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摘要：本文结合工程实际，主要针对超长建筑结构施工中膨胀混凝土的材料特点及工作原理两大方面进行了详细论述。
关键词：超长建筑；结构施工；膨胀混凝土
一、膨胀混凝土的材料特点
1．材料介绍
膨胀混凝土是解决混凝土开裂比较理想的材料，在混凝土中掺加适量的ZY膨胀剂，通过水泥的化学反应，使混凝土产生适量膨胀，在钢筋和临位限制下，在钢筋混凝土中建立0．2～1.0MPa的预压应力，可大致抵消混凝土收缩时产生的拉应力，防止混凝土开裂。据结构不同的部位，调整ZY掺加量，在结构收缩应力最大的部位采用大膨胀混凝土(即用膨胀加强带)，在结构收缩应力较小的部位采用微膨胀混凝土，以使混凝土的收缩拉应力得到大小适宜的补偿。采用这种办法，不留后浇带，实现混凝土连续浇筑，可以大大加快施工进度，减少后浇带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，并节约工期、降水费用和施工管理费用。同时，水化反应生成的钙钒石晶体属针状、棒状晶体，填充、切断、堵塞混凝土的毛细孔，使混凝土的抗渗能力大大提高，抗渗标号可达P30，从而达到混凝土结构自防水的目的。
2．ZY性能特点简介
①膨胀效能高：掺6％ZY的限制膨胀率远大于掺市售UEA12％的限制膨胀率，可在混凝土中建立0．2～0.7MPa的自应力值，补偿混凝土收缩，增强钢筋混凝土结构的抗裂能力。② 碱含量低：ZY碱含量R20≤0-3％，混凝土不会因ZY的掺入而产生任何碱——骨料反应。③ 掺
量低：在混凝土中掺入6％左右ZY即可达到预期的膨胀效果，而一般膨胀剂掺量为12％左右，同性能条件下，ZY的掺量相对于一般膨胀剂可减少5O％左右，其可比价格有明显优势。④ 施工性能好：ZY对混凝土坍落度没有影响，对水泥及其它混凝土外加剂适应性更好，适用于商品混凝土和现场泵送混凝土。⑤超高活性：系提取物料旋窑高温烧成，充分参与水化反应，因而能等量取代水泥，减少水泥用量。⑥ 增强性能好：ZY对混凝土早期强度有增强作用，后期强度稳定增长，真正做到等量代替水泥，而一般膨胀剂会降低混凝土早期强度。⑦ 大大提高了混凝土抗渗性：其抗菌素渗标号达P20-P30，可大幅度提高结构自防水功能。
3．工作原理
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•Es•g2
设μ＝As/Ac，则：
Σc=μ•Es•g2
式中，σc-混凝土预压应力（Mpa）
-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(％)。
由(1)式可见，σc与ε2成正比关系，而限制膨胀率ε2随UEA掺量增加而增加，所以，通过调整UEA掺量，可使混凝土获得0.2—0.7MPa的预压应力，根据水平法向力盯σx分布曲线，設想在应力量大地方施加较大的膨胀应力σc，而在两侧施加较小的膨胀应力，全面地补偿结构的收缩应力，控制有序裂缝的出现。由于钢筋混凝土结构长大化和复杂化，取消后浇带的超长无缝混凝土结构施工必须根据结构特点灵活运用，沉降缝不能取消，具有沉降性质的后浇带也不能取消。UEA加强带的性质是以较大膨胀应力补偿温差收缩应力集中的地方，所以，它可以取消后浇带。加强带的间距可控制在40～60m，一般可连续浇注100～200m超长结构，这对电厂主厂房框架梁连续浇筑时非常有利的。
三、膨胀混凝土施工技术
1．施工工艺流程
为保证后浇带混凝土质量，施工程序如下：清理→将钢筋认真整理、调直，检查
模板是否漏浆，预埋管件及模板→微膨胀混凝土配制→后浇带侧面均匀刷素水泥浆一遍→混凝土浇筑→养护。
2． 施工技术要点
(1)膨胀加强带的设置
所谓“无缝设计”是个相对概念，根据结构情况，可无缝或少缝，以掺加ZY膨胀剂的补偿收缩混凝土为基本材料，以加强带取代后浇带连续浇筑超长混凝土结构。根据混凝土结构的应力分析并结合设计要求，确定膨胀加强带与设计图纸上的后浇带位置相同，用2m宽加强带代替后浇带，实现连续浇筑。考虑加强带混凝土的强度须提高0.5个等级，配合比不同
