超長鋼筋混凝土結構無縫設計施工方法

1、超長鋼筋混凝土結構無縫設計施工方法是我國土木建筑行業(yè)一項重大專利技術成果，這 一技術是對國家規(guī)范混凝土結構設計規(guī)范的重大突破，先后獲得國家發(fā)明 專利、部級科技 進步二等獎，并列入北京市重大科技成果推廣計劃。在包括首都機場 新航站樓等在內的全國 300 多項重大結構工程中成功實施，創(chuàng)專利實施費超過 1000 萬 元。2006 年王棟民專著 高性能膨脹混凝土 由中國水利電力出版社和知識產權出版社 聯合出版，書中對這一專利技術從理論 到實踐進行了全面介紹。 下面對其中 HPEC的 無縫抗裂設計與工程應用 進行刊登，愿與建筑工程設計、施工、監(jiān)理和業(yè)主等各相關 部門通例合作， 以進一步推動這一技術成果的

2、轉化。 附：相關獲獎證書 1 、專利證書 2 、 部級科技進步獎證書 3 、北京市重大科技成果推廣證書 4 、專著扉頁 第一節(jié) HPEC的 無縫抗裂設計 一 混凝土結構設計和施工中的 縫在鋼筋混凝土結構設計和施工中， 常 涉及到許多 縫的概念（也稱之為 帶） ，如伸縮縫、后澆縫、沉降縫、施工縫、加強帶 等等 。這些 縫內涵與外延各不相同，彼此相互聯系又相互交叉，在工程應用中時有 混淆。現將在鋼筋混凝土結構設計和施工中常用到的 縫分類如下并闡述其含義。伸縮縫 （expansion joint） 是結構設計在構造上的 - 種考慮，是基于混凝土干燥收縮和 熱脹冷縮而設置的，其中永久性伸縮縫 （通常稱

3、之為伸縮縫 ） 是基于長期熱脹冷縮的考 慮。而臨時性伸縮縫 （通常稱之為后澆帶 ） 則主要是基于干縮和施工期間水泥水化熱溫升 的考慮， - 般在主體結構混凝土澆注 40-60 天后用填充性膨脹混凝土回填。沉降縫是基 于地基的不均勻沉降，如主樓與裙房間因高差而產生不均勻沉降等而采用的構造措施，有些沉降縫永久保留， 更多的則是在主體結構封頂后用填充性膨脹混凝土回填。后澆帶 既是設計手段，又是施工措施。它是在設計施工期間保留的一個縫，在收縮或沉降基本 完成后，用填充性混凝土二次回填，故稱之為后澆帶。后澆帶從后澆 的嚴格意義上來說包括臨時性伸縮縫和部分沉降縫，但為防止混淆起見，工程習慣上 - 般將后澆

4、帶與臨 時性伸縮縫混同，而不包括沉降縫。本文遵從這- 習慣，所講到的后澆帶即指臨時性伸縮縫。施工縫是在混凝土施工間隙所形成的一種施工冷縫，包括水平施工縫，垂直施工 縫和斜施工縫。施工縫在施工中應盡量避免出現， - 旦出現則應進行處理。如水平縫可 以做企口或階梯形等， 地下工程也可使用鋼板止水帶或橡膠止水帶的辦法處理，然后用 1：2 膨脹砂漿與新澆混凝土連結。垂直縫、斜縫也應鑿毛、清理，然后用1：2 膨脹砂漿與新混凝土連結。 膨脹加強帶 （簡稱加強帶或膨脹帶 ）是我們在 超長鋼筋混凝土結構 設計和施工方法 專利技術中提出的 -個新概念， 是為取消后澆帶，實現超長結構連續(xù)施 工，而人為采取的措施，

5、是一 個假縫 ，具有特定的含義。二、無縫抗裂設計的提出 在上世紀七十年代以前，對于 - 些超長鋼筋混凝土結構，通常 采用永久性伸縮縫來解決收縮開裂的問題。七十年代以來，后澆縫技術的出現特別是填 充性膨脹混凝土在后澆帶施工中的成功應用 （以 1977年毛主席紀念堂工程為典型代表 ）， 成為-種擴大伸縮間距和取消結構中永久伸縮縫的有效措施。后澆縫 -般在兩側混凝土澆灌 40-60 天收縮基本完成后回填，使結構成為 - 種連續(xù)整體的無伸縮縫混凝土結構。這 是- 種抗放兼施， 以放為主 的設計原則，是針對普通水泥混凝土存在的收縮開裂問題， 以設置后澆帶的辦法釋放大部分收縮應力， 然后以膨脹混凝土填縫，

6、 抗衡殘余收縮應力。 這種設計已列入規(guī)范而廣泛采用。然而，后澆帶的鑿毛與清理及填縫等給混凝土整體施 工帶來很多麻煩，填縫不好，還常常成為開裂和滲漏隱患，并且延長工期，有時還影響 總體結構的設計。能否取消后澆縫，這是工程界向我們提出的新課題。中國建材院于八 十年后期研究成功 U 型膨脹劑 (UEA) 、復合膨脹劑 (CEA) 和鋁酸鈣膨脹劑 (AEA) ，九十年代以來又發(fā)展了多功能復合高效膨脹劑UEA-H、CEA-B、UEA-M等，在混凝土結構自防水方面取得重大突破， 1992年補償收縮混凝土防水工法 列為國家級工法 (YJGF22-92) ， 已在全國實施。 在此基礎上，根據膨脹混凝土補償收縮

