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1、 上海新浦江城工程地下室施工技术方案 上海新浦江城122-11地块工程 应用补偿收缩砼裂缝控制技术方案 11 上海新浦江城122-11地块工程应用补偿收缩砼裂缝控制技术方案一、 工程概况上海新浦江城由上海天祥华侨城投资集团投资兴建，上海中房建筑设计研究院设计。地下室约30000平方米（含人防车库），砼强度等级C35P6。该工程属超长，超厚大体积钢筋砼结构工程。由于该工程系大型民用建筑，结构复杂且质量要求十分严格，如何解决底板、墙体、顶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，结合业
2、主及设计方施工方共同意见，建议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HEA抗裂防水剂配制成补偿收缩砼，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（专利号：ZL93117132、6）专利技术，即利用膨胀加强带替代后浇，从而达到工程超长结构无缝施工和控制砼结构有害裂缝的目的。补偿收缩砼是指在所使用的配筋条件下能使砼内部建立0.20.7MPa的预压应力或者使砼所受的拉力低于砼抗拉强度的一种微膨胀砼。它能有效补偿砼的干缩和冷缩，同时水化形成的大量晶体物质钙矾石具有填充毛细孔缝的作用，使毛细孔变细、减小，增加致密性，显著提高了砼的抗裂防渗性。二
3、、施工方法技术要点中国建筑材料科学研究院自八十年代末以来研制膨胀剂之后，在砼结构超长无缝施工技术和裂渗控制技术领域进行了深入研究。根据砼补偿收缩的原理，从1990年开始探索取消后浇带的科研工作。首先在理论上搞清楚，后在工程上从小到大实践。1992年补偿收缩砼防水工法列为国家级工法（YJGF2292），1993年首次在建筑结构杂志上公布了“取消伸缩缝的设计新方法”，受到许多设计、施工单位的关注。至今，北京市建筑设计院、北京城建设计院、北京市政设计院、总后设计院、建设部设计院以及中南、华东、西北和西南建筑设计院、武汉、天津、广州、深圳、苏州、杭州等地的设计院以及上海现代设计集团等均采用了这一无缝设
4、计新方法。建设部标准定额研究所编制的补偿收缩砼应用技术导则（编号RISN-TG002-2006），已开始在全国推广应用。2.1 无缝设计的理论依据之一：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”。即以掺HEA抗裂防水剂的补偿收缩砼作为结构材料，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C，由此来抵抗收缩变形时产生的拉应力，防止砼开裂。必须指出，钢筋或邻位的约束（或限制）对于膨胀砼而言是至关重要的因素。膨胀砼用于超长结构无缝
5、施工，其限制膨胀（2）设计和设定非常重要。2偏小则补偿收缩能力不足，无缝施工难以实现；2过大，对砼强度有明显影响。经大量试验研究与工程实践证明，HEA替代砼中的胶凝材料12-12%，对强度无影响，限制膨胀率适宜，2（2.03.0）104，在配筋率0.2%0.8%的条件下，可在结构中建立0.20.7MPa预压应力，这一预压应力值可以抵消砼在硬化过程中因温度和干缩产生的拉应力，从而防止砼收缩开裂，或把裂缝控制在无害裂缝范围内（小于0.2mm）。基于这一“抗”的原理，采用HEA后浇带的间距延长至100m是安全的，比规范2040m增加一倍左右，在200m内可以不设置伸缩缝。这是无缝设计概念中的“少缝”
6、含义，已成功应用于结构设计中。2.2 无缝设计的理论依据之二：变形分析根据我国著名的水泥砼专家，中国工程院院士吴中伟教授关于膨胀砼的基本理论和观点，防止砼开裂，有如下判据：2（StSdCT）SK （1）式中2 限制膨胀率；St 冷缩率；Sd 干缩率；CT 受拉徐变率，徐变CT对补偿收缩防止砼开裂是有利因素；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HEA时，规范规定约30m设一道伸缩缝，以避免收缩应力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。详见（工程结构裂缝控制一