膨胀剂的掺量也加大，可用间歇式后浇膨胀加强带施工方法，后浇膨胀加强带须在两侧混凝土浇筑完毕7d后才能回填。膨胀加强带边缘每侧设密孔铁丝网，目的是防止不同配比的混凝土流入加强带内。施工时，先浇注带外小膨胀混凝土(掺6％～ 8％zY)。浇到加强带时，改用大膨胀混凝土(掺8％～1O％ZY)。
(2)绑扎钢筋的注意事项
膨胀加强带(后浇膨胀加强带)部分要增加部分温度应力的补偿钢筋，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，补偿钢筋要延伸到加强带两侧50cm，其材质与构造筋相同，直径要小于构造筋1～2个规格，顶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，而墙板后浇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。加强带的两侧用免拆模板网或密孔铁丝网拦起，并采用钢筋绑扎牢固，其中墙体的后浇膨胀加强带的两侧设钢板止水板或橡胶止水带，铺设的铁丝网搭接部分不超过5cm。
(3)膨胀混凝土施工
① 膨胀混凝土配合比、原材料计量膨胀混凝土的配合比(见表)。水泥、砂、石、外加剂、膨胀剂、粉煤灰、水必须经过计量后才能投入搅拌机，计量误差应符合下列要求。水泥、外加剂、膨胀剂、粉煤灰、水均为±l％，砂、石均为±2％。
②混凝土搅拌和浇筑
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，用强制式搅拌机则延长10s以上，应严格控制搅拌时间，确保混凝土搅拌均匀。浇筑前，模板及钢筋间的所有杂物须清理干净。浇筑混凝土时，在每个浇筑带的前后布置两道震动器，第一道布置在混凝土的卸料点，主要解决混凝土上部的振实；第二道布置在混凝土坡角处，确保下部混凝土的密实。为防止混凝土集中堆积，先振捣出料口处的混凝土，形成自然流淌坡度，然后全面振捣，并按照施工规范严格控制振捣时间、振动棒的移动间距和插入深度。每个浇筑带的宽度应根据现场混凝土的方量、结构物的尺寸、供料速度、泵送工艺等情况预先计算好，避免冷缝的出现。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2O～
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，以免振捣不密实，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。
③二次抹面
在完成ZY混凝土浇筑工序后，为防止混凝土在硬化过程中出现表面龟裂现象，要及时进行二次抹面处理工序：在混凝土初凝8～10h以后，终凝40～12h之前，先人工用木抹子拍打，使混凝土的浆液渗出；然后再用力进行抹压，直至抹压平整，随即用塑料薄膜覆盖。
④养护
ZY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——钙钒石需要大量的水，否则就影响膨胀效能。因此在每一块混凝土浇筑、抹面完成后，能上人时，及时用塑料薄膜覆盖其表面，再铺上麻袋片或草席，混凝土硬化3～4h后，顶板筑堰蓄水3～5cm进行养
护，养护期不少于14d。以上养护措施的实施对地下室应用超长无缝结构的成功起到了非常重要的作用。养护工序完成后的顶板混凝土不能长时间暴晒，应及时作柔性防水层和保温层。
⑤接茬处理
在ZY混凝土施工中，接茬的处理很重要。在顶板施工中，膨胀加强带的施工可采取连续施工，也可采用间歇施工，若需要停顿施工时，其茬口要留在膨胀加强带的一侧，下次施工前把硬茬清理干净，充分润湿后，用大膨胀混凝土填充加强带，然后再继续浇筑ZY混凝土。
四、结语
工程实践表明：只要准备充分，施工方法合理，技术措施得力，以ZY膨胀加强带取代后浇带，可实现超长构筑物的连续浇注作业，不仅可在隧道、地铁、地下工程和自来水、污水处理工程中应用，获得整体防水的效果，大大缩短施工工期，降低工程综合成本，而且对于电厂现浇建筑楼板、框架梁的施工，同样可以达到克服有害裂缝、加快施工进度、减少模板周转的显著效果。膨胀混凝土无缝设计施工技术已为我国工程建设带来显著的技术经济效益和社会效益。