7、原理，我們在1990 年探索取消后澆帶的科研工作，首先在理論上搞清楚，后在工程上從小到大實踐。經過幾年的探索 與實踐，該技術在一些典型工程中應用取得成功，并受到建筑工程界的廣泛關注。我們 于 1993年正式向國家專利局申報了發(fā)明專利申請 超長鋼筋混凝土結構無縫設計施工方 法 ，期間技術成果不斷完善， 1999年 5月 12日國家知識產權局正式授予該技術國家發(fā) 明專利權，同年獲部級科技進步二等獎。至今，北京大部分民用與工業(yè)設計院和主要施 工單位均采用了這一無縫抗裂施工方法，中南、華東、華南、西北、西南、東北地區(qū)的 大型設計和施工單位也采用了這一新技術。 到目前為止， 該專利技術已在北京當代商城、

8、 西客站工程、 青島中銀大廈、 武漢百盛國際配售中心、 長沙平和堂大廈、 深圳賢成大廈、 珠?？诎稄V場、 中科院高能所板式樓等全國一百項以上重大工程中進行成功實施， 取得 良好的技術經濟和社會效益。其應用范圍不但在地下、水工結構，而且在上部樓面、墻 體和屋面。近年來混凝土膨脹劑向低摻量、 高性能、高膨脹率方向發(fā)展， 開發(fā)成功低摻量高效 UEA、 無水硫鋁酸鈣膨脹劑 CSA等，為 HPEC的配制提供了技術手段。隨著膨脹混凝土向高性 能混凝土的發(fā)展，混凝土呈現流態(tài)化、高強化的趨勢，在HPEC中復合使用膨脹劑和高性能礦物質摻合料以改善混凝土的多種性能， 這對無縫抗裂設計與施工也提出了新的要 求。三、

9、無縫抗裂設計的應力分析 無縫設計是相對的，根據工程結構具體情況，可無縫或 少縫。這里的 縫指的是釋放收縮應力的后澆帶或永久伸縮縫，不包括沉降縫。其設計 思路是 抗放兼施，以抗為主 。即用摻膨脹劑的補償收縮混凝土作為結構材料，其在水 化硬化過程中產生膨脹作用， 該膨脹由于受到鋼筋和鄰位的約束，能在結構中建立一定 的預壓應力 c，由此來抵抗收縮變形時產生的拉應力，防止混凝土開裂。膨脹混凝土 用于超長結構無縫抗裂施工， 其限制膨脹率 （ 2）的設定至為重要。 2偏小， 則補償收 縮能力不足，無縫施工難以實現；2 過大，對混凝土強度有明顯影響。經大量研究與 工程實踐，高效 UEA或 CSA替代水泥 8

10、，對強度無影響，對中強混凝土限制膨脹率一 般設計在 21- 310-4 ，對高強混凝土限制膨脹率一般設計在 2 0.5- 1.510-4， 在配筋率 0.2%-0.8 下，可在結構中建立 0.2-0.7MPa 預壓應力，這一預壓應力大 致可以抵消混凝土在硬化過程中因溫度和干縮產生的拉應力，從而防止混凝土收縮開 裂，或把裂縫控制在無害裂縫范圍內 （小于 0.1mm）?；谶@一 抗 的原理，采用補償收 縮混凝土，后澆縫的間距延長至 60m是安全的，比規(guī)范 20-40m 增加 l 倍左右。這是無 縫設計概念中的 少縫 含義，已成功應用于結構設 計中。 隨著我國建筑長大化和多功 能的發(fā)展，鋼筋混凝土結

11、構超長 100m以上，水平面積超 1萬 m2以上者越來越多。樓層 數十層，設置后澆縫以防止結構收縮開裂成為必要措施。然而，它給結構設計和施工帶 來很多麻煩，工期延長，模板周轉、降水和施工管理費都增加，能否取消后澆縫這具有 技術經濟意義。 工民建的整體式基礎、箱形基礎的底板、車間混凝土地面、地下隧道、 涵管等結構的底板和墻體的特點是，其厚度 （高度）H遠小于長、寬方向尺寸 L，當 HL Rt，則形成第二批裂縫，這種裂縫有序 性?？稍诠こ讨?見到。為防止這種有序裂縫的出現，工業(yè)與民用建筑中以設置后澆縫 作為釋放收縮應力和控制 裂縫的主要措施之一。從以下法向應力公式可見：后澆縫只在較短的間距 (L)

12、 范圍對削減溫度收縮應力 (ET) 起顯著作用，超過一定長度，即 使設后澆縫也沒有意義。按理論計算，削減有效間距為20-60m。下面談到的膨脹加強帶間距應 設置在此范圍內。 研究表明， 膨脹混凝土在硬化過程中產生膨脹作用， 在鋼筋和鄰位約束下，鋼筋受拉，而混 凝土受壓，當鋼筋拉應力與混凝土壓應力平衡 時，則 Ac cAs s AsEs 2 設 A sAc 則 cj Es 2 (1) 式中：c- 混凝土預壓應力， MPa； As- 鋼筋截面積； - 配筋率，； Ac- 混凝 土截面積； Es- 鋼筋彈性模量。 MPa； 2- 混凝土的限制膨脹率 （ 也即鋼筋伸長率 ） 由（1） 式可見， c與

