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关于超长混凝土结构采用加强带取代后浇带的工程实践
黑龙江省建筑施工专家委员会
【摘要】 本文以哈尔滨爱建新城人防及地下商业街工程为例，介绍采用膨胀加强带合理取消混凝土后浇带，以控制混凝土变形裂缝的施工措施。
【关键词】 变形裂缝、膨胀混凝土、后浇带、加强带

1 工程概况
哈尔滨爱建新城人防及地下商业街工程，占地面积约14万㎡，最长边约1500多m，宽135m，因混凝土为超长结构，为控制变形裂缝的产生，原设计底板做11道后浇带。
经施工前研究分析，设置后浇带会给工程施工带来很多困难——使该处模板和支撑不能及时拆除，延长了工期；由于较长时间不能封闭，落进杂物难于清理；同时由于后浇带两侧，在浇筑混凝土前，混凝土侧边凿毛十分困难；同时底板和垫层混凝土与后浇带混凝土浇筑时间相隔长达40～60d，新老混凝土之间的粘结强度难以保证，后浇带连接处易产生裂缝，反而造成渗漏。
2 用加强带代替后浇带的依据
膨胀混凝土在凝结硬化过程中产生适当膨胀，在钢筋和邻位的约束下，在混凝土中建立起一定的自应力（约0.2MPa～0.7MPa），其自应力值按下式计算：
σc=ρEs·εP
σc——混凝土自应力（MPa）
ρ——截面的配筋率（%）
Es——钢筋的弹性模量（MPa）
εP——钢筋的限制膨胀率（%）
从公式中可以看出：在配筋率和钢筋弹性模量确定的情况下，膨胀混凝土自应力与膨胀率成正比。这样膨胀加强带部位的自应力增大，对温度收缩应力补偿能力增大，防止超长结构开裂，其原理示意图如图1所示：
从图1中可以看出，超长混凝土结构使用普通混凝土的温度收缩应力曲线为ABCDE，其应力从两边向中间增长至B、D两点时，σ＞ftk(混凝土抗拉强度标准值)，混凝土开始开裂，释放能量；仅采用小掺量膨胀混凝土进行补偿的超长混凝土结构，能够抵消部分温度收缩应力，其温度收缩应力曲线为FGHNJ，应力从两边向中间随结构长度的延伸而增长，达到G、N两点时，σ≥ftk，开始产生开裂，掺膨胀剂的混凝土达到开裂时的结构长度较普通混凝土延长，到达膨胀加强带部位（K、M）时，由于加强带部位储存较大自由应力（或膨胀力）对其进行补偿，使其应力降低，随后随长度增加重新增长，但最终结构中部最大应力值小于混凝土的抗拉标准强度标准值，即σ≤ftk，保证超长混凝土结构不开裂，这就是膨胀加强带的主要作用。

为保证工期和加快施工进度，根据以上原理经我单位多次研究、分析、计算，决定不设混凝土后浇带，用加强带取代后浇带，依靠混凝土的膨胀补偿收缩，从而达到控制混凝土变形裂缝的目的。
3 是否设置后浇带的理论计算
结构出现裂缝与干缩和温差有直接关系。当底板和外墙混凝土采用普通混凝土，且底板和外墙厚度较大时，干缩和温差均较大，易产生裂缝。在这种情况下，通过计算和工程实践表明，后浇带的间距约为30m～40m。但本工程底板混凝土不厚，混凝土中掺加占水泥重量2％左右的HM膨胀剂，理论上可不设后浇带，只设加强带即可，但考虑施工等因素，为确保混凝土不出现裂缝，在实际施工中，我们在非加强带区也掺用占水泥重量0.5%的膨胀剂，以保证混凝土不出现变形裂缝。
工程设计理论计算
1）混凝土配筋收缩率εy(t)，按下式计算
εy(t) =εy(0)M1M2…Mn（1-e-bt）

式中 εy(t)—任意时间的收缩（mm/mm）；
b—经验系数，一般取0.01；养护较差时取0.03；
t—由浇灌时至计算时，以天为单位的时间值；
εy0)=εy(∞)—最终收缩（mm/mm），标准状态下εy(0)=3.24×10-4；
M1…Mn—考虑各种非标准条件的修正系数；
将以上参数代人公式计算底板混凝土的收缩率：
εy（28）=3.8×10-4
2）加强带限制膨胀率：
εx(t)=
3.33t
1.87+t
×10-4a1a2…… a9