7、书）L1.5 arcosh|T | /（|T |Sk） （2）式中H 底板厚度或侧墙高度（mm）；E 砼弹性模量（MPa）；Cx 基础的水平阻力系数Nmm3，配筋砼1.01.5Nmm3； 砼的线性膨胀系数，取1.0105；T 为综合温差，普通砼TT1T2，膨胀砼T1T2T3（T1砼因水泥 水化热而引起的温升值；T2砼的收缩当量温差；T3膨胀砼的膨胀当量温差）；T约束体与被约束体的相对自由温差变形（mm）； SK砼的极限拉伸值； arcosh双曲余弦函数的反函数。该公式是用极限变形计算伸缩缝间距。这表明王铁梦的裂缝间距计算公式在极限状态下其本质同吴中伟的防止砼开裂的判据公式完全一致。由上式可见，
8、温差或收缩很重要，一般总是T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CX 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TSK，这是“抗”的办法。工程实践表明，在砼中掺入适量的HEA，由于砼的膨胀可补偿砼的冷缩和干缩，可显著地减少T，从而延长伸缩缝的间距。2.3大体积砼裂缝的成因从材料方面看, 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300400J/Kg。在绝热情况下
9、，砼内部温升可达4070。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，砼的内部温度一般在24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110-4，相应地就会产生较大的收缩拉应力；另一方面，大体积砼的散热较慢，这样内外就会出现很大的温差，从而在内部产生温差应力，这就是大体积砼开裂的主要原因。2.4补偿收缩大体积砼抗裂基本原理大体积砼工程因散热降温引起的冷缩比干缩更容易引起开裂，常规的温度控制措施（如使用冷骨料加冰水，覆盖保温、内部加循环水等）往往既复杂又费钱。吴中伟院士提出，采用水化热低又有一定膨胀性能的补偿收缩砼，同时加以适当的
10、温控措施，就可以做到既经济合理，又能有效地解决大体积砼的开裂问题。他提出了砼冷缩和干缩的联合补偿模式，即当|2-Sd-St|SkCt 式中2 限制膨胀率；Sd 干缩率；St 冷缩率（随温度而变化，当降温为10时St约为110-4）；Ct 受拉徐变，Sk 极限延伸率（根据砼配筋的不同是可变动的，一般情况下Sk =（23）10-4 ；有时为110-4 ，配筋很大时 Sk 可达到410-4。砼开裂是由于抗拉强度低，可变性差而引起的。在一般钢筋砼结构中，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砼结构的开裂，由上式表明，要
11、想使2-（SdSt-Ct）的绝对值小于Sk的绝对值，就必需提高限制膨胀率或者降低干缩率或冷缩率。根据这理论，在本工程中我们拟采用掺加HEA抗裂防水剂的技术来提高砼膨胀率，利用高效（缓凝）减水剂、粉煤灰等技术措施来降低砼中的水泥用量和产生的水化热，从而减少砼冷缩值，这种“抗”的方法能较好地解决大体积的裂缝控制问题。这意味着在大体积砼施工时，采用补偿收缩砼，放宽了温控指标，一般不必再用冷却骨料, 在砼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HEA和施工技术相结合的方法，把大体积砼内外温差控制在25之内是可行的。三、施工技术方案3.1膨胀加强带的设置u 将原设计中的温度后
