王冠

摘要：為解決建筑工程地下室混凝土結(jié)構(gòu)的無縫施工問題，提高地下室混凝土板塊的抗裂性能和防水特性，以鄭州市某安置房項目地下室膨脹混凝土加強帶施工為研究對象，結(jié)合膨脹混凝土加強帶施工技術(shù)，運用數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測手段，研究膨脹混凝土加強帶的溫度場變化規(guī)律，達到控制溫度應(yīng)力和溫度裂縫的目的。研究結(jié)果表明：隨著板厚度的增加，膨脹混凝土加強帶的峰值溫度呈現(xiàn)明顯的對數(shù)增長特征；隨著時間的增加，不同厚度處膨脹混凝土加強帶的變化呈現(xiàn)3個不同的變化階段，分別是快速增加階段、快速降低階段和穩(wěn)定變化階段；板的最大應(yīng)力和最小應(yīng)力在5d內(nèi)均呈現(xiàn)先非線性迅速增加，達到峰值后，則呈現(xiàn)逐步降低的趨勢，減小的速率明顯小于增加的速率；減小膨脹混凝土加強帶的間隔，可以有效減小板的最大和最小應(yīng)力。

關(guān)鍵詞：膨脹混凝土；加強帶；溫度場；現(xiàn)場監(jiān)測；仿真分析

0? ?引言

地下空間建設(shè)與地上建筑建設(shè)存在明顯不同，對建筑的拉裂縫和防水性能控制嚴(yán)格，為此以往的地下室建筑多采用后澆帶的形式進行施工。這種施工方法不僅破壞了地下結(jié)構(gòu)的完整性，而且在長期使用過程中，后澆帶部分在溫度荷載作用下不斷膨脹收縮，極易產(chǎn)生溫度裂縫，給建筑工程地下室的防水性能帶來不良影響[1-2]。

隨著膨脹劑的廣泛應(yīng)用，基于膨脹混凝土加強帶的施工技術(shù)能夠有效地保持地下結(jié)構(gòu)的完整性，施工采用“放抗結(jié)合”的原則，避免了后澆帶施工中溫度伸縮裂縫的產(chǎn)生，有效補償了溫度變化產(chǎn)生的早期收縮應(yīng)力。本文嘗試結(jié)合實際工程，研究膨脹混凝土加強帶的施工技術(shù)，并對膨脹混凝土的溫度進行研究，以限制混凝土的自應(yīng)力發(fā)展和膨脹率[3-5]。

1? ?工程概況

鄭州市某安置房項目為重大民生工程，用地范圍內(nèi)提供高層民用住宅和商業(yè)零售辦公用房的一體化城市生活、零售解決方案，總建筑面積達到248281m2，其中高層民用住宅一共7棟，單棟34層，層高2.9m，住宅建筑面積達到191318m2；幼兒園1棟，樓層層高3.8m，建筑面積3244m2；商用零售辦公用房2棟，建筑面積15505m2，其他為配套服務(wù)用房面積。高層住宅樓的結(jié)構(gòu)形式均為剪力墻結(jié)構(gòu)。地下室底板采用C35混凝土，地下室底板形狀大致呈矩形，長度800m，寬度300m，厚度1400mm。

2? ?膨脹混凝土加強帶施工技術(shù)

膨脹混凝土在發(fā)生水化硬化過程中，由于兩側(cè)已經(jīng)澆筑的普通混凝土和鋼筋對其具有明顯的邊界約束作用，因此硬化膨脹會產(chǎn)生大致0.2～0.7MPa的膨脹自應(yīng)力[6-8]。為了保證膨脹混凝土加強帶能有效展開膨脹，釋放體積膨脹，填補周邊混凝土體積收縮導(dǎo)致的裂縫，在膨脹混凝土加強帶施工前，應(yīng)對建筑地下結(jié)構(gòu)的混凝土膨脹帶間隔進行設(shè)置[9]。

綜合考慮本研究項目的地下室尺寸，在長度方向上，按照50m一個間隔設(shè)置一道膨脹混凝土加強帶，加強帶的預(yù)留寬度為2.0m[10]。C35膨脹混凝土的膠凝材料用量為390～430kg/m³，粉煤灰摻量為15%～25%，礦粉摻量為10%～20%，砂率為38%～43%。確定C35膨脹混凝土的配合比為水泥310kg/m³、水160kg/m³、骨料1700kg/m³、粉煤灰70kg/m³、礦粉36kg/m³、WPA膨脹劑42kg/m³[11]。

建筑工程膨脹混凝土加強帶構(gòu)造如圖1所示。在施工膨脹混凝土加強帶時，為提高膨脹混凝土加強帶與非加強帶的過度連續(xù)性和防水等級，在兩側(cè)先行澆筑的混凝土中各預(yù)埋1道鋼板止水帶，并在非加強帶區(qū)域兩側(cè)設(shè)置鋼板拉網(wǎng)，防止兩側(cè)低標(biāo)號的混凝土侵入非澆筑區(qū)域[12]。

