验条件时参照表4取值。
表4单位膨胀剂最大和最小用量值
适用混凝土
单位混凝土中的膨胀剂含量（kg/m3）
最大
最小
补偿收缩混凝土
50
30
填充用膨胀混凝土
60
40
3.补偿收缩混凝土的水胶比不宜大于0.50。
4.以混凝土的抗压强度为主要因素确定水胶比时，试配所用的混凝土须掺入膨胀剂。
试验龄期以28d为标准。
5.以混凝土的抗冻性为耐久性指标确定水胶比时，按GB50010《混凝土结构设计规范》规定。
6.单位胶凝材料根据单位用水量和水胶比确定。
胶凝材料的组成用下列表示：
B=C+E+F,其中，B为单位胶凝材料；C为单位水泥用量；
E为单位膨胀剂用量；F为单位掺和料用量。
7.根据GB50119－20GG补偿收缩混凝土单位胶凝材料最小用量为300kg/m3,填充用膨胀混凝土单位胶凝材料最小用量为350kg/m3。
三、超长钢筋混凝土结构无缝施工原理
考虑混凝土收缩变形，设计规范规定每30~40m须留伸缩缝，经过40-60天才能用膨胀混凝土回填，工期延长，而且后浇缝清理十分麻烦，填缝不好还会留下渗漏隐患。
中国建筑材料科学研究院发明的《超长钢筋混凝土结构无缝设计与施工方法》（专利号93117132.6）提出以膨胀加强带取代后浇缝，实现超长钢筋混凝土结构连续浇筑。
1、无缝施工的应力分析
无缝设计是相对的，根据工程结构具体情况，可无缝或少缝。
这里的"缝"指的是释放收缩应
力的后浇带或永久伸缩缝，不包括沉降缝。
其设计思路是"抗放兼施，以抗为主"。
即用掺膨胀
剂的补偿收缩混凝土作为结构材料，其在水化硬化过程中产生膨胀作用，该膨胀由于受到钢筋
和邻位的约束，能在结构中建立一定的预压应力σc，由此来抵抗收缩变形时产生的拉应力，防
止混凝土开裂。
膨胀混凝土用于超长结构无缝抗裂施工，其限制膨胀率（ε2）的设定至为重要。
ε2偏小，则补偿收缩能力不足，无缝施工难以实现；ε2过大，对混凝土强度有明显影响。
经大量研究与工程实践，对中强混凝土限制膨胀率一般设计在ε2＝1-3×10-4，对高强混凝土限制膨胀率一般设计在ε2＝0.5-1.5×10-4，在配筋率μ＝0.2%-0.8％下，可在结构中建立0.2-0.7MPa预压应力，这一预压应力大致可以抵消混凝土在硬化过程中因温度和干缩产生的拉应力，从而防止混凝土收缩开裂，或把裂缝控制在无害裂缝范围内（小于0.1mm）。
基于这一"抗"的原理，采用补偿收缩混凝土，后浇缝的间距延长至60m是安全的，比规范20-40m增加l倍左右。
这是无缝设计概念中的"少缝"含义，已成功应用于结构设计中。
工民建的整体式基础、箱形基础的底板、车间混凝土地面、地下隧道、涵管等结构的底板和墙体的特点是，其厚度（高度）H远小于长、宽方向尺寸L，当H／L＜0.2时，板在温度收缩变形作用下，离开端部区域，全截面受拉应力较均匀。
在地基约束下，将出现水平法向力σG；从工程实践可知，σG是设计主要控制应力，是引起垂直裂缝的主要应力，其σmaG出现在截面的中点G＝0处（图1-1）。
当法向应力σmaG超过混凝土抗拉强度R，在中部出现第一垂直裂缝，将板一分为二，每块板的水平应力重新分布σG，如σG＞Rt，则形成第二批裂缝……，这种裂缝有序性常可在工程中见到。
为防止这种有序裂缝的出现，工业与民用建筑中以设置后浇缝作为释放收缩应力和控制裂缝的主要措施之一。
后浇缝只在较短的间距（L）范围对削减温度收缩应力（EαT）起显著作用，超过一定长度，即使设后浇缝也没有意义。
按理论计算，削减有效间距为20-60m。
下面谈到的膨胀加强带间距应设置在此范围内。
研究表明，膨胀混凝土在硬化过程中产生膨胀作用，在钢筋和邻位约束下，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
