樊桂明,王熙杰,孫春曉,葛童亮,施約偉
(浙江省二建建設集團有限公司, 浙江 寧波 315000 )
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淺談地下室超長墻體補償收縮混凝土配合比的優(yōu)化與應用實踐
樊桂明,王熙杰,孫春曉,葛童亮,施約偉
(浙江省二建建設集團有限公司, 浙江 寧波 315000 )
通過杭州某廣場商業(yè)辦公用房項目整體地下室工程應用實踐案例,介紹如何通過對“補償收縮混凝土”配合比原材料質量控制、試配和優(yōu)化等工作,來達到提高地下室超長墻體的抗?jié)B性能,消除或減少超長墻體的裂縫之目的;并以此與業(yè)內同行進行交流。
地下室超長墻體;補償收縮混凝土;配合比試配與優(yōu)化;墻體裂縫控制
隨著地下空間的開發(fā)利用力度的不斷加大及深基坑工程建設的數(shù)量增加,人們對地下建筑質量及防滲漏要求也越來越高,因此如何提高地下工程結構的抗?jié)B性能,確保地下工程的功能性及舒適性,是需要我們廣大工程技術人員不斷努力與探索的待解難題。由于鋼筋混凝土自身的特性以及設計、施工及后期養(yǎng)護方面的不足等原因,使得地下室結構外墻的裂縫及其滲漏現(xiàn)象屢見不鮮,比比皆是。對使用功能造成了嚴重影響,也使項目的投資價值大打折扣。在實際工程施工中也為此花費了不少人力、物力和財力,且墻體施工后,也幾乎都在不斷地做著后續(xù)的防滲、堵漏工作。為了提高地下建筑物、構筑物的工程質量與使用壽命和使用功能,我們必須采取有效措施來減少地下建筑物、構筑物的外墻裂縫,提高抗?jié)B性能。特別是探索通過改善混凝土性能,從而充分利用混凝土的自防水性能來達到結構防滲漏的目的,這是解決地下室超長墻體抗?jié)B最直接有效的方法。采用補償收縮混凝土就是目前工程中常用的提高混凝土自身抗裂性能的方法之一。
杭州某廣場商業(yè)辦公用房項目系杭州市浙商回歸投資的重點項目之一??偨ㄖ娣e326 000 m2,其中地上184 000 m2,地下142 000 m2;其整體地下室具有雙向超長(總長度達446~449 m),寬度(西端37 m→中段78 m→東端138 m);超深(地下5層,平均深度達20.8 m)、總面積大(地下室總面積達14.2萬m2),且采用整體地下室雙向超長鋼筋混凝土無縫設計結構的特征,其整體地下室不設置永久變形縫,地下共5層,墻厚為600 mm,外墻板周長約1 080 m,僅設4條寬800 mm的豎向后澆帶,其結構長度遠超現(xiàn)行規(guī)范限值;混凝土設計強度:-1F~-2F層外墻為C30P6;-3F~-5F外墻為C30P8;后澆帶為C35P8;底板為1 200 mm厚(C30P8混凝土)板式結構;地下室結構混凝土總工程量約12萬m3。地下室底板、墻板及頂板均采用(按60 d的強度指標進行配合比設計)補償收縮混凝土;補償收縮混凝土水中14 d的限制膨脹率為2.0~2.3×10-4;填充用膨脹混凝土水中14 d的限制膨脹率為2.5~3.0×10-4;限制干縮率(水中14 d,空氣中28 d)均應≤3.0×10-4[1]。
為提高混凝土的抗裂能力,改善混凝土的內部應力狀態(tài),需從下列幾個方面對補償收縮混凝土的配合比設計進行控制與優(yōu)化,以期達到更佳的抗裂效果。
2.1 補償收縮混凝土使用主要材料的質量控制
1)補償收縮混凝土所用材料如水泥、砂、石、摻合料、外加劑(膨脹劑減水劑、泵送劑等)均應符合國家現(xiàn)行的有關標準和規(guī)定,不得摻加早強劑[2]。
2)水泥:應選用低水化熱的水泥。一個工程宜采用同一種類的水泥,宜采用同一水泥廠的水泥,須提供水泥原材料常規(guī)項目質量檢驗報告(含安定性)。確定水泥品種后,應提供《混凝土外加劑對水泥的適應性》的檢驗報告[2]。
3)粗細骨料:應選用含泥量小的優(yōu)質砂石料,并須提供所用優(yōu)質砂、石料原材料的常規(guī)項目質量檢驗報告[2]。
細骨料用的砂子須采用級配良好的天然河砂(中砂),含泥量≤2.0%(按質量計),泥塊含量≤1.0%(按質量計)[2];
粗骨料選用粒徑為5~25 mm的石子必須清除所含粉末,以卵石為佳,其含泥量≤1.0%(按質量計),泥塊含量≤0.5%(按質量計)[2]。
4)膨脹劑:其質量控制如下。
