超长超厚混凝土结构的抗渗防裂措施.pdf

1 1 6 低温建筑技术 2 0 1 0年第 3期 ( 总第 1 4 1 期 ) 超长超厚 混凝土结构 的抗渗防裂措施 徐得阳 ， ( 1 国家住房和城乡建设部科技发展促进中心 。 北京 李家和 ， 范征宇 1 0 0 8 5 3； 2 哈尔滨工业大学土木 T程学院 ， 哈尔滨1 5 0 0 0 1 ) 【 摘要】 超长超厚混凝土结构在施工和使用中易产生裂缝， 控制裂缝的产生是超长超厚混凝土结构施工 的关键。文中结合中国石油大厦地下结构工程实际情况， 讨论了超长超厚混凝土结构的材料选用、 设计、 施工注 意事项、 养护方法等抗渗防裂措施 ， 目的在于为其它超长超厚混凝土结构的施工提供参考。 【 关键词】 超长超厚混凝土结构； 抗渗； 混凝土养护 【 中图分类号】 T U 7 5 5 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 0 ) 0 3 0 1 1 6 0 3 C 0NTRoL AN D P REv E I ( ) N As I E s oF CRA Cl ( s AND A GE l N I 】 I 胍A L0 G AND I 胍A 1 l j C K C ONCR ET E S T R UC TU RE S X U D e - y a n g ， L I J i a h e 2 ， F A N Z h e n g - y u 2 ( 1 T h e D e v e l o p m e n t a n d P r o m o t i o n C e n t r e f o r S c i e n c e&T e c h n o l o g y ， t h e Mi n i s t r y o f H o u s i n g and U r b a n R u r a l C o n s t r u c ti o n o f P R C h i n a ， B e ij i n g 1 0 0 8 5 3 ， C h i n a ； 2 S c h o o l o f C i v i l E n g e e r i n g ，H a r b i n I n s t i t u t e o f T ech n o l o gy， H a r b i n 1 5 0 0 0 1 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e u l t r a l o n g a n d u l t r a thi c k c o n c r e t e s t r u c t u r e s u s u a l l y i n d u c e s e v e r a l c r a c k s d u ri n g i t s c o n- s t r u c fi o n o r sev i c e l i f eOn e o f t h e k e y p r o b l e ms d u r i n g d e s i g n a n d c o n s t r u c t i o n o f u l t r a - l o n g a n d u l t r a t h i c k c o n c r e t e s t r u c t u r e s i s t o p r e v e n t the c r a c k s Ac c o r d i n g t o t h e a c t u a l s i t u a t i o n i n u n d e r g r o u n d s t r u c tur e s of Ch i n a Ro c k Oi l Ma ns i o n，t h e p a p e r h a s d i s c u s s e d the c o n s t r u c t i o n a l t e c h n i c o f ul t r a l o n g a n d u l t r a thi c k c o n c r e t e s t r u c t u r e s s u c h as ma t e ri al s e l e c t ，d e s i gn ，ma t t e r s n e e d i n g a t t e n t i o n t o c o n s t r u c ti o n an d c o n c r e t e c u r i n g me t h - o d s for p r e v e n t i n g f r o m c r a c k i n g and s e e p a g e A n d the s t u d y p r o v i d e s a r e f e r e n c e f o r t h e c o n s t r u c ti o n o f u l t r a l o n g an d u l t r a t h i c k c o n c r e t e s t r u c tur e s Ke y wo r d s： u l t r a - - l o n g a n d u l t r a - thi c k c o n c ret e s t r u c t u res ；i mp e r me a bi l i t y；c o n c ret e c u rin g 随着我 国国民经济建设 的发展 ， 建筑 向大型化和 多功能发展 ， 超长超厚混凝土结构 越来越 多地用 于公 共建筑和高层、 超高层民用建筑等结构的主要受力部 位 。超长超厚 的混凝 土结 构 主要是 指 结构 单元 长度 ( 宽度 ) 超过 了混凝 土结 构设计 规范 所规 定 的钢筋混 凝土结构伸缩缝最大间距的结构。目前 ， 超长混凝土 结构在解决结构受力问题后， 建筑物裂缝仍较为频繁 出现 1 ， 产生裂缝的原因很多， 但可以分为由荷载产 生和变形产生 ( 非 荷载) 的。据统计 ， 钢筋 混凝 土结构 中的 裂 缝 属 于 由荷 载为 主 引起 的只 占裂 缝 总 数 的 2 0 左 右 ， 属 于由变形 为主引起 的占约 8 0 。混 凝土 的变形 主要包括 ： 温度收缩 、 塑性收缩 、 干燥收缩 、 自收 缩、 碳化 收缩 。而在变形 引起 的裂缝 中， 温度及 混凝土 收缩导致裂缝 的 占大多 数。在超 长 超厚 混凝 土结 构 中如果不采取相应有效的措施， 其混凝土墙体易产生 开裂 ， 影响其正常使用 。 中国石油 大厦 地下 结构形 式 为钢筋 混凝 土 框架 一 剪力墙体系， 筏板基础。该工程地下室建筑面积 5 5 8 7 9 m2 ，地下 4 层 ， 基础基坑深度为 一1 9 4 m 。地 下 四 层 ， 高度 在 3 64 8 m， 地 下室 外墙 厚 为 5 5 0 m m， 局 部 7 0 0 、 9 0 0 m m， 外 墙长 度 约 7 0 0 m， 属 超 长超 厚 混凝 土结 构。地下室外墙采用 C 4 0抗渗混凝土， 抗渗等级 S 8 。 1 原材与配合 比要求 1 1 混凝土的原材料 ( 1 ) 选用唐山冀东 P 0 4 2 5 R水泥， 其含碱量低 于 0 6 ， 水泥 比表面积不超过 3 5 0 m 2 k g 。 ( 2 ) 采用 52 5 m m连续级配的三河机碎石， 其 压碎 指标不 大于 7 ， 吸水率不 大于 2 ， 针 片状 含量 不大于 5 ， 含泥量低于 0 7 ； 采用河北 潮河 中砂 ， 含 泥量低 于 1 0 。 ( 3 ) 使用 I 级粉煤灰作为掺合料， 其烧失量不大 于5 ， 需水量 比不大于 9 5 。使用粉煤灰可以降低 混凝 土的温升 ， 避免裂缝的产生l 5 J 。 ( 4 ) 选用了北京恒基 E P Y泵送剂， 其减水率不 冬 施质 量 通 病 徐得 阳等 ： 超长超厚混凝土结构的抗渗 防裂措施 1 l 7 低于是 2 0 ， 收缩率 比不大于 1 2 0 。 ( 5 ) 选 用 天 津 豹 呜 U E A膨 胀 剂 或 韩 伍 思 达 F S1 0 2 。 1 2 混凝土配合 比的设计 混凝土配合 比必须满足 设计所需 要 的强 度 、 膨胀 性能、 耐久性、 技术指标和施工工作性要求 ， 配合比设 计按 J G lJ 5 52 0 0 0 ( 普通混凝 土配合 比设计规程 及 G B 5 0 1 1 9 2 0 0 3 ( 混凝土外加剂应用技术规 范 进行 ， 在设计时充分考虑利于发挥膨胀剂 的作用 ， 单位膨胀 剂掺量通过试验确定，以保证达到设计提出的限制膨 胀值指标。另外， 在部分混凝土中使用了防水剂。工 程 中主要从 以下几方面考虑了混凝 土的配合 比设计 。 ( 1 ) 尽可能降低混凝土胶凝材料中的水泥用量 ， 同时在混凝 土 中掺人 粉煤 灰 ， 其后 期 强度 有所 增加 ， 密实度增加 ， 收缩变形有所减 少 ， 泌水 量下 降 ， 坍落度 损失减少 。由此 达 到 降低 水泥 水 化热 及水 泥 水化 产 生 收缩 的 目的。 ( 2 ) 严格 控 制混 凝 土 的砂 率 ， 不 大 于 4 5 。砂 石 的含泥量对于混凝 土的抗 拉强度与 收缩影 响较 大 ， 要严格控制 。 ( 3 ) 控制外加 剂 中的氯 离子 含量不 得大 于混凝 土中胶凝材料总重的 0 o 2 ， 控制混凝土的碱含量不 得大于 3 0 k rdm 3 。 ( 4 ) 当水灰 比不 变时 ， 水 和水泥 的用量对于收缩 有显著影 响 ， 因此 ， 在 保证 可泵 性 和水 灰 比一定 的条 件下， 要尽量降低水泥浆量。限制单方混凝土胶凝材 料的最高用量和最小用量， 工程地下室外墙 C A 0抗渗 混凝土胶凝材料控制在 3 2 0 4 5 0 k g m 3 之间。 根据 以上原则设计的并 在实 际工程上应用 的 C A 0 地下室外墙混凝土的配合 比见表 1 。 表 1 C 4 0混凝土配合比k m 3 通过工程实际证 明， 上述 混凝 土配合 比满 足工程 要求 。 2 防渗混凝土钢筋设计 ( 1 ) 由于结构开 口部 和突 出部 位 因收缩应 力集 中易 于产 生开 裂 ， 为此 ， 在这些 部位 适 当增 加 了附加 筋 ， 以增强其抗裂能力 。 ( 2 ) 由于底板对墙体的约束大， 造成约束力上小 下大 ， 容易产生裂缝 ， 为此 ， 墙体水平 筋 的间距设 计为 1 5 0 m m， 具有较好的水平配筋率， 实践证明， 该方案对 于克服混凝土开裂极为有效， 特别是对于本工程超长 的地下室外墙 。 ( 3 ) 水平构造筋对于墙体抗裂的影响很大， 为有 效 的防止外墙裂缝 ， 通 常设计 时将水 平筋绑 扎在 竖筋 外 面。 ( 4 ) 外墙 内设 置的各种钢筋 、 绑扎铁丝等不能直 接接触模板。如外墙 内设 置的各种 钢筋 、 绑 扎铁 丝等 接触到模板， 拆模后铁件裸露在外 ， 成为渗水通道， 水 沿铁件通过混凝土造成渗漏。因此， 设计中强调了钢 筋必须用同配合比的细石混凝土或砂浆块做垫块 ， 确 保保护层厚度。垫块宜呈梅 花形设 置 ， 垫块 要扎在 竖 向和横向钢筋的交叉点上。此外， 绑扎钢筋或绑扎垫 块铁丝的结头应弯向钢筋内侧 ， 严禁向外接触模板。 3防渗混凝土的模板设计 地下室外墙模板采用双侧大钢模， 并设置带止水 钢片的穿墙螺杆进行拉接。每隔一定时间必须将模 板内表面的水泥浆清除干净 ， 以保证混凝土有光滑的 表面 。光滑 的泛 浆层 可 以起 到 防止 压 力水 和 保 护 钢 筋的作用 。此外 ， 浇筑混凝 土前 ， 及 时清理 模板或基底 内的积水 、 泥土 、 木屑 、 铁丝等杂物 ， 避 免浇筑 混凝土时 混入其 中 ， 成 为渗漏水 隐患。 4施工 4 1 混凝 土的浇筑 中国石油 大厦 在地下 外 墙 防渗混 凝 土施 工 时 采 用了分层浇筑 ， 一次浇筑量不过多， 浇筑分层厚度一 般为 3 0 0 ra m左右， 分层浇筑间隔时间不超过 2 h ， 气温 超过 3 O 时不超 过 1 h ， 。同时 ， 浇 筑时 振捣 器插 入前 一 层 已振实 的混凝 土 中深 约 5 08 0 m m， 并充分 振 捣 ， 避免了先后两次浇筑的混凝土界面间结合不严密、 易 形成施工缝 或 局部 出现蜂 窝 、 麻 面 、 孔 洞 等 缺 陷的 问 题 ， 工程实 际证 明， 采 用 分层 浇筑 有效 地 控 制 了混 凝 土的温升 ， 超 长超厚混凝 土墙 未出现裂缝 。 4 2 混凝 土的养护 混凝 土养 护 是控 制温 度 和干 缩等 变 形 的关 键 环 节 。对于超长超厚混 凝土结 构而 言 ， 养护 的 目的主要 是降低大体积混凝土的内外温差 以降低混凝土的 自 约束应力， 其次是降低大体积混凝土的降温速度， 充 分利用 混凝 土 的抗拉 强度 ， 以提 高 混凝 土 的抗 裂 能 力 ， 达 到防止 或控制温 度裂缝 的 目的。同时 ， 在养护过 程 中降低水分蒸 发速度 ， 防止混凝 土的塑 性及干 缩 收 缩 。一般掺膨胀 剂的混凝 土要 特别加强养 护 ， 膨胀 结 晶体钙矾石的形成需要水 ， 补偿收缩混凝土浇筑后不 少于 1 4 d 湿养护 ， 才能发挥混凝土的膨胀效应L 7 J 。 l 1 8 低温建筑技术 2 0 1 0年第 3期( 总第 1 4 1 期) 工程地 下室外 墙长 度达 7 0 0 m， 暴露面 大 ， 养护 困 难 ， 受阳光直射、 气候变化以及风吹等因素影响， 易因 剧冷剧热或急剧干燥而产生开裂现象， 使混凝土抗渗 性能急剧下降 ， 甚至完全丧 失抗渗能力。