Ac·σc＝As·σs＝As·Es·ε2
设μ＝As／Ac
则σc＝μj·Es·ε2---------------------------------------------
（1）
式中：
σc--混凝土预压应力，MPa；
As--钢筋截面积；
μ--配筋率，％；
Ac--混凝土截面积；
Es--钢筋弹性模量。
MPa；
ε2--混凝土的限制膨胀率（也即钢筋伸长率）％。
由
（1）式可见，σc与ε2成正比关系，而限制膨胀率ε2随膨胀剂掺量增加而增加，所以，我们通过调整膨胀剂掺量，可使混凝土获得不同的预压应力。
根据水平法向力σG分布曲线，我们设想在σmaG地方给与较大的膨胀应力σc，而在两侧给与较小的膨胀应力（图1-2），全面地补偿结构的收缩应力，控制有序裂缝的出现。
图1-2膨胀应力σc补偿收缩应力σG示意图
2、无缝施工的应变分析
根据我国著名的水泥混凝土专家、中国工程院资深院士吴中伟教授关于膨胀混凝土的基本理
论和观点，防止混凝土开裂，有如下判据：
∣ε2-（St+Sd-CT）∣≦Sk
式中，ε2-限制膨胀率
St-冷缩率
Sd-干缩率
CT-受拉徐变率，徐变CT对补偿收缩防止开裂是有利因素。
Sk-极限延伸率
满足上述判据，就不必设伸缩缝，否则应设伸缩缝。
当不掺膨胀剂时，规范规定约30m设一
道伸缩缝，以避免收缩应变从自由端沿长向积累，引起中段开裂。
我国著名的裂缝专家王铁梦教授通过对结构物应力-应变分析与计算，求得了平均伸缩缝间距（或裂缝间距）计算公式如下：
T为综合温差,普通混凝土T=T1+T2，膨胀混凝土T=T1+T2-T3，
或中：
T1——混凝土因水泥水化热而引起的温升值。
T2——混凝土的收缩当量温差。
T3——膨胀混凝土的膨胀当量温差。
根据裂缝平均间距计算公式可见：
当│αT│→SK，[L]→∞
当│αT│＜SK，[L]→∞-----------------
（2）
│αT│=│αT（T1+T2-T3）│=│St+Sd-ε2│
这样
（2）式就变为∣St+Sd-ε2∣≦Sk，[L]→∞
由上式可见，温差或收缩很重要，一般总是│αT│大于SK。
它们的差距越大，伸缩缝间距越小；差距越小，伸缩缝间距越大。
如设法使约束程度下降，即可增大伸缩缝的间距。
如CG
0，则L
∞，即在理论上建筑物任意长度均可取消伸缩缝。
这就需要降低温差或减小砼收缩，提高砼的极限拉伸SK。
然而，提高砼的SK是十分困难的，只有设法降低砼的水化热和收缩，即控制裂缝原则是│αT│≤SK，这是“抗”的办法。
工程实践表明，在砼中掺入适量的膨胀剂，由于砼的膨胀可补偿砼的冷缩和干缩，可显著地减少│αT│，从而延长伸缩缝的间距，而实现超长钢筋混凝土的无缝施工。
四.补偿收缩混凝土施工注意事项
1.首先根据混凝土设计强度等级、抗渗等级、施工季节、施工办法和结构尺寸选择不同的膨胀剂品种，掺量通过混凝土试验确定，试验龄期以28d为标准。
2.试验时考虑多功能型产品的高效减水作用，应避免拌和水用量过多造成混凝土泌水、离析。
3.在考虑普通型产品时，需掺入不同品种的化学外加剂，须经过试配后方能确定使用。
4.膨胀剂使用时配料计量要准确，事先制作定量容器，称量误差±1%，加料要有专人负责；为保证膨胀剂在混凝土中能达到最大程度的均匀，预拌商品混凝土，其搅拌时间与普遍混凝土相同，对于现场拌制的混凝土的搅拌时间要比普通混凝土延长30S以上。
5.当天气炎热或运输距离较远以及其它原因导致混凝土坍落度损失较大时，严禁向混凝土中加水来提高坍落度，可采用同配合比一致的化学外加剂（如高效减水剂）部分后掺法以满足泵送施工要求。