13、2成正比關系， 而限制膨脹率 2隨 UEA（CSA摻） 量增加而增加， 所 以，我們通過調整 UEA（CSA）摻量，可使混凝土獲得不同的預壓應力。根據水平法向 力 x分布 曲線，我們設想在 max地方給與較大的膨脹應力 c，而在兩側給與較小 的膨脹應力 （圖 8- 2） ，全面地補償結構的收縮應力，控制有序裂縫的出現。圖 8-2 膨脹應力 c補償收縮應力 x示意圖 四、無縫抗裂設計的應變分析 根據我國 著名的水泥混凝土專家、中國工程院資深院士吳中偉教授關于膨脹混凝土的基本理 論 和觀點，防止混凝土開裂，有如下判據： 2-（St+Sd- CT）Sk 式中，2 - 限制膨脹率 St- 干縮率 Sd

14、- 干縮率 CT- 受拉徐變率，徐變 CT對補償收縮防止開裂是有利因 素。 S k- 極限延伸率 滿足上述判據，就不必設伸縮縫，否則應設伸縮縫。當不摻膨脹 劑時，規(guī)范規(guī)定約 30m設一 道伸縮縫，以避免收縮應變從自由端沿長向積累，引起中 段開裂。 我國著名的裂縫專家王鐵夢教授通過對結構物應力 - 應變分析與計算， 求得了平均伸縮縫間距 （ 或裂縫間距 ） 計算公式 如下：這樣(2)式就變?yōu)?St+Sd -2Sk ，L 比較可見，王鐵夢的裂縫間距計 算公式在極限狀態(tài)下其本質同吳中偉的防止混凝土開裂的 判據公式完全一致，當 TS k即2-St-Sd sk時，混凝土開裂 ，裂縫間距可由 王鐵夢公式求

15、得；當 TS k 即2-St- Sd Sk 時混凝土不開裂。 五、無縫 抗裂設計的實用化計算 在吳中偉院士和王鐵夢教授學術思想指導下，通過對各種條件 下混凝土膨脹和收縮的研究 ，用數理統(tǒng)計回歸分析方法，建立了膨脹混凝土膨脹與收 縮的擬合數學解析式，使用膨脹混凝 土的抗裂性能夠針對構件的結構尺寸和具體的施 工條件進行計算，為設計和使用膨脹混凝土提 供科學依據。 1 、膨脹混凝土補償收縮 模式 水泥基材料抗拉強度低、韌性差，當干燥失水或環(huán)境溫度變化使混凝土產生收縮 時，很容 易出現裂縫。經多年研究和實踐，膨脹混凝土被認為是一種解決混凝土開裂 的理想材料。膨脹 混凝土在鋼筋和鄰位限制下，膨脹能做功產

16、生預壓應力，可抵消部 分或全部限制收縮所產生的 拉應力，并推遲了收縮的產生過程，抗拉強度在此期間能獲得增長，當混凝土開始收縮時，其 抗拉強度已增長到足以抵抗收縮引起的拉應力，從而防止或減少收縮裂縫的出現。膨脹混凝土 補償收縮模式圖如圖 8-3 。從上圖看出， 要想對膨脹混凝土進行補償收縮能力的設計， 最重要的是計算混凝土 的限制 膨脹率 2和收縮率 S。如果 2大于 S，混凝土中將有壓應力存在；2 小于 S，若其差值的絕對 值小于混凝土的極限伸縮率 Sk，混凝土中雖有拉應力尚不致使混凝 土出現裂縫，若其差值的絕 對值大于 S k 時，內部拉應力超過其抗拉強度，混凝土出 現裂縫。因此，研究限制膨

17、脹率 2、 收縮率 S和極限延伸率 S k 的大小，以及各種外 部因素對這些參數的影響規(guī)律， 是對膨脹混凝土 的補償收縮能力進行計算的關鍵。 2 、 限制收縮率 S 限制收縮率 S 包括干縮率 Sd 和冷縮率 St 、，即 S Sd 十 St 根據大量研 究，并經回歸分析，得出膨脹混凝土干縮率 Sd的擬合方式和冷縮率 St 計算式分別為：式中：t 為齡期(天) R為混凝土限制干縮率與自由干縮率之比，根據統(tǒng)計資料R取值- 般在 0.6-0.8 之間。 1、2、3、4、5 為偏離標準條件的修正系數，其中 1為環(huán)境相對溫度影響系數 ；2 為構件尺寸影響系數；3 為養(yǎng)護方法影響系數； 4為摻和料影響系