①膨脹劑應選擇低堿、高效的膨脹劑,并根據(jù)限制膨脹率測試比較確定,且7 d的混凝土抗壓強度應≤70%設計強度。
②試配補償收縮混凝土時,應采用工程中與以實際采用混凝土的原材料一致,檢測項目應根據(jù)設計施工要求確定,檢測條件應與施工條件相同,當工程所用材料或混凝土性能要求發(fā)生變化時,應再進行試配試驗。
③當膨脹劑與其他外加劑復合使用時,應注意其相容性及對混凝土性能的影響,使用前應進行試驗,在滿足要求后方可使用[1]。
④最終根據(jù)試驗結果確定品牌和替換量(或摻用量)。
5)減水劑:工程混凝土中使用的減水劑除質量須符合國家相關標準和要求外,所選的品牌還須經設計方確認;實際施工中,當坍落度損失后不能滿足施工要求時,應加入原水灰比的水泥漿或二次摻加減水劑,嚴禁任意加水[1]。
6)摻合料:為控制混凝土抗裂防滲能力,減少混凝土水化熱,還須摻加粉煤灰、礦粉等摻合料,摻量由試驗定,通過試驗確定混凝土的配合比。須提供粉煤灰、礦粉原材料常規(guī)項目質量檢驗報告[1]。
7)改性聚丙烯抗裂纖維:抗裂纖維的質量要求應滿足以下四點。
①抗裂纖維應采用符合國家或行業(yè)標準的合格產品。
②抗裂纖維的生產廠商應能提供產品的測試合格報告。
③抗裂纖維在混凝土中應具有良好的分散性。
④抗裂纖維的直徑≤48 μm,長度19 mm,抗拉強度≥400 MPa。彈性模量≥350 MPa,斷裂伸長率15%,截面形狀Y型,纖維類型為束狀單絲[1]。
2.2 補償收縮混凝土配合比的試配要求
1)本項目按摻加膨脹劑的補償收縮混凝土進行配合比設計,其中:
①膨脹劑替換量的百分比是指膨脹劑占混凝土中全部膠凝材料(水泥、膨脹劑和摻合料的總量)的百分比;
②膨脹劑作為膠凝材料取代基準混凝土配合比中的水泥;
③抗裂防滲混凝土中膠凝材料的總量不得小于350 kg/m3。
2)補償收縮混凝土配合比的試配分別按下列要求進行。
①C30(按60 d的強度指標進行配合比設計)的補償收縮混凝土,抗?jié)B等級P8(要求按膨脹劑的替換量為6%、8%和10%分別試配)。
②C30(按60 d的強度指標進行配合比設計)的補償收縮混凝土,抗?jié)B等級P8(同時摻改性聚丙烯抗裂纖維,要求按膨脹劑的替換量為6%、8%和10%分別試配)。
③C30(按60 d的強度指標進行配合比設計)的補償收縮混凝土,抗?jié)B等級P6(同時摻改性聚丙烯抗裂纖維,要求按膨脹劑的替換量為6%、8%和10%分別試配)。
④C35(按60 d的強度指標進行配合比設計)的補償收縮混凝土,抗?jié)B等級P8(同時摻改性聚丙烯抗裂纖維,要求按膨脹劑的替換量為12%、8%和10%分別試配)。
3)補償收縮混凝土性能試配按以下要求進行。
施工前,為篩選出既符合設計要求又具最優(yōu)性能的補償收縮混凝土配合比,我們會同商品混凝土供應商對多種不同性能要求的混凝土進行試配,包括:對每種不同性能混凝土的膨脹劑、抗裂纖維的摻量;每種混凝土組試塊的3 d、7 d、28 d及60 d抗壓強度值影響程度以及水中14 d限制膨脹率,水中14 d、空氣中28 d限制干縮率變化情況等。
試配結果顯示,對于添加膨脹劑的補償收縮混凝土來說,無論是C30P6(按60 d的強度指標進行配合比設計)還是C30P8(按60 d的強度指標進行配合比設計)以及C35P8(按60 d的強度指標進行配合比設計),在混凝土中摻入了膨脹劑后均會不同程度地對混凝土抗壓強度產生不利影響;當混凝土配比中其他成分相同的情況下,膨脹劑摻量越多,對抗壓強度負面影響則越大,但對混凝土水中14 d限制膨脹率(×10-4)和水中14 d、空氣中28 d限制干縮率(×10-4)控制指標則有所提高,是有著正面幫助的。
通過試配可以選出,補償收縮混凝土中膨脹劑替換量、混凝土水中14 d限制膨脹率(×10-4)和水中14 d與空氣中28 d限制干縮率(×10-4)及水膠比等控制指標,可以滿足設計及規(guī)范相關要求配合比。本案例項目地下室超長墻體結構混凝土施工配合比見表1。
表1 案例項目地下室超長墻體結構混凝土施工配合比表
對表1的內容說明如下:
1)C30P6(按60 d的強度指標進行配合比設計),補償收縮混凝土中膨脹劑的替換量為8%;補償收縮混凝土水中14 d的限制膨脹率為2.1×10-4;限制干縮率(水中14 d,空氣中28 d)為0.7×10-4;水膠比(水與水泥、摻合料和膨脹劑的比)為0.48。