6.浇筑混凝土之前要制定周密的浇筑计划，检查膨胀加强带、后浇带是否按设计要求设置，绑扎要牢固、浇筑部位要清理干净。
7.必须采用尽量减少混凝土材料分散离析的方法浇筑，振捣密实。
在混凝土终凝前要反复多次抹压，防止沉降收缩裂缝的出现。
8.施工中遇到雨雪冰雹需留施工缝时，对新浇混凝土部分应立即用塑料薄膜覆盖，如混凝土已硬化，应在其上铺上20～30mm厚的同标号混凝土的膨胀水泥砂浆，再接着浇筑混凝土。
9.混凝土浇筑后必须进行充分养护，以避免受到低温、干燥以及急剧的温度变化影响。
10.混凝土在硬化中必须加以保护，使其不受震动、冲击和压力。
11.混凝土从浇筑后，必须防止日光直射、风吹等引起的水分散失。
混凝土的暴露面在浇筑后至少14d内，必须一直保持潮湿状态。
对板式构件，常温施工时，可用定时洒水、铺湿麻袋等方法。
底板宜采用直接按蓄水养护方式，墙体浇筑完成后，可在顶端设多孔淋水管，以保持顶面供水及墙体两侧保持较大湿度。
达到脱模强度后，可松动对拉螺栓，使墙体外侧与模板之间有2～3mm的缝隙，利于上部淋水进入模板与墙壁间。
拆模后宜用湿麻袋紧贴墙体覆盖，并浇水养护，保持混凝土表面潮湿，养护时间不应少于14d。
12.冬季施工时，混凝土浇筑完后，应立即用塑料薄膜和保温材料覆盖，构件拆模时间应延至7d以上，表面层不允许直接洒水，可采用涂刷养护液等措施，保温保湿养护期不应少于14d。
13.混凝土已浇筑完的地下室，应在越冬前回填土，有利于边墙保温保湿，防止温度裂缝的产生。
14.膨胀混凝土不适用于长期处于环境温度大于80℃的钢筋混凝土工程。
15.其它未尽事宜参照GB50119-20GG《混凝土外加剂应用技术规范》、《补偿收缩混凝土设计和施工应用技术导则指南》等有关现行国家与行业标准。
五．补偿收缩混凝土在工程中的应用实例。
1、杭州东方润园工程
杭州市东方润园工程由机械工业第二设计研究院设计。
地下室平面尺寸为318×214m，底板厚0.5m，混凝土标号C30、C40S8，总地下室面积达12万平方米。
由于该工程系大型民用建筑，结构十分复杂且质量要求十分严格，而且要求尽量缩短工期，以求尽快投入使用。
如何解决底板、墙体、顶板及上部结构楼板超长砼结构的收缩开裂，大面积、大体积砼温差收缩裂缝问题就成为施工技术的关键。
根据本工程的实际情况，为确保砼底板、侧墙及顶板在施工和使用阶段不出现有害裂缝，在施工过程中采用武汉三源特种建材有限责任公司生产的HEA抗裂防水剂配制成补偿收缩混凝土，解决砼冷缩和干缩问题，利用中国建筑材料科学研究院发明的《超长钢筋砼结构无缝设计和施工方法》专利技术和砼结构自防水新技术，达到工程超长结构无缝施工和结构自防水目的。
保留原设计中的温度后浇带和不均匀沉降后浇带。
由于（3）~（12），（25）~（32）轴之间的后浇带的间距设置过长，在（7）~（8），（29）~（30）轴之间各设一条2m宽的膨胀加强带，在宽度方向的（AJ）~（AK）轴线间增加一条2m宽的膨胀加强带。
会所地下室部分长77.6m，宽78m，设“+”字膨胀加强带，即在长度方向（37）~（38），宽（F）~（G）轴之间设2m宽的膨胀加强带，
施工中采用我公司生产的HEA抗裂防水剂的配制补偿收缩砼，HEA的掺量为8%，膨胀加强带、后浇膨胀加强带、后浇带的补偿收缩砼中，HEA掺量为12%，该工程已完工，质量良好。
2、苏州工业园区时代广场购物商城（shoppingmall）工程
苏州工业园区时代广场购物商城（shoppingmall）工程由苏州工业园区城市发展有限公司投资,苏州工业园区设计研究院有限责任公司设计,苏州二建建筑集团有限公司第五分公司总承包施工，本工程地下两层,地上四层,地下室底板最长处303.56m,最宽处为134.8m,板厚0.6—0.8m,侧墙厚0.5m,底板砼设计强度等级C35,抗渗等级S8。