18、數； 5為混凝土強 度等級影響系數。其取值范圍已根據大量數據 統(tǒng)計結果而確定，針對工程具體情況取值。 為混凝土熱膨脹系數，為 1.0x10-5 T1 為混凝土水化引起的溫升 (0C) ，可根據施工條件預定式設定。 T2 為氣溫變化溫差 (0C) ， 可根據施工環(huán)境預計。 3 、限制膨脹率 2 根據大量研究，并經回歸分析， 得出膨脹混 凝土限制膨脹率 2的擬合公式為式中 t 為齡期 ( 天) 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8、9 為偏離標準條件的 修正系數 ，其中 1為膨脹劑品種影響系數，2 為膨脹水泥品種影響系數，3 為混 凝土強度等級影響系 數，4為膨脹劑摻量影響系數，4 為水泥

19、用量影響系數，5 為水泥用量影響系數，6 為配 筋率影響系數，7 為粗集料影響系數，8 為水灰比 影響系數， 9為養(yǎng)護制度影響系數。 其取 值范圍已根據大量數據統(tǒng)計結果而確定， 針 對工程具體情況和設計要求確定。 4 、極限延伸率如前所述， 徐變對補償收縮防止開裂是有利因素，它可使普通混凝土的長期極限拉伸 增加一 倍左右，即提高了混凝土的極限變形能力。因此，在計算混凝土的抗裂性能時， 即混凝土的極 限拉伸在考慮徐變的情況下，增加了 50。故混凝土考慮徐變后的極限 延伸率 Sk 為： Sk Sk（1+0.5） 通過以上的分析計算，我們可以針對具體工程參數和 施工條件，對膨脹混凝土進行定量設計和

20、計算，將計算所得的 2、S、Sk 等帶入上述 抗裂判據公式，使之滿足抗裂判據條件，即可實現 無縫施工而不開裂。 六、無縫抗裂 設計施工方法 根據以上分析，在一定條件下 （滿足抗裂判據公式 ） 進行無縫設計是可行 的，那么，在工程設 計中，如何根據收縮應力曲線 （ 圖 2）進行相應的補償呢 ?參見圖 8-4 的無縫設計示意圖。在應力集中的 max處(按傳統(tǒng)方法留后澆帶處 ) ，設膨脹加強帶， 其寬度 2m，帶的兩 側鋪設 密孔鐵絲網， 并用立筋(由850-100) 加固，防止混凝土流入加強帶， 帶內混凝 土強度等級比 兩側高 5MPa。施工時，帶外用摻 8%-10CSA的小膨脹混凝土 膨脹率約

21、(1- 2) 10 -4 ，灌注到 加強帶時，摻 10%-12CSA的大膨脹混凝土 膨脹率約 (1.5%- 3%)10-4 ，其強度等級比兩側 高 5MPa。到另一側時，又改為澆注摻 8%-10 CSA混凝土。如此循環(huán)下去，可連續(xù)澆注 100- 150m超長結構。 在混凝土供應或施工力 量達不到連續(xù)作業(yè)要求時，可采用圖 8-5 的 間歇式無縫施工法 ， 加強帶一側改為臺 階式。施工縫鑿毛清洗干凈后，用摻 10-12 CSA的混凝土澆入加強帶，隨 后用小膨 脹混凝土澆注帶外區(qū)段。對于無防水要求的樓板，考慮可允許出現小于0.3mm的裂縫，不影響結構安全。可采用如圖 8-6 的取消后澆縫的設計方法。

22、 與圖 8-4 區(qū)別在于加強帶兩側采用摻 6-8 CSA 的無收縮混凝土 膨脹率約 （1- 1.5） 10 -4 ，加強帶本身用 10-12 CSA大膨脹混凝 土。此方法不影響模板周 轉，加快樓面施工進度。由于樓板厚度小，加強帶兩側可用 模板隔離。對于墻體的加強帶，由 于墻體薄，面積大，養(yǎng)護困難，受到風速和大氣溫 度影響大，容易出現收縮裂縫。因此，我們 傾向采用后澆加強帶 （2m寬） ，即分段澆注 摻8-10 CSA混凝土， 14d后，用摻 10 -12 CSA 混凝土回填。 此方法與傳統(tǒng)后澆 帶設計一樣，要設鋼片止水帶 （ 圖 8-7） 。所不同之處，后澆加強帶的寬度為 2m，回填用大膨脹混

23、凝土，回填縫時間為 14d，比傳統(tǒng)后澆縫縮短 30 多天。七、無縫抗裂設計應注意的問題 由于鋼筋混凝土結構長大化和復雜化，取消后澆縫的無縫設計必須根據結構特點靈活運 用， 沉降縫不能取消，對于具有沉降性質的后澆縫 也不能取消。加強帶的性質是以較大膨脹應力補償溫差 (包括干縮 ) 收縮應力集中的地方，所以，它可以取消后澆縫。加強帶的間距可控制在40-60m 。實踐表明，對受大氣溫度和風速影響較小，保溫保濕養(yǎng)護可操作性好的地下室、水池 、隧道等防水結構的 底板和高層建筑的樓板，可采用圖 8-4 的無縫抗裂設計。而邊墻由于尺寸薄 而暴露面 大，且立面養(yǎng)護困難，易受風速和溫差影響，建議用圖 8-7 的