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：超长建筑；结构施工；膨胀混凝土
一、膨胀混凝土的材料特点
1．材料介绍
膨胀混凝土是解决混凝土开裂比较理想的材料，在混凝土中掺加适量的ZY膨胀剂，通过水泥的化学反应，使混凝土产生适量膨胀，在钢筋和临位限制下，在钢筋混凝土中建立0．2～1.0MPa的预压应力，可大致抵消混凝土收缩时产生的拉应力，防止混凝土开裂。据结构不同的部位，调整ZY掺加量，在结构收缩应力最大的部位采用大膨胀混凝土(即用膨胀加强带)，在结构收缩应力较小的部位采用微膨胀混凝土，以使混凝土的收缩拉应力得到大小适宜的补偿。采用这种办法，不留后浇带，实现混凝土连续浇筑，可以大大加快施工进度，减少后浇带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，并节约工期、降水费用和施工管理费用。同时，水化反应生成的钙钒石晶体属针状、棒状晶体，填充、切断、堵塞混凝土的毛细孔，使混凝土的抗渗能力大大提高，抗渗标号可达P30，从而达到混凝土结构自防水的目的。
2．ZY性能特点简介
①膨胀效能高：掺6％ZY的限制膨胀率远大于掺市售UEA12％的限制膨胀率，可在混凝土中建立0．2～0.7MPa的自应力值，补偿混凝土收缩，增强钢筋混凝土结构的抗裂能力。② 碱含量低：ZY碱含量R20≤0-3％，混凝土不会因ZY的掺入而产生任何碱——骨料反应。③ 掺
量低：在混凝土中掺入6％左右ZY即可达到预期的膨胀效果，而一般膨胀剂掺量为12％左右，同性能条件下，ZY的掺量相对于一般膨胀剂可减少5O％左右，其可比价格有明显优势。④ 施工性能好：ZY对混凝土坍落度没有影响，对水泥及其它混凝土外加剂适应性更好，适用于商品混凝土和现场泵送混凝土。⑤超高活性：系提取物料旋窑高温烧成，充分参与水化反应，因而能等量取代水泥，减少水泥用量。⑥ 增强性能好：ZY对混凝土早期强度有增强作用，后期强度稳定增长，真正做到等量代替水泥，而一般膨胀剂会降低混凝土早期强度。⑦ 大大提高了混凝土抗渗性：其抗菌素渗标号达P20-P30，可大幅度提高结构自防水功能。
3．工作原理
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•Es•g2
设μ＝As/Ac，则：
Σc=μ•Es•g2
式中，σc-混凝土预压应力（Mpa）
-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(％)。
由(1)式可见，σc与ε2成正比关系，而限制膨胀率ε2随UEA掺量增加而增加，所以，通过调整UEA掺量，可使混凝土获得0.2—0.7MPa的预压应力，根据水平法向力盯σx分布曲线，設想在应力量大地方施加较大的膨胀应力σc，而在两侧施加较小的膨胀应力，全面地补偿结构的收缩应力，控制有序裂缝的出现。由于钢筋混凝土结构长大化和复杂化，取消后浇带的超长无缝混凝土结构施工必须根据结构特点灵活运用，沉降缝不能取消，具有沉降性质的后浇带也不能取消。UEA加强带的性质是以较大膨胀应力补偿温差收缩应力集中的地方，所以，它可以取消后浇带。加强带的间距可控制在40～60m，一般可连续浇注100～200m超长结构，这对电厂主厂房框架梁连续浇筑时非常有利的。
三、膨胀混凝土施工技术
1．施工工艺流程
为保证后浇带混凝土质量，施工程序如下：清理→将钢筋认真整理、调直，检查
模板是否漏浆，预埋管件及模板→微膨胀混凝土配制→后浇带侧面均匀刷素水泥浆一遍→混凝土浇筑→养护。
2． 施工技术要点
(1)膨胀加强带的设置
所谓“无缝设计”是个相对概念，根据结构情况，可无缝或少缝，以掺加ZY膨胀剂的补偿收缩混凝土为基本材料，以加强带取代后浇带连续浇筑超长混凝土结构。根据混凝土结构的应力分析并结合设计要求，确定膨胀加强带与设计图纸上的后浇带位置相同，用2m宽加强带代替后浇带，实现连续浇筑。考虑加强带混凝土的强度须提高0.5个等级，配合比不同