因此 ， 外墙混 凝土采取 以下有效的保温保湿养护措施 ： ( 1 ) 混 凝土浇筑完成后及时养护 ， 并在一定的温 度和湿度条件下进行。提高周围环境的湿度， 延缓混 凝土内部水分的蒸发时间， 使水泥得以充分水化， 由 水化产物堵塞毛细孔隙， 从而形成不连通的毛细孔， 使混凝土抗渗性得到提高。 ( 2 ) 加强早期养护， 特别是 7 d内的养护对混凝 土极为重要 ， 也是混凝土获得强度和抗渗性的必要条 件。养护时间不宜少 于 1 4 d ， 每天浇水 2 3 次 ， 并用湿 草袋覆盖混凝土表面。 ( 3 ) 炎热季节防渗混凝土拆模板前先往模板上 浇水， 以保持混凝土表面有充足的水分。拆模后立即 浇水养护， 并覆盖湿草袋、 塑料薄膜 ， 以避免和延缓混 凝土失水过快。此外， 炎热季节防渗混凝土切忌在中 午或温度最高的时间拆模 ， 以防失水过快 出现 干缩裂 缝 ， 拆模时间以早、 晚问为宜 。 ( 4 ) 混凝 土未达到足够强度以前 ， 严禁敲打或振 动上方钢筋， 以防产生渗水通道。 4 3 施工缝的防渗做 法 ( 1 ) 地下 室外墙每隔 3 0 m设置一道竖 向施工缝 ， 施工缝处设置 B W缓凝 型止水条。 ( 2 ) 在施工缝的迎水面 2 0 m m厚聚合物防水砂 浆 ， 并在其表面粘贴 34 m m厚高聚物改性沥青防水 卷材。 ( 3 ) 施工缝两侧的混凝土浇筑时间间隔不能太 久， 以免接缝处新旧混凝土收缩值相差太大产生裂 缝。 ( 4 ) 为使接缝严密， 浇筑前对缝面进行凿毛处 理， 清除浮粉和杂物， 用水冲洗干净， 保持湿润， 再铺 2 0 2 5 m m厚水泥砂浆一层或混凝 土界面处理剂 ， 并及 时浇筑混凝土。 ( 5 ) 施工缝处的模板应后拆。 4 4 后浇带做法 在浇筑后浇带混凝土之前， 清除垃圾、 水泥薄膜， 剔除表 面上 松动砂 石 、 软弱 混凝 土层及 浮浆 ， 同时 还 应加 以凿毛 ， 用水冲洗干净并充 分湿润不少 于 2 4 h ， 残 留在混凝土表面 的积水应予 清除 ； 后 浇带在墙位置处 混凝土分层 振捣 ， 每层不超 过 5 0 e ra， 混凝 土要细致 捣 实， 使新旧混凝土紧密结合， 达N I- 墙防渗的目标。 4 5 地下室外墙防水卷材做法 地下室外墙 防水使 用 了改性沥青 卷材 A P P 3 +3 ， 采用满粘法。卷材防水层细部作法 ， 符合 地下防水技 术规范 、 设计图纸及节点详图要求和规定。卷材与基 层之间 ， 特别 是周边 、 转角 以及卷 材搭 接部 位 粘结牢 固， 表面平整洁净， 不允许有空洞、 漏贴、 皱褶、 翘边、 空 鼓 、 起泡 、 滑移、 卷材下 砂料 凸起 等缺陷 。卷材 端部收 头等部位均密封严实、 粘结牢固。同时， 地下室外墙的 防水卷材施工时注意与底板和顶板的接茬做法， 确保 防渗性。 5结语 通过防渗抗裂设计 、 材料的正确选择、 混凝土的 合理设计 、 妥善的施工措施 ， 中 国石油 大厦 的 7 0 0 m超 长超厚混凝土地下室外墙无渗漏开裂现象， 为类似工 程提供了有益 的经验 。 参考文献 1 蒋少锋， 罗丁华 论高层建筑超长地下室非荷载裂缝的控制 J 四川建材 ， 2 0 0 8 ， ( 6 ) ： 8一l 1 2 李家和 ， 王川 ， 周 智 ， 欧进 萍 基于光纤 B r a g g 光 栅 的混 凝土早 期 固化及应变过程研究 J 功能材料 ， 2 0 0 4 ， ( 3 5 ) ： 3 5 3 3 5 6 3 黄志锋 ， 陈建 忠 超长混 凝土结 构裂缝 控制 的施 工技术 探讨 J 科技信息 ， 2 o o 8 ( 2 2 ) ： 1 1 3 4 郭剑飞 超长混凝土结构的裂缝控制与对应技术措施 J 建筑 科学 ， 2 0 0 8 ， ( 1 1 ) ： 9 09 3 5 江守恒 ， 李家和 ， 朱卫 中 大体积 混凝土水化 温 升影 响因 素分 析 J 低温建筑技术， 2 0 0 6 ， ( 2 ) ： 7 9 6 张巨松 ， 孙蓬 沈阳地铁和超长地下室结构混凝土规程对膨胀 剂及补偿收缩混凝 土的控制 J 膨胀 剂与膨胀 混凝土 ， 2 0 0 9 ， ( 2 ) ： t 41 8 7 文婧 ， 李家和， 朱卫 中 低温下早强组分和防冻组 分对 H C S A膨 胀 剂性能影响研究 J 科技信息 ， 2 0 0 8 ， ( 2 ) ： 4 04 3 收稿日 期 2 0 O 9 1 2 1 6 作者简介】 徐得阳( 1 9 8 1 一) ， 男， 哈尔滨人， 硕士， 工程师， 从 事建筑技术推广工作。 。 ( 编辑陈伟)