24、后澆加強帶，這種設計比 較保險。 關于剪力墻的配筋構造設計，注意問題是：當柱子與剪力墻連在一起時，由 于柱子的截面和 配筋率都比墻體大得多， 往往在相連部位出現過大的應力集中而開裂。 為分散應力，應該在此 處增加水平筋 (8 -10) 200，其長 200cm，橫穿柱子兩側深入 墻體中。墻體易裂原因是多方面 的，但我們發(fā)現墻體受力鋼筋過多，而作為抗裂的水 平構造筋偏少，按規(guī)范剪力墻最小配筋率為 0.2%-0.25%。工程實踐表明，由于墻體一般拆模早，養(yǎng)護困難，受溫度影響大，水分蒸發(fā)速 率大，容易開裂。為了控制溫差和 干縮引起的垂直裂縫；墻體的水平構造筋的配筋率不應小于 0.5 ，并使用螺紋鋼筋

25、， 鋼筋間距不宜過大，采用由 10-16mm鋼筋和 100-150mm間距是比較合 理的。墻體厚度 為 30-50cm。從而提高混凝土的極限拉伸及抗拉強度可有效提高混凝土抗裂性。我們認為，HPEC補償收縮混凝土的抗裂防滲功能要與水平構造鋼筋的設計相適應，共同抗衡 收縮應力才能湊效。 HPEC混凝土作結構自防水， 可省去外防水作業(yè)。因此，適當增加水平 構造 鋼筋和墻的厚度在技術經濟上是合理的。 HPEC超長鋼筋混凝土結構無縫抗裂設計 施工方法是以補償收縮混凝土為結構材料，以加強帶 取代后澆縫連續(xù)澆筑施工的一種 新技術。對于底板和樓板可用 膨脹加強帶 取代后澆縫，連續(xù) 澆筑混凝土；對于邊墻 可用后

26、澆加強帶 ，間距 30-40m分段澆筑墻體，等 14d 后再用 HPEC混凝 土回填。對 于變截面大的墻柱之間， 要增設水平加強筋， 墻體水平配筋率宜大于 0.5 ，適當增 加 墻體厚度，以提高抗裂能力。該新技術已在全國 100 多個重大工程應用，效果良好，其 優(yōu)點是 簡化施工程序，加快模板周轉，整體防水好，縮短工期和節(jié)省工程費。受到各 方歡迎。本方法 是以 抗放兼?zhèn)洌钥篂橹?的設計原則，在理論上尚需深入研究，施 工實踐是可行的，但要不 斷總結提高。我們愿與設計、施工的結構工程師通力合作， 讓這一無縫抗裂設計新方法獲得進 一步的推廣應用，逐步列入規(guī)范中，以促進我國結 構設計施工的技術進步。H

27、PEC已經在很多重大工程取得成功應用?，F將舉幾個近年施工的典型的工程實例。一高性能自密實膨脹混凝土在河南省人民醫(yī)院新病房樓工程的應用 河南省人民醫(yī)院新病 房樓工程地下 1 層，地上 22 層，總高 80.2m，平面為扇形，外弧長 131m，寬 21m，混 凝土強度等級 C30、C40、C50、C60。底板混凝土 C40、P12，厚 1.85m，四層鋼筋網片 ， 上下層為直徑 28mm150m，m中間兩層直徑 14mm200m。m由于本工程位于醫(yī)院病房區(qū)， 為解 決施工噪聲擾民問題， 經研究確定采用高性能自密實混凝土 （ 商品泵送混凝土 ） 。 1 試驗研究 1 1 原材料 水泥：河南上街 52

28、5號普通水泥， 28d抗壓強度 55.0MPa， 425 號礦渣水泥， 28d 抗壓強度 45.0MPa 。粉煤灰：首陽山級、鄭州電廠級粉煤灰。 膨脹劑：北京 CEA膨脹劑。硅灰：山西忻州產硅灰， SiO2 含量占 92%。砂：盧山中砂，細度模數為 2.7 ，含泥量 1.2%。石子：新密粒徑 5 25mm連續(xù)級配碎石，含泥量 0.3%，壓碎指標 8%。 外加劑：中 建八局一公司 YNB高性能超塑化劑，減水率 28%，泌水率 80%，抗壓強度比 140%。 1 2 高性能自密實混凝土工作性能指標及評價 高性能自密實混凝土拌合物應具有高流動性 和良好的變形能力，且有較好的均勻性和穩(wěn)定性 ，能填充鋼

29、筋和模板的空間，形成均 勻致密結構。高性能自密實混凝土的流動性、粘聚性、均 勻穩(wěn)定性、填充性和間隙通 過性體現了工作性的全部。參考國內資料，提出高性能自密實混凝 土工作性指標為坍落度 240 260mm，擴展度大于 600mm，Orimet 法流下時間 717s；擴展促中 邊差 10%；并用坍落度、擴展度、 Orimet 法、L 形儀、擴展度中邊差進行工作性定量評價。試 驗 用配合比見表 8-1 。表中 C50、C60混凝土： 525號普通水泥，粉煤灰級； C30、C40 混凝土所 用材料； 425 號礦渣水泥，粉煤灰級。13 高性能自密實混凝土的坍落度、擴展度及其損失坍落度、擴展度作為高性能