侧墙砼设计强度等级C40,抗渗等级S12。
采用商品泵送砼施工。
地下室底板：
按设计施工图划分的膨胀加强带及后浇膨胀加强带部位，在1轴到16轴和A-U轴的区域范围内可在任意区域内进行无缝施工，施工时，先浇筑带外侧用小膨胀砼（掺HEA8%），浇筑到加强带时改用大膨胀砼（掺HEA12%，砼强度等级比两侧提高5MPa），到加强带另一侧时，又改为小膨胀砼浇筑。
如此反复循环，可进行该区域内底板砼的无缝施工。
伸缩缝另一侧从17轴到32轴和A-V轴的区域范围内按上述施工方法进行无缝施工。
上部结构的每层楼板也存在着结构超长的问题，按设计图中膨胀加强带及后浇膨胀加强带的划分部位，在膨胀加强带两侧砼中掺入UEA-W膨胀剂8%，加强带内掺入UEA-W12%；后浇膨胀加强带在7—14天后采用大膨胀砼进行回填。
该工程已经完工，经过近一年的观察，地下室没有产生有害裂缝，使用效果良好。
膨胀加强带施工示意图
3．清远国际酒店A区地下室工程
清远大酒店工程由清远国际大酒店有限公司投资建设，广州市建筑设计院设计。
本工程地下一层，地下室基础为高强预应力管桩，并采用桩筏板结构。
地下室主楼底板厚2m，裙楼厚300mm，侧厚壁300mm。
由于地下室属于超长大体积混凝土结构，从材料方面看,水泥水化是个放热过程,根据水泥品种的不同,其7天水化热为300～400J/Kg。
在绝热情况下，混凝土内部温升可达40～70℃。
水泥的水化热大部分集中在前7天释放，在自然环境中，由于存在发热和散热两种因素，混凝土的内部温度一般在2～4天达到最高，然后逐步降温，这样就会产生冷缩，温度每下降10℃时，产生冷缩值约1×10-4，相应地就会产生较大的收缩拉应力；另一方面，大体积混凝土的散热较慢，这样内外就会出现很大的温差，从而在内部产生温差应力，这就是大体积混凝土开裂的主要原因。
根据本工程的实际情况，为确保混凝土底板、侧墙，顶板及上部裙楼在施工和使用阶段不出现有害裂缝，采用了中国建筑材料科学研究院指定生产厂─武汉三源公司生产的SP-G膨胀抗裂剂配制成补偿收缩混凝土，同时加以适当的温控措施，就可以做到既经济合理，又能有效地解决大体积混凝土的开裂问题。
混凝土开裂是由于抗拉强度低，可变性差而引起的。
在一般钢筋混凝土结构中，限制收缩时即产生拉应力，引起变形，当拉应力大于本身的抗拉强度时即产生拉应力,引起变形,当拉应力大于本身的抗拉强度时即导致混凝土结构的开裂，根据这理论，在本工程中我们采用掺加SP-G的技术来提高混凝土膨胀率，这意味着在大体积混凝土施工时，利用高效减水剂、粉煤灰（磨细矿粉）来降低水泥用量和水化热，采用补偿收缩混凝土，放宽了温控指标，一般不必再用冷却骨料,在混凝土中埋设冷却水管等传统施工方法,这样可以大大节约昂贵的施工费用。
采用SP-G的补偿收缩混凝土内外温差控制在25℃之内是可行的从而减少混凝土冷缩值，这种“抗”的方法较好地解决本工程大体积的裂缝控制问题。
地下室工程混凝土总方量达30000立方米，该工程已经完工，经过几个月的观察，地下室没有产生有害裂缝，使用效果良好。
4.深圳交通枢纽中心
深圳交通枢纽中心由福田区交通局开发，深圳市政工程设计，中建保华深圳分公司承建：
该项目地下室长280m，宽160m。
地下室混凝土强度等级C35S6。
地下室采用超长无缝施工技术施工。
该工程采用中国建筑材料科学研究院指定生产厂─武汉三源公司生产的SP-G膨胀抗裂剂配制成补偿收缩混凝土，竣工至今，地下室未发现裂缝及渗漏问题。
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