隨后對膨脹混凝土加強帶的鋼筋進行綁扎。為了更好地分析膨脹混凝土加強帶施工時的溫度變化和應(yīng)力變化，在綁扎鋼筋時可同時預(yù)埋敷設(shè)測溫元件。鋼筋綁扎完成后，對加強帶兩側(cè)支模板，澆筑各個區(qū)塊的非加強帶混凝土，2d后進行膨脹加強帶的澆筑施工。

澆筑前對混凝土的塌落度進行控制，保證塌落度的范圍在（140±20）mm。確保預(yù)留的膨脹混凝土加強帶內(nèi)干凈無雜質(zhì)，對其中的泥土、鋸末等進行清理，并提前放好保護層墊塊。加強帶混凝土的澆筑原則，遵循“薄層澆筑、一次完成”的連續(xù)作業(yè)方式。隨后采用插入式振搗泵，對混凝土進行振搗作業(yè)，振搗時振動點離兩側(cè)鋼絲網(wǎng)應(yīng)保持30cm以上的距離。膨脹混凝土加強帶在澆筑完成后，采取恰當(dāng)?shù)酿B(yǎng)護措施使其充分水化，保證混凝土表面在充分濕潤的條件下養(yǎng)護28d方可進行模板拆除。

3? ?膨脹混凝土加強帶施工溫度場控制

為了研究膨脹混凝土加強帶的溫度場變化規(guī)律，本文借助有限元分析程序ABAQUS軟件建立數(shù)值仿真分析模型，計算時考慮硬化過程混凝土彈性模量變化的影響。加強帶膨脹混凝土采用C35膨脹混凝土，各齡期的彈性模量如表1所示。

圖2為膨脹混凝土加強帶不同厚度處的峰值溫度仿真計算結(jié)果。從圖2中可以看出，隨著板厚度的增加，膨脹混凝土加強帶的峰值溫度呈現(xiàn)明顯的對數(shù)增長特征，其擬合系數(shù)為0.9393，擬合關(guān)系式如公式（1）所示。

t=10.264ln（h）-7.487（1）

式中：t為膨脹混凝土加強帶的峰值溫度，單位為℃；h為膨脹混凝土加強帶板厚度，單位為mm。

圖3為膨脹混凝土加強帶不同厚度處溫度現(xiàn)場監(jiān)測結(jié)果。從圖3中可以看出，隨著時間的增加，不同厚度處膨脹混凝土加強帶的變化呈現(xiàn)3個不同的變化階段，分別是快速增加階段（階段Ⅰ）、快速降低階段（階段Ⅱ）和穩(wěn)定變化階段（階段Ⅲ）。

在膨脹混凝土加強帶溫度的快速增加階段，溫度的曲線表現(xiàn)為非線性增加。這個階段的混凝土內(nèi)部發(fā)生水化反應(yīng)放熱，因此其溫度升高較快，并在第7d達到溫度的峰值。而后快速降低階段，膨脹混凝土加強帶的溫度也呈現(xiàn)非線性降低，表現(xiàn)為混凝土內(nèi)部熱量不斷向周圍環(huán)境釋放。在達到一定的時間后（24d后），膨脹混凝土加強帶的溫度趨于穩(wěn)定和收斂，混凝土內(nèi)外溫度與環(huán)境溫度一致。

從圖1還可以看出，膨脹混凝土加強帶的溫度峰值在板厚300mm、600mm和1200mm處依次增大，而在穩(wěn)定變化階段（階段Ⅲ），不同板厚位置處的溫度一致。由此表明，膨脹混凝土加強帶的溫度場變化有明顯的時空變化性，在空間上表現(xiàn)為梯度降低特性，在時間上表現(xiàn)為溫度趨同性特征。

4? ?加強帶設(shè)置間距對溫度應(yīng)力的影響

為了研究膨脹混凝土加強帶設(shè)置間距對溫度應(yīng)力的影響，分別設(shè)置5種不同計算工況，間隔分別為25m、50m、100m、200m，得到地下室底板的最大應(yīng)力與最小應(yīng)力隨時間的變化曲線如圖4和圖5所示。

從圖4中可以看出，隨著時間的增加，不同膨脹混凝土加強帶設(shè)置間距的板溫度最大應(yīng)力呈現(xiàn)出相似的變化趨勢，即在5d內(nèi)呈現(xiàn)先非線性增加，達到峰值后，則呈現(xiàn)逐步降低的趨勢，最大應(yīng)力減小速率明顯小于增加的速率。膨脹混凝土加強帶設(shè)置間距為200m、100m、50m和25m的最大應(yīng)力峰值，分別為1.1MPa、0.8MPa、0.5MPa和0.3MPa。在相同的時間內(nèi)，板的最大應(yīng)力，按膨脹混凝土加強帶設(shè)置間距為200m、100m、50m和25m的順序依次減小。由此表明，減小膨脹混凝土加強帶的間隔，可以有效減小最大應(yīng)力。