30、自密實混凝土工作性的便捷定量評價方法，在應用中同樣存在坍 落度、擴展度損失問題。 試驗中發(fā)現，坍落度損失和擴展度損失并不同步，擴展度損失一般先 表現出來，這可 能是由于擴展度的增加必須通過自身的流淌和重力的推動作用，使其拌合物一 起向前 移動才能有效地表現出來。擴展度損失與坍落度損失原因相同，有物理、化學因素，試 驗中通過改善外加劑的組成和摻入大量粉煤灰等有效措施，較好地控制了坍落度損失，1h 的損 失小于 10mm，擴展度 1h的損失后仍大于 600mm。 15 高性能自密實混凝土的 力學性能和耐久性能 在同材料、同配合比條件下做真搗和免振的 28d 標養(yǎng)強度試驗及自密實混凝土的抗凍、抗?jié)B

31、試驗。經檢測其抗壓強度基本一直，在5%范圍內波動，見表 8-2 。底板 C40、P12混凝土的抗凍 等級達 F100，抗?jié)B等級達 P40。 2 高性能自密實 混凝土的施工 本工程地下室為超長結構，其底板為1.85m 厚 C40 大體積混凝土，地下室外墻為 C60。施工中 要考慮混凝土的工作性、 力學性能， 而且要較好地控制混凝土裂 縫。 C40底板混凝土一次澆筑完 成， C60外墻設計后澆帶，分段澆筑，較好地解決了裂 縫問題。 混凝土拌合的投料順序為砂、 石、水泥、膨脹劑、粉煤灰、外加劑，攪拌 3min 后出料。底板混 凝土采用蓄熱養(yǎng)護法，覆蓋一層塑料布，二層麻袋，保持麻袋濕潤， 7d 后改為

32、澆水養(yǎng)護；外墻 及柱拆模后，外包麻袋澆水養(yǎng)護。對底板 5020m3自密實混凝土歷時 2d 一次澆筑成功，混凝土坍落度 250mm，擴展度 600mm，混 凝土強度平均值 44.3MPa； C60混凝土地下部分 1700m3，試件抗壓強度平均值 65.7MPa，施工完 成后， 對底板自密實混凝土進行抽芯和抗凍、抗?jié)B檢測，芯樣強度47MPa，成型試件抗凍等級F100，強度損失率 8%、重量損失率 3%，抗?jié)B等級 P40。各項指標均滿足了設計和施工驗 收規(guī)范 的要求。 二 流態(tài)泵送膨脹混凝土在中國科學院高能物理所高層板式住宅樓工 程的應用 1 、工程概況 該工程結構采用全現澆鋼筋混凝土框架 - 剪力

33、墻體系，地下二層， 地上十五層。該工程結構尺 寸為：地下室底板長 83.58 米，寬 16.46 米，底板厚 0.7 米，地下室外墻厚 0.3 米，人防層頂板厚 0.3 米，正負 0 頂板厚 0.15 米；上部結構， 外墻厚 0.16 米，首層至 14 層樓板厚 0.1 米，屋面、水 箱間厚 0.15 米。該工程為超長 結構工程，對于地下室又涉及混凝土自防水，且底板為大體積混 凝土，須適當控制水 化熱。地下室底板、外墻和頂板混凝土強度等級均為C30，抗?jié)B等級 P8, 地上部分混凝土強度等級也為 C30，無抗?jié)B要求，后澆帶混凝土強度提高一級，為C35，所有混 凝土均摻加 WRA膨脹防水劑制作補償

34、收縮混凝土 （注： WRA膨脹防水劑是 CSA膨脹劑與減水 劑復 合產品）。采用泵送混凝土施工。 由于該工程地基狀況復雜，為消除可能存在的 地基不均勻沉降問題，結構設計沿長度方向設 置了三條后澆帶，后澆帶混凝土在大面 積混凝土澆注完成后 60 天后二次澆灌。 2 、HPEC混凝土及配合比 由于該工程結構尺寸 超過現行結構設計規(guī)范要求，工程構造要求又不允許設置伸縮縫，設計 與施工單位決 定采用中國建筑材料科學研究院專利技術 超長鋼筋混凝土結構無縫設計與施工技 術 ，由中國建材院提供技術服務。 原材料技術條件如下：水泥為新港皇牌 P.O 32.5 普 通硅酸鹽水泥；砂：二區(qū)中砂，河砂， Mx=2.

35、3-3.0, 含泥量小于 3%；石子：碎石，粒 徑 5-25mm, 連續(xù)級配，含泥量小于 1% ；粉煤灰 ：天津華能電廠，一級粉煤灰，需水 量比為 90%；膨脹防水劑： WRA膨脹防水劑；水：潔凈自來 水。 對工程各部位混凝土 配合比設計如表 8-33、工程施工 該工程從今年 4月份開始澆注混凝土， 現已完成地下兩層和地上 8 層施工， 所施工混凝土全部 滿足強度、抗?jié)B指標，施工和易性好，混凝土底板、墻板、各樓層 頂板混凝土均未出現裂縫， 地下室無滲漏水現象。 三 北京經濟技術開發(fā)區(qū)檢驗檢疫 綜合業(yè)務實驗樓地下室 HPEC混凝土冬季施工技術及應用 （結 構自防水、超長無縫施 工） 1 、工程概

