膨脹混凝土在建筑結構工程中的應用

李建欣

(山西六建集團有限公司，山西 太原 030025)

隨著建筑行業的進步，一系列新材料和新工藝應運而生，其中以膨脹混凝土頗具代表，此材料具有膨脹效應，可減輕混凝土收縮引起的壓應力，改善混凝土結構的受力條件，以免因受力異常而產生裂縫，采用膨脹混凝土施工而成的建筑結構具有完整性和防滲性能。膨脹混凝土的應用效果良好，研究其在建筑結構中的應用方式具有重要意義。

1 膨脹混凝土的工作原理

膨脹混凝土指的是摻入膨脹劑的混合料，具有膨脹特性，可提升混凝土的受壓力，約束鋼筋的受拉力，改善混凝土結構的受力條件，降低裂縫的發生機率。膨脹混凝土的預壓應力與限制膨脹率呈正比關系，因此，對預壓應力的控制可通過調整膨脹劑摻量的方式而實現，經過調控后提升膨脹混凝土的力學性能。

膨脹混凝土硬化期間發生膨脹，混凝土受壓、鋼筋受拉、應力平衡時，則有：

Ac.σc=As.Es.ε2

μ=As/Ac，則

σc=μ.Es.ε2

式中：Ac—混凝土截面積；σc—混凝土預壓應力(Mpa)；As—鋼筋截面積；Es—鋼筋彈性模量(Mpa)；μ—配筋率(c/0)；ε2—混凝土的限制膨脹率(%)；σc與ε2呈正比關系，而在增加UEA摻量時，ε2同步增加，若要使混凝土預壓應力合理，可通過調整UEA摻量的方式實現[1]。

2 配合比設計

(1)根據膨脹混凝土的膨脹性能、強度、抗滲性等要求進行配合比設計，嚴格遵循JGJ55《普通混凝土配合比設計規程》的相關規定，選擇合適的膨脹劑并控制用量，協調膨脹劑與水泥及其它原材料的用量關系，保證材料性質相容，拌制出高性能的膨脹混凝土。

(2)根據限制膨脹率確定單位膨脹劑用量，需要進行配合比試驗，用試驗結果檢驗不同膨脹劑應用方式所取得的施工效果，通過對比分析，確定合適的單位膨脹劑用量，具體參見表1。

表1 單位膨脹劑用量

(3)根據混凝土的抗壓強度設計水膠比時，試驗齡期以28d為準，試配時摻入膨脹劑，要求水膠比不高于0.50。

(4)根據單位用水量和水膠比確定單位膠凝材料的用量，采用“B=C+E+F”的公式進行計算，其中B為單位膠凝材料用量，C、E、F分別為單位水泥、膨脹劑、摻和料3類原材料各自的用量。

3 膨脹混凝土在建筑結構工程中的應用分析

3.1 工程概況

某建筑工程，長度80.8m，寬度59.6m，地下1層、地上4層，檐高21.9m，板厚120mm。地下室外墻板厚300mm，地下室底板厚400mm?；A底板及側壁采用抗滲等級S6、強度等級C30的混凝土，摻入6%的ZY混凝土膨脹劑。梁板結構較長，溫度收縮變形量大，不再采用傳統的溫度后澆帶，而是采用補償收縮膨脹混凝土加強帶的無縫施工方案，提升結構的抗裂性能、防滲性能以及密實性，同時還可加快施工進度，縮短工期。

3.2 膨脹加強帶施工

3.2.1 施工位置

在設計留設后澆帶的位置設置膨脹加強帶，為保證其有足夠的收縮補償能力，帶寬應達到2～3m，在本工程中，按照2m的帶寬要求設置膨脹加強帶，而原后澆帶的寬度與之不一致，需進行調整。

3.2.2 施工方法

以加強帶為分界，劃分為東、西2個區域，采取流水施工作業模式。先澆搗東區混凝土，在東側設置施工縫，再同時施工西區混凝土和加強帶。選材方面，加強帶兩側的東區和西區施工采用的是內摻6%ZY膨脹劑的C30混凝土，加強帶采用內摻10%ZY膨脹劑的C35混凝土，加強帶施工所用混凝土的膨脹劑用量更高，膨脹量較大，可擠壓兩側，達到抗滲的效果。

膨脹加強帶剖面，在加強帶和原混凝土之間設置2道孔徑為Φ5mm的鋼絲網，以加固筋綁扎或焊接的方法穩固2層鋼筋網，每間隔300mm設1根豎向Φ12mm鋼筋，加強固定。墻板與地下室頂底板加強帶四周跟通[2]。