式中 t－为龄期(d)；
a1a2…… a9——为偏离标准条件影响系数；
将上述参数代入公式，可计算出加强带限制膨胀率为：
εx(14)=4.2×10-4
同时计算得|aT|＜εP，|εx-εy|＜εP，所以混凝土不会开裂。
在计算混凝土膨胀加强带时，公式中混凝土极限拉伸值除考虑配筋率影响外，还需考虑混凝土徐变的影响。偏于安全选取普通混凝土的松弛系数为0.5，也就是混凝土的极限拉伸值，在考虑徐变的条件下增加了50％。底板混凝土由于单面散热（BX702卷材防水三面覆盖）散热较慢，必须考虑徐变。值得说明的是，膨胀混凝土的受拉徐变比普通混凝土高30％，由于已偏于安全，未予考虑。
因此，考虑徐变后混凝土的极限拉伸值为：εP=1.8×10-4
4 加强带的设置
膨胀加强带分别沿纵、横向每隔40m左右设置一条，宽度2m。设置在温度收缩应力较大的部位，如截面、钢筋变化等部位，其构造措施如图。在加强带两侧设置一层孔径5mm×5mm的钢丝网，并200mm～300mm设一根竖向φ16mm的钢筋予以加固，其上下均应留有保护层，钢丝与钢丝网、上下水平钢筋及竖向加固筋必须绑扎牢固，不得松动，以免浇筑混凝土时被冲开，引起两种混凝土混合，影响加强带的效果。

5 对墙体裂缝的说明
大量工程实践表明，膨胀混凝土应用于平面结构（基础底板），即使超长结构只以膨胀带代替后浇带也不会出现有害裂缝。但是对墙体而言，即使整体使用膨胀混凝土，也往往会产生裂缝。这是因为：除配筋不太合理，混凝土配合比存在问题，养护不足，分段太长等因素以外，主要与混凝土膨胀量不足有关：1．新浇混凝土的温度下降时产生的收缩，但由于已浇底板的约束，于是产生拉应力。2．由于混凝土截面内的温差在低温部位产生拉应力见图2，墙体混凝土的干缩由于被刚性大的柱或基础的约束而产生干缩裂缝见图3。
为此，在施工中我们采取适当提高边墙配筋率至0.8%左右，减少水平筋间距在150mm以下，以增加混凝土的极限拉伸值；在墙的中部或底部的1m范围内的水平筋间距改为80～100mm，形成一道“暗梁”，以平衡收缩应力；此外采取加强淋水养护，墙体保温，延长拆摸板时间等措施，起到控制裂缝的作用。

5 施工质量保证措施
在施工过程中，我们着重控制了以下六个关键点：
1）选择优质原材料 石子：5～31.5mm卵石连续级配，含泥量＜1.0%；砂：中砂，含泥量＜2.0%；水泥：P.O32.5R（哈水）粉煤灰：Ⅱ级磨细；膨胀剂：HM多功能型（沈阳洪盟）；以上所用材料都经严格复试。
2）试验配比 根据现场材料经试验室试配做出如下合理配比，现场采用砂、石含水率测试仪随时测定砂、石含水率并及时调整加水量。
3）浇筑 每施工段施工时采用两台混凝土搅拌站配合施工，以保证混凝土同时完成浇筑，使混凝土相连避免产生施工缝。对厚大混凝土承台分层进行浇筑，每层浇筑厚度小于400mm，浇筑连续且保持均匀，
4）振捣 采用φ50插入式振捣器进行振捣，施工中设专人负责合理布点，严格控制振捣间距（不大于400mm）、时间（不少于20S），防止过振、漏振现象发生，必要时局部采取二次振捣。
5）压光 待混凝土收水后，初步用长刮尺刮平，用木抹子搓平压实，在初凝前用铁抹子二次压实，局部进行三次抹压，以控制表面龟裂。
6）养护 混凝土的收缩变形主要发生在早期，而混凝土膨胀在水中7d内能达到80%，因此前期养护工作至关重要。对超长混凝土结构的裂缝控制、养护好坏起决定性作用。因此，在混凝土浇筑完后，我们采取了覆盖塑料薄膜后蓄水，在水中养护14d的方案，保证了混凝土水化用水的同时，又能控制混凝土内外温差在25℃以内。
结语
爱建新城人防及地下商业街工程自2003年4月15日开始浇筑底板混凝土，至今混凝土龄期达400多天，经建设单位、监理单位、施工单位多次联合检查未发现有害裂缝，达到了预期的效果；同时因采取加强带，混凝土一次浇注完成，为该工程节约了大量的人力、物力。