36、況 該工程地下室部分施工為冬季施工， 施工時間在 2002年1月至 2002 年 2 月。該工程為一級一 類建筑，結構采用全現澆鋼筋混凝土框架 - 剪力墻體系，地下 一層，地上六層。該工程地下結構 尺寸為：底板長 65.6 米，寬32.55 米，板厚 0.5 米， 地下室外墻高度為 8.45 米，外墻厚 0.35 米 ，頂板厚 0.2 米。按照結構設計要求，地 下室底板、外墻和頂板混凝土強度等級均為 C35,抗?jié)B S8, 沿長度方向在 6#-7# 軸間設 置一條后澆帶，帶寬 0.8 米，后澆帶貫通至地下室墻板和樓板， 按照施工驗收規(guī)范， 在混凝土澆注后 40-60 天回填。 由于該工程結構尺寸

37、超過規(guī)范要求，工期要求又不允許設置后澆帶， 施工單位決定采用中國建 筑材料科學研究院專利技術 超長鋼筋混凝土 結構無縫設計與施工技術 ，以 CEA補償收縮混凝 土實現，由中國建材院提供技術服務。 根據結構設計的配筋情況，按照超長施工的技術要求，對CEA混凝土進行了變形驗算，認為 本工程采用超長無縫施工技術可以解決不留后澆帶、一次澆注成型的問題。底板 配筋完全滿足 無縫施工要求，側墻非常容易開裂，為了分散變形、防止裂縫，在重點 部位適當增配分散變形 的細鋼筋。 2 配合比優(yōu)化設計 超長施工混凝土的限制膨脹率 是控制混凝土開裂的至關重要的指標，應根據膨脹劑的膨脹值 確定其最佳摻量，優(yōu)化 混凝土配合

38、比。 根據結構設計要求，本工程地下室混凝土為強度等級C35，抗?jié)B等級S8，摻加 CEA混凝土膨脹 劑達到抗裂防滲效果；施工上要求采用泵送混凝土施工，入 模坍落度以 14-18cm 為宜，并滿足 冬季施工技術要求。 原材料技術條件：山東鋁業(yè)普 硅水泥， ISO強度等級為 32.5R；潮白河中砂， Mx=2.5, 含泥量 小于 3%；潮白河碎石， 粒徑 5-25mm, 含泥量小于 1% ；河北薊縣一級粉煤灰；北京產 CEA膨脹劑 ，符合 JC476-2001 標準；北京城龍外加劑廠生產的 YGU-1防凍劑 , 摻量 4.0 ；潔凈水。 對 地下室各部位混凝土配合比設計如圖 8-4注：在各配合比中，

39、膠凝材料總用量為 430kg/m3, 砂率為 42%，水膠比為 0.42 實際加水量應以控制混凝土出機坍落度為18-20cm,入模坍落度為 14-18cm 為宜，做適當調整膨脹劑摻入量底板、 頂板為 8%，墻板為 9%，這是以膨脹劑水養(yǎng) 7 天限制膨脹率為 0.03%左右來設置的。防凍劑摻量為 4.0%。三、施工嚴格按照實驗最終確定的混凝土配合比投料攪拌，膨脹劑、防凍劑、粉煤灰等一定要正確計 量；攪拌要保證混凝土均勻；控制加水量使得出機和入模坍落度完全滿足工 程要求；要求振搗 密實，混凝土初凝后、終凝前必須進行二次抹面，以消除表面塑性 收縮裂縫。 膨脹防水混凝土養(yǎng)護特別關鍵，又值冬季施工，嚴格

40、按照防水混凝土和冬 季施工混凝土的技術 規(guī)范要求進行施工，在混凝土澆注完成并二次抹面后，應立即覆 蓋草袋、麻包等養(yǎng)護材料于底 板、頂板上面，進行保溫、保濕養(yǎng)護 14 天。墻板養(yǎng)護為 達到保溫保濕效果，要求使用木質模板 ，澆搗后 3 天脫模。 對澆注混凝土的強度、抗 滲、 坍落度和限制膨脹率等指標均按要求進行了測定，所有指標滿足設計和施工要求。施工后對地下室進行了結構驗收， 結構施工質量狀況良好，未出現裂縫和 滲漏水現象。四、東直門交通樞紐交換大廳梁板 CSA混凝土無縫施工在混凝土中摻加 CSA膨脹劑，進行超長結構無縫施工是可行的，摻加CSA膨脹劑的混凝土超 長結構無縫施工技術有效地解決了東直門

41、交通樞紐交換大廳梁板混凝土大面 積施工而不設 后澆 帶 的難題，大大加快了工期。經現場觀察，沒有出現混凝土貫穿 裂縫，完全滿足規(guī)范和設計院 規(guī)定裂縫寬度不超過 0.2mm的要求。 在應用中，并不是 摻加了 CSA膨脹劑后混凝土就不裂，而是必須根據混凝土的特點和施工季 節(jié)，根據混 凝土的結構尺寸等情況，首先進行混凝土抗裂分析，根據混凝土抗裂分析要求的混 凝 土膨脹量，設計混凝土的配合比，確定 CSA的最佳摻量，在設計和試配補償收縮混凝土配合比 時，除進行強度等常規(guī)指標的檢測外，必須進行混凝土限制膨脹率試驗，只有 這樣，才能設計 出抗裂性能好的補償收縮混凝土。 混凝土的拌合、振搗、養(yǎng)護等各個 環(huán)節(jié)