3.3 設置補償鋼筋

沿著垂直于膨脹加強帶的方向增加溫度應力的補償鋼筋，材質與構造筋一致，延伸至加強帶兩側50cm，布設間距為水平構造筋間距的2倍，直徑比構造筋小1～2個規格，膨脹加強帶的補償鋼筋綁扎在面筋上。在加強帶兩側用密孔鐵絲網攔起，或設置免拆模板網，鋼筋綁扎固定，鋪設后，鐵絲網的搭接量不超過5cm。防水材料采用的是橡膠止水帶或鋼板止水板，將其設置在墻體后澆膨脹加強帶的兩側。

3.3.1 補償收縮混凝土鋼筋設計

(1)根據《混凝土結構設計規范》(GB 50010—2015)的相關規定，設計構造鋼筋及特殊部位的附加筋。

(2)根據結構部位的不同，針對性地設計混凝土限制膨脹率，考慮的是最小值和最大值，參見表2。

表2 混凝土限制膨脹率取值

(3)膨脹加強帶所用混凝土的強度等級應比兩側混凝土高一個等級。

(4)膨脹加強帶的施工位置安排在后澆帶處，可以根據施工條件和施工要求部分或完全取代后澆帶，應保證膨脹加強帶的帶寬達到2～3m，具體根據構件厚度做適當的調整。為分隔膨脹加強帶內、外兩部分強度各異的混凝土，在帶的兩側設置密孔鐵絲網。

(5)鋼筋發揮出抵抗溫度收縮的作用時，可用結構原鋼筋貫通布置，也可額外設置與原鋼筋搭接的構造鋼筋網[3]。

3.3.2 附加鋼筋的配置

1)梁兩側，按間距不大于200mm的要求設置腰筋；2)墻體高度的水平中線上、下500mm以內，按不大于100mm的間距要求設置水平筋；3)大型結構的附加鋼筋直徑不大于Φ10mm，長度在膨脹加強帶寬度的基礎上增加1 000mm，沿著垂直于帶的方向設置；4)房屋平面形體存在明顯的凹凸時，在房屋兩端陽角處、凹凸角的樓板處、山墻處的樓板、與梁柱整體澆筑的板樓(受較強的約束作用時)設置溫度鋼筋；5)對于墻～墻、墻～柱相交部位，需分析墻體水平配筋受相鄰墻、柱的影響，在相鄰部位設置長度為1 500mm、直徑為Φ8～Φ10mm的水平鋼筋，插入柱及相鄰墻的深度不少于150mm，水平配筋的剩余長度均插入墻內；6)對于構造復雜的突出部位、結構開口的出入口、標高不同的相鄰構件連接部位、結構截面變化部位、樓板預留孔洞等，根據結構特點和原配筋方式適當增加配筋。

3.4 膨脹混凝土施工

3.4.1 混凝土的選用

加強帶兩側采用內摻6%ZY膨脹劑、抗滲等級為S6的C30混凝土；加強帶采用內摻10%ZY膨脹劑、抗滲等級為S6、坍落度為14～16cm的C35混凝土。嚴格按照配合比拌制混凝土，對每次拌合好的混凝土進行取樣檢驗，實驗室報告表明混凝土的性能達標后，可投入使用。

3.4.2 施工縫的處理

首先清理施工縫的松散石子以及雜物，用水沖洗，保持干凈、濕潤的狀態；隨后用加強帶的混凝土原漿套漿；最后進行混凝土澆筑。

3.4.3 混凝土澆灌

澆灌前，做好如下準備工作：檢查墻板頂板加強帶的模板，清理雜物，均勻涂刷脫模劑；按照設計圖紙的要求，判斷模板的位置是否合理，板間縫隙是否嚴密，不可在混凝土澆灌過程中漏漿；檢查止水鋼板和鋼絲網的安裝情況，要求位置準確并保持穩定；檢查加強帶的綁扎情況；檢驗混凝土的性能，確認無誤后隨即投入使用。

待各項前期準備工作均落實到位后，正式澆灌混凝土，要點如下。

(1)計量采用微機自動控制，嚴格按照配合比控制各類原材料的用量，用裝載車上料。由專人稱量ZY膨脹劑，確保用量誤差不差過0.5%。若砂、石的含水率發生變化，需要根據實測含水率動態調整水灰比。石子的粒徑以15～25mm為宜，保持干凈。充分拌制，保證混凝土的均勻性，拌制后檢測坍落度。相比普通混凝土的攪拌時間，加強帶處膨脹混凝土的攪拌時間適當延長30～60s。