12、浇带改为膨胀加强带，带宽2米。u 施工中采用掺HEA抗裂防水剂的补偿收缩砼，HEA的掺量为10%（胶凝材料总量），水中养护14d的砼限制膨胀率0.015%，膨胀加强带HEA掺量为12%，水中养护14d的砼限制膨胀率0.025。3.2.为了节省工期和施工方便，本工程可以采用分块跳仓的方法施工，以加强带为分段位置，用“间歇式无缝施工法”，浇筑至加强带一侧后把它作为临时是工缝，在下次(714天，可根据工程进度安排)浇筑砼前，把施工缝清理干净，凿去部分保护层，充分湿润砼界面，然后浇筑加强带砼，再连续浇筑大面积砼，如此循环下去即可（见下图所示）。这种施工方法比留后浇带的传统做法要节省工期近一个月，可节约
13、大量施工费用和时间。3.3外墙防水砼中HEA的掺量为10%，在水中养护14d的砼限制膨胀率0.020%。3.4由于墙体受施工和环境温湿度变化等因素影响较大，容易出现纵向收缩裂缝，砼强度等级越高，开裂机率越多，工程实践表明，墙体的水平构造（温度）钢筋的配筋率宜在0.4%0.6%，水平筋的间距应小于150mm，采取细而密的配筋原则。由于墙体受底板或楼板的约束较大，砼胀缩不一致，大量的工程实践表明，宜在墙体中部设一道水平筋间距为100mm，高1m的“水平暗梁”，水平构造筋宜放在竖向受力筋的外侧，这样，有利于控制墙体有害裂缝的出现。对于墙体与柱子相连的结构，由于墙与柱的配筋相差较大，砼胀缩变形与限制膨
14、胀条件有关，由于应力集中的原因，在离柱子12m的墙体上易出现纵向收缩裂缝。工程实践表明，也应在墙柱连接处设水平附加筋，附加筋的长度为15002000mm，810mm的加强钢筋，插入柱子200300mm，插入边墙12001600mm，该处配筋率提高10%15%。这样，有利于分散墙柱间的应力集中，避免纵向裂缝的出现。外墙体迎水面宜采用刚柔相结合的设计方法。3.5结构开口和突出部位因收缩应力集中易于开裂，与室外相连的出入口受温差影响大也易开裂，这些部位应适当增加附加筋，以增强其抗裂能力。3.6地下室楼板及顶板的防水砼中掺入HEA10%，在水中养护14d的砼限制膨胀率0.015%。 附无缝施工的四种方
15、法。连续式施工：如图一。膨胀加强带2m，带两侧设密孔铁丝网，并用短筋加固。先用小膨胀混凝土（掺入10% HEA）浇注，浇至加强带时，改用大膨胀混凝土（掺入12%HEA），浇完后再用小膨胀混凝土浇另一底板，如此循环下去。图1 连续式膨胀加强带示意图间歇式施工：如图二，为企口形。以一块为浇注单元，浇至加强带一侧停止，浇完各块混凝土后，先清理带两侧浮浆、杂物，充分预湿表面，14天后用大膨胀混凝土回填加强带。图2 间歇式膨胀加强带示意图后浇式施工：如图三。 图3 后浇式膨胀加强带示意图墙体后浇式施工：如图四。图4 墙体后浇式膨胀加强带示意图四、施工缝的接缝处理方法：1、施工缝处的配筋按原设计图纸中后浇
16、带的方法进行配筋设置2、地下室的施工缝处必须设置钢板止水带。3、鉴于施工缝是砼结构及防水的薄弱环节，因此，对于防水砼，施工缝处除设置止水带外，还必须进行界面处理。施工缝处用环氧树脂类的界面处理剂进行界面处理，它具有界面和防渗的双重作用，与砼的粘结力高（粘结强度大于两侧砼的强度），耐腐蚀性能好，既可用于砼的界面处理，又可提高接缝处的砼的抗渗防潮性能。施工缝界面处理方法如下：底板在施工缝处继续浇筑砼之前，施工缝处的砼必须进行凿毛、清除浮粒和杂物、并用水冲刷干净。稍干后，涂刷一层厚度为12mm的界面处理剂,施工时,采取边涂刷边浇筑砼的方法.墙体水平施工缝在继续浇筑砼之前,除对施工缝处进行凿毛、清洗外
17、，必须先浇筑一层厚度为5cm左右与砼同配比的砂浆。拆模后，在外侧进行界面处理。五、砼原材料计量要求：水泥、砂、石、HEA、粉煤灰、水必须经过计量后才能投入搅拌机，计量偏差应符合下列要求（按重量计）：水泥、HEA、粉煤灰、水、外加剂：1%，砂、石：2%。5.1原材料要求A、 水泥：水泥强度等级为PO42.5MPa；B、 砂：中粗河砂，含泥量小于1%；C、 石子：530mm连续级配碎石，含泥量小于0.5%；D、 粉煤灰：优质二级粉煤灰（掺量不大于20%）；E、 膨胀剂：武汉三源公司产HEA抗裂防水剂；F、 泵送剂：本地产液体泵送剂（掺量大于1.5%）。 根据GB50119-2003要求，补偿收缩砼