2)C30P8(按60 d的強度指標進行配合比設計),補償收縮混凝土中膨脹劑的替換量為10%;補償收縮混凝土水中14 d的限制膨脹率為2.2×10-4;限制干縮率(水中14 d,空氣中28 d)為0.7×10-4;水膠比(水與水泥、摻合料和膨脹劑的比)為0.49。
3)C35P8(按60 d的強度指標進行配合比設計),補償收縮混凝土中膨脹劑的替換量為10%;補償收縮混凝土水中14 d的限制膨脹率為2.6×10-4;限制干縮率(水中14 d,空氣中28 d)為0.5×10-4;水膠比(水與水泥、摻合料和膨脹劑的比)為0.43。
本案例項目的超長地下室墻板采用了“補償收縮混凝土”技術進行墻體裂縫控制。為了檢驗該技術使用后對混凝土墻體結構表面裂縫產生的影響程度,特委托具有專業(yè)檢測資質的檢測公司對案例項目南側檢測區(qū)域范圍內(-1F~-4F)的地下室外墻(內外兩側面)的混凝土結構表面裂縫實際產生情況進行如下檢測分析。
4.1 裂縫對比檢測檢驗范圍
本次混凝土墻體裂縫對比檢測檢驗部位選取在案例工程1標段地下室南側外墻(范圍:⑧軸~軸區(qū)域,軸線間距為9.00 m)中的-1F~-5F(注:-1F層為3.3 m高的夾層,-2F層高為4.50 m,其余-3F~-5F各層層高均為3.90 m)[3]。
4.2 墻體裂縫檢測結果
地下室外墻(內外側)混凝土裂縫檢測是按被檢測墻體混凝土澆灌完成后約半年左右時間控制進行的,即自2013年12月1日始至2014年3月15日結束,歷時3個半月。這期間我們對應用“補償收縮混凝土”技術后超長地下室混凝土墻體在檢測區(qū)域裂縫的分布情況(即裂縫的長度、寬度、間距、部位等特征)進行了檢測與分析[4]。檢測數(shù)據(jù)顯示:
1)外墻外表面裂縫數(shù)量略多于內表,外表面裂縫平均間距約為5.76 m,而內表面裂縫間距則達約8.72 m。
2)裂縫寬平均在0.122 mm左右。說明該項目地下室超長墻體所使用的“補償收縮混凝土”的配合比設計是合適的,是能夠滿足設計及施工規(guī)范要求的[5]。
該工程地下室外回填土后,經多次檢查,尚未發(fā)現(xiàn)外墻因收縮變形導致的滲漏現(xiàn)象。
通過本案例工程的應用實踐表明,在地下室超長墻體結構中應用“補償收縮混凝土”技術時,只要做好對混凝土配合比的原材料控制及配合比優(yōu)化,做好澆灌過程與養(yǎng)護等工作質量的控制,就可以達到改善混凝土性能,提高長墻結構抗裂性能,從而充分利用混凝土自防水性能來實現(xiàn)結構防滲漏的目的。雖然,這次的工作還不能完全消除混凝土收縮裂縫,但它能夠達到減少混凝土早期收縮裂縫并抑制有害裂縫,這正是我們所希望的結果。
[1] 中國建筑科學研究院.GB 50119—2003混凝土外加劑應用技術規(guī)范[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003.
[2] 中國建筑科學研究院.GB 50300—2013建筑工程施工質量驗收統(tǒng)一標準[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2014.
[3] 徐榮年,徐欣磊. 工程結構裂縫控制[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2010.
[4] 中國有色金屬工業(yè)協(xié)會.GB 50026—2007工程測量規(guī)范[S].北京:中國計劃出版社,2008.
[5] 王鐵夢.建筑物的裂縫控制[M].上海:上海科學技術出版社,1987.
Discussion on the Optimization and Application Practice of the Comp-ensating Concrete Mix Proportion for the Over-Long Wall in Basement
FANGuiming,WANGXijie,SUNChunxiao,GETongliang,SHIYuewei
2016-08-25
樊桂明(1984—),男,浙江諸暨人,工程師,從事現(xiàn)場施工管理工作。
TU94
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1008-3707(2016)11-0042-04