膨胀剂的掺量也加大，可用间歇式后浇膨胀加强带施工方法，后浇膨胀加强带须在两侧混凝土浇筑完毕7d后才能回填。膨胀加强带边缘每侧设密孔铁丝网，目的是防止不同配比的混凝土流入加强带内。施工时，先浇注带外小膨胀混凝土(掺6％～ 8％zY)。浇到加强带时，改用大膨胀混凝土(掺8％～1O％ZY)。
(2)绑扎钢筋的注意事项
膨胀加强带(后浇膨胀加强带)部分要增加部分温度应力的补偿钢筋，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，补偿钢筋要延伸到加强带两侧50cm，其材质与构造筋相同，直径要小于构造筋1～2个规格，顶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，而墙板后浇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。加强带的两侧用免拆模板网或密孔铁丝网拦起，并采用钢筋绑扎牢固，其中墙体的后浇膨胀加强带的两侧设钢板止水板或橡胶止水带，铺设的铁丝网搭接部分不超过5cm。
(3)膨胀混凝土施工
① 膨胀混凝土配合比、原材料计量膨胀混凝土的配合比(见表)。水泥、砂、石、外加剂、膨胀剂、粉煤灰、水必须经过计量后才能投入搅拌机，计量误差应符合下列要求。水泥、外加剂、膨胀剂、粉煤灰、水均为±l％，砂、石均为±2％。
②混凝土搅拌和浇筑
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，用强制式搅拌机则延长10s以上，应严格控制搅拌时间，确保混凝土搅拌均匀。浇筑前，模板及钢筋间的所有杂物须清理干净。浇筑混凝土时，在每个浇筑带的前后布置两道震动器，第一道布置在混凝土的卸料点，主要解决混凝土上部的振实；第二道布置在混凝土坡角处，确保下部混凝土的密实。为防止混凝土集中堆积，先振捣出料口处的混凝土，形成自然流淌坡度，然后全面振捣，并按照施工规范严格控制振捣时间、振动棒的移动间距和插入深度。每个浇筑带的宽度应根据现场混凝土的方量、结构物的尺寸、供料速度、泵送工艺等情况预先计算好，避免冷缝的出现。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2O～
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，以免振捣不密实，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。
③二次抹面
在完成ZY混凝土浇筑工序后，为防止混凝土在硬化过程中出现表面龟裂现象，要及时进行二次抹面处理工序：在混凝土初凝8～10h以后，终凝40～12h之前，先人工用木抹子拍打，使混凝土的浆液渗出；然后再用力进行抹压，直至抹压平整，随即用塑料薄膜覆盖。
④养护
ZY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——钙钒石需要大量的水，否则就影响膨胀效能。因此在每一块混凝土浇筑、抹面完成后，能上人时，及时用塑料薄膜覆盖其表面，再铺上麻袋片或草席，混凝土硬化3～4h后，顶板筑堰蓄水3～5cm进行养
护，养护期不少于14d。以上养护措施的实施对地下室应用超长无缝结构的成功起到了非常重要的作用。养护工序完成后的顶板混凝土不能长时间暴晒，应及时作柔性防水层和保温层。
⑤接茬处理
在ZY混凝土施工中，接茬的处理很重要。在顶板施工中，膨胀加强带的施工可采取连续施工，也可采用间歇施工，若需要停顿施工时，其茬口要留在膨胀加强带的一侧，下次施工前把硬茬清理干净，充分润湿后，用大膨胀混凝土填充加强带，然后再继续浇筑ZY混凝土。
四、结语
工程实践表明：只要准备充分，施工方法合理，技术措施得力，以ZY膨胀加强带取代后浇带，可实现超长构筑物的连续浇注作业，不仅可在隧道、地铁、地下工程和自来水、污水处理工程中应用，获得整体防水的效果，大大缩短施工工期，降低工程综合成本，而且对于电厂现浇建筑楼板、框架梁的施工，同样可以达到克服有害裂缝、加快施工进度、减少模板周转的显著效果。膨胀混凝土无缝设计施工技术已为我国工程建设带来显著的技术经济效益和社会效益。
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