從圖5中可以看出，隨著時間的增加，不同膨脹混凝土加強帶設(shè)置間距的板溫度最小應(yīng)力呈現(xiàn)出相似的變化趨勢，即在5d內(nèi)呈現(xiàn)先非線性增加，達到峰值后，則呈現(xiàn)逐步降低的趨勢，最小應(yīng)力減小的速率明顯小于增加的速率。膨脹混凝土加強帶設(shè)置間距為200m、100m、50m和25m的最小應(yīng)力峰值，分別為0.55MPa、0.40MPa、0.22MPa和0.10MPa。在相同的時間內(nèi)，板的最小應(yīng)力，按膨脹混凝土加強帶設(shè)置間距為200m、100m、50m和25m的順序依次減小。由此表明，減小膨脹混凝土加強帶的間隔，可以有效減小最小應(yīng)力。

5? ?結(jié)束語

本文以鄭州市某安置房項目地下室膨脹混凝土加強帶施工為研究對象，結(jié)合膨脹混凝土加強帶施工技術(shù)，運用數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測手段，研究膨脹混凝土加強帶的溫度場變化規(guī)律，達到溫度應(yīng)力和溫度裂縫控制目的，得到以下結(jié)論：

仿真結(jié)果表明，隨著板厚度的增加，膨脹混凝土加強帶的峰值溫度呈現(xiàn)明顯的對數(shù)增長特征，其擬合系數(shù)達到0.9393。現(xiàn)場實測表明，隨著時間的增加，不同厚度處膨脹混凝土加強帶的變化呈現(xiàn)3個不同的變化階段，分別是快速增加階段（階段Ⅰ）、快速降低階段（階段Ⅱ）和穩(wěn)定變化階段（階段Ⅲ）。板的最大應(yīng)力和最小應(yīng)力在5d內(nèi)均呈現(xiàn)先非線性迅速增加，達到峰值后，則呈現(xiàn)逐步降低的趨勢，減小的速率明顯小于增加的速率；減小膨脹混凝土加強帶的間隔，可以有效減小板的最大和最小應(yīng)力。

參考文獻

[1] 李曉峰，吳芝燕，楊贊平，等.基于膨脹加強帶超長超寬混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)探究[J].建筑技術(shù)，2022，53（12）：1652-1656.

[2] 劉強，郝赫，李小鵬，等.大體積混凝土微膨脹加強帶快速施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2022，53（6）：694-696.

[3] 汪洋，王育江，李華.膨脹混凝土早齡期變形及力學(xué)性能試驗研究[J].新型建筑材料，2022，49（6）：86-90.

[4] 楊淑娟，紀(jì)勝敏，隋濤，等.間歇式膨脹加強帶與后澆帶在某超長混凝土結(jié)構(gòu)中的聯(lián)合應(yīng)用[J].青島理工大學(xué)學(xué)報，2011，32（4）：49-54.

[5] 陳衛(wèi)，蔣英銳，孟金生，等.超長大體積混凝土基礎(chǔ)底板無縫施工技術(shù)[J].建筑技術(shù)，2019，50（2）：162-164.

[6] 曲生華，樊俊江，陳寧，等.超長混凝土結(jié)構(gòu)膨脹加強帶補償收縮纖維混凝土的性能研究[J].新型建筑材料，2017，44（7）：122-125.

[7] 廖媛媛，陳道政，錢光亮，等.基于Midas/Gen超長混凝土結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)分析[J].施工技術(shù)，2012（S1）：118-121.

[8] 李曉峰，吳芝燕，楊贊平，等.基于膨脹加強帶超長超寬 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫控制技術(shù)探究[J].建筑技術(shù)，2022，53（12）：1652-1656.

[9] 張良辰，夏國光.膨脹加強帶與后澆帶組合應(yīng)用技術(shù)[J].水運工程，2019（z1）：115-119.

[10] 趙騰飛，徐玉良.膨脹加強帶技術(shù)在翻車機房地下結(jié)構(gòu)工程中的應(yīng)用[J].水運工程，2017（1）：186-190.

[11] 王春陽.膨脹加強帶代替伸縮后澆帶的施工方法[J].建筑技術(shù)，2019，50（7）：878-880.

[12] 陸寶金，李金果，毛呈龍，等.超長混凝土結(jié)構(gòu)溫度效應(yīng)分析及設(shè)計措施[J].結(jié)構(gòu)工程師，2017，33（4）：21-26.