(2)根據連續性原則澆筑底板、外墻的混凝土，非必要時，各部位的澆筑均不可中斷，否則將產生冷縫。

(3)振搗時間為30～60s，均勻布置插點，根據快插慢拔的原則進行振搗，待混凝土平整、不冒氣、開始泛漿時，結束該點的振搗?？刂普駬v范圍、振搗力度、振搗時間，避免漏振、欠振、過振。振搗時加強防護，尤其是預埋件、施工縫等處，不可由于過度振搗而導致混凝土流失，也不可由于振搗不充分而導致該部位的混凝土缺乏密實性。此外，振搗設備不可碰觸鋼筋、模板、止水帶。

(4)混凝土初凝時間不小于6h，施工時間不超過試配初凝時間的一半。施工人員密切協作，控制施工時間，在指定時間內完成混凝土施工作業。

(5)混凝土施工分層進行，每層澆筑后及時振搗，振搗上一層時，將設備伸入下層50～100mm，連同下層局部共同振搗后，消除相鄰2層的接縫，使各層結合為完整的整體。上層混凝土的自然形成厚度不大于振動板的1.25倍。

(6)混凝土表面收干后，用木抹子搓壓表面，消除塑性沉降和快速失水縮縫，為有效提高混凝土的表觀質量，需要反復抹壓3遍，且均要在混凝土終凝前完成。

3.4.4 混凝土的養護

混凝土澆筑、振搗、抹面均結束后，進行養護，控制溫度和濕度，防止混凝土開裂。ZY膨脹混凝土的養護要點，如下。

(1)混凝土終凝后2h即可開始養護，養護時間不少于14d，必要時延長，以ZY膨脹混凝土有效成型為基本原則控制養護時間。

(2)根據本工程施工進度，底板施工時間在12月上旬，恰逢冬季，此施工階段的氣溫以5～15℃為主，氣溫較低。而底板的厚度達到400mm，受水泥水化放熱的影響，底板混凝土內部的溫度較高，以澆筑后的2～3d尤為明顯，將升高至40～45℃，混凝土可能由于內外溫差較大而開裂。針對該情況，向混凝土表面覆蓋1層塑料薄膜進行養護，每日澆水2～3次，通過多種措施將混凝土的內外溫差控制在25℃以內。

3.5 細節部位及缺陷的處理

3.5.1 施工縫接茬的處理

對施工縫的混凝土表面鑿毛，清理鑿除產生的碎屑，用水沖洗，使施工縫保持干凈、濕潤，向處理好的施工縫表面鋪設一層同標號ZY水泥砂漿，厚度為20～30mm，而后繼續澆筑混凝土。

3.5.2 外墻壁施工縫外側的處理

拆模后，施工縫表面可能存在明顯槎縫，平整性和完整性較差，屬于滲水的高發部位。為提高防滲水平，采用ZY防水砂漿進行處理，施工要點：1)對施工縫上、下各5cm的范圍進行鑿毛，清理雜物，用清水沖洗；2)在表面刷內摻7%ZY膨脹劑的水泥凈漿，厚度控制在1～2mm；3)按照(水泥+ZY)∶砂∶水=(0.93+0.07)∶2.0∶0.38～0.40的配比拌制XY水泥砂漿，將其抹在稍干的凈漿層上，厚度為4～5mm；4)抹面，改善外墻壁施工縫外側的表觀質量，在抹面后的8～10h進行灑水養護，時間至少為7d。

3.5.3 外墻蜂窩麻面、孔洞的處理

根據質量缺陷的類型采取針對性的處理措施，具體如下：1)對于蜂窩麻面缺陷，鑿成“喇叭”形槽，用水清理，經過檢查確認開鑿部位尺寸合適、保持干凈后，用ZY水泥砂漿填補，直至該部位恢復平整為止；2)由于漏振而產生孔洞時，對其的處理方法是先剔實、潤濕，再支模，澆筑內摻9%的豆石混凝土，搗固密實，為保證孔洞的修復效果，混凝土的水膠比需低于0.40，坍落度高于20cm。最后溫養14d，使修復孔洞所用的混凝土固結成型[4]。

4 結語

綜上所述，膨脹混凝土是建筑結構施工中的重要材料，因性能可靠而被廣泛推廣應用。膨脹混凝土施工效果受多種因素的影響，工程人員需要根據建筑結構質量要求選取膨脹混凝土的原材料，設計配合比，拌制出性能良好的膨脹混凝土后，及時進行澆筑、振搗、養護，同時需要在施工期間加強監督管理，指出并處理質量問題，根據實際施工情況改進施工工藝，提高膨脹混凝土施工質量，減少工程資源消耗，實現提質增效的建筑工程發展目標。