18、水灰比不得大于0.55，水胶比不得大于0.5，水泥用量不应低于280Kg/m,根据上海当地搅拌站的试验结果和我公司该产品在同类型工程的应用结果表明，补偿收缩砼水泥用量最低不少于280 Kg/m, 胶凝材料最低用量不少于350 Kg/m。5.2砼搅拌（1）商品砼搅拌站拌合楼的计量误差要符合国家要求。投料顺序，先加石子，再加水泥和HEA，后加砂子，与此同时慢慢加水。加水量要严格控制，一般以砼坍落度大小调整加水量。（2）及时测定砂、石的含水量，以便及时调整砼拌合用水量，严禁随意增加坍落度。（3）砼搅拌时间：用自落式搅拌机比普通砼延长30秒以上，用强制式则延长10秒以上。应严格控制搅拌时间，确保砼拌合
19、均匀。5.3砼浇灌前准备钢筋按设计图纸安装，绑扎、模板安装要牢靠。表面涂上脱模剂，接缝应严密，不得漏浆。5.4砼浇灌（1）在浇灌补偿收缩砼前，模板及钢筋间的所有杂物必须清理干净。（2）砼的浇筑要连续，按施工组织设计方案顺序进行，并避免出现冷缝。（3）掺HEA振捣必须密实，不能漏振、欠振，也不可过振。振捣时间宜为1030秒，以砼开始泛浆和不冒气为准。振捣时，快插慢拨，据点布置要均匀。在施工缝、预埋件处，加强振捣，以免振捣不实，振捣时应尽量不触及模板、钢筋，以防止其移位、变形。（4）初凝时间现场控制在68h左右。（5）砼成型完，等表面收干后终凝前必须用木抹子或铁抹刀搓压表面，以防止砼表面出现裂缝（
20、主要是塑性沉降裂缝和表面快速失水干缩缝），抹压共23遍，最后一遍收光应在终凝前完成。砼表面收光后，应尽早进行养护。（6）雨天施工，必须有防雨措施。（7）如遇机械故障或其它原因造成停工，砼接缝部位须按施工缝处理方法处理。5.5砼养护（1）掺HEA砼的养护是保证工程质量的最重要的措施之一，要派专人负责养护工作。养护期不少于14天。开始养护时间，砼终凝后2小时即开始养护。地下室砼采取蓄水养护，底板砼表面必须覆盖麻袋，并以每天浇水23次方式养护，或采取蓄水10cm深的方式养护。大体积砼要求砼内外温差不大于25。（2）墙体浇筑完后，派专人负责定时浇水，带模养护57天，模板拆除后，同样加强对墙体的浇水及保
21、温养护工作，浇水养护时间不得少于14天，以砼不泛白为主。5.6砼质量检测与控制（1）每班检测砂的含水率和砼的坍落度不少于2次。（2）每班检查原材料的称量不少于2次。（3）按GB50204砼结构工程施工及验收规范留置抗压强度试块供检验评定。5.7 砼的浇筑方法砼浇筑建议采用“一个坡度，薄层浇筑，循序推进”的连续浇筑方法，砼自然流淌形成一个斜坡（如图5） 图5砼浇筑流程图（、表示浇筑顺序）这种方法能较好地适应砼的接缝工艺，能保证及时接缝，避免冷缝的出现。在浇筑砼时，在每个浇筑面的前后布置两道振动器，第一道布置在砼的卸料点，主要解决上部的振实，第二道布置在砼坡角处，确保下部砼的密实。为防止砼集中堆积
22、，先振捣出料口的砼，形成自然流淌坡度，然后全面振捣，并控制振捣时间，振捣棒的移动间距和插入深度。每个浇筑面的宽度应根据现场砼的方量，砼的初凝时间，结构的长宽及供料等情况先计算好，避免冷缝的出现。加强带砼施工时，带外侧用小膨胀砼（HEA掺量为10%），浇注到加强带时改用大膨胀砼（HEA掺量为12%），到带的另一侧时又改为小膨胀砼浇筑，如此循环连续浇注。六、质量保证体系及技术服务武汉三源特种建材有限责任公司严格按照ISO9001：2000质量管理体系对产品生产和销售、服务全过程的质量进行监控，提高产品质量和管理水平。我公司建有完备的砼和砼外加剂的实验室，产品严格遵守生产工艺要求，保证生产的砼膨胀剂符合国家标准，且质量稳定。拥有现代化的生产和检测设备、专业化的管理和技术人员。从原材料的检测，到生产过程的质量控制，到成品的检验，能够保证出厂产品符合国家建材行业标准，满足施工质量要求。根据工程的实际需要我公司可派专业工程师到现场进行技术服务，确保工程达到设计要求。 武汉三源特种建材有限责任公司 2008年5月6日