42、的質量關是否把好，是實施過程中的關鍵環(huán)節(jié)，必須 有專人負責，落實到位。 1 、 施工用混凝土配合比 由于委托建材院進行技術服務時，本工程第三區(qū)的鋼筋已經基本 幫扎完畢，而混凝土試驗尚 未到齡期，因此，為確保工期，根據以往的大量工程經驗 和已有的科研結果，偏于保守地確定 了第三區(qū)地混凝土配合比，各材料用量如下：在第三區(qū)混凝土中， CSA的摻量為 10。混凝土 28 天強度普遍偏高，達 135。 第一、二、四區(qū)混凝土，根據試驗結果和第三區(qū)的部分強度情況進行了調整，調整后的混凝 土配合比如下：調整后的混凝土配合比中， CSA的摻量為 9，膠凝材料的用量進行了微量的下調。 2 、 混凝土凝結前性能 配

43、制的混凝土合易性良好，混凝土無泌水現象，靜態(tài) 1 小時坍落度 損失 2cm，動態(tài)坍落度損 失比靜態(tài)要小， 能滿足本工程的泵送要求。 試驗室混凝土初凝 1011 小時，詳見附件混凝土 凝結時間測定書，該凝結時間既可保證大面積混凝 土施工時不出現冷縫，又能保證混凝土正常拆模。 3 、混凝土硬化后性能 硬化混凝土強度、限制膨脹率均滿足設計要求，結構無開裂現象。五、采用 HPEC的部分工程簡介1）青島中銀大廈地下結構占地面積 6500m2(97.3mx66.7m), 主樓地下 4 層，裙樓地下 3 層。主 樓為箱基 礎 C50,深埋 19.5m, 底板厚度 2.5m。邊墻 C50，柱子 C60 混凝土

44、。 C50 和 C60 混凝土約 5000-6000m3。整個地下室需抗裂防滲混凝土 1200 m3。混凝土中摻加高性能 UEA-V12%-13%， 配制成 HPC。澆注地下室和承重結構， 解決了大體積和高強混凝土的補 償收縮和裂滲問題。(2) 首都機場停車樓該樓地下 4層，地上 1層，長 262m*寬 137m,總建筑面積 16.7 m2 ，為預應力框架結構， 除底板 42000 萬 m3C40 、P8 混凝土外，梁板、墻、柱均為 C50、C60高性能混凝土，約 為 100 000 m3。 由中建一局華北公司施工；北京城建集團機場混凝土攪拌站供應HPC。為解決防滲問，采用北京 普通水泥 52

45、5#，超低水泥用量( C50 300kg/m3;C60340kg/m3 ) 摻入 110 kg/m3-40 kg/m3 細磨 礦渣粉， 55 kg/m3 復合形 UEA。坍落度 20cm-24cm，擴 散度大于 55cm，泵送性能好， 28d 強度達 110%-142%。有效的解決了混凝土水化熱和收 縮裂縫問題。該結構已完工，質量良好。(3)北京通產大廈該工程建筑面積： 1000m2,其中底板混凝土 5800 m3，厚度 1.2m-1.4m ，設計為 C45、P8 混凝 土，屬大體積混凝土，要求可泵性好，水花熱低，一次澆筑。為此采用北京 525# 普通水泥， 300 kg/m3 ，磨細礦渣粉

46、12 kg/m30 ，UEA50 kg/m3 和高效減水劑?；炷?坍落度 18cm- 22cm，72h 澆筑完畢。 底板混凝土最大溫差 19，R28達 119%-139%， R60 平均達、 63.7MPa,14d 后檢查混凝土表面無裂縫。4)北京建華花園該工程地下 3 層，地上 25 層，長 99.8m87m。底板處于 18m，厚度分別為 1.2m，2m和 2.5m ，擋土墻厚 40cm，總防水混凝土量 15 680m3，設計為 C40、 P8混凝土，柱墻為 C50、 C60 混凝土。我院科龍抗裂防滲技術中心提供技術服務。 C40混凝土采用 525水 泥 300kg，摻合 料 145kg，

47、UEA-H55kg，水膠比 0.35 。該 HPC混凝土坍落度 20cm 23cm， 1.5h 損失 2cm3cm， 泵送性能良好。 R28 達 118 125，平均達 49.5MPa。（5）呼和浩特市鼓樓立交橋1996 年冬季正是該立交橋緊張施工期， 氣溫 15 20， 為不延誤整個工期， 達到 安 全可靠，立交橋接頭處決定采用 UEA補償收縮高性能混凝土，強度 C50 等級。在這 種氣溫下，使 用這樣新型混凝土，施工單位還是第一次應用。經數次檢查混凝土質量 良好，強度發(fā)揮正常， 獲得施工單位的好評。 1997年 7月立交橋投入正常使用。（6）國家體育場國家體育場石北京 2008 年奧運會主會場，由中國建筑設計院設計，該體育場為橢圓形， 總長 450m，總寬 450m，地下一層，上面為 8 萬人看臺，