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1、超長鋼筋砼結構無縫設計與防水施工技術方案一、工程概況 中國建筑設計研究院、北京市建筑設計院、清華大學建筑設計院和天津市設計院等設計。總建筑大面積約100萬m2。根據中國建筑設計院介紹，該院承擔的M4地塊總建筑面積約30萬m2，共有6棟辦公樓，地下室長度在150300m之間，地下室總建筑面積約9萬m2。建設方要求在保證工程質量的前提下，加快施工進度，為濱海新區開發奠定招商引資的良好環境。設計院希望與我院合作，提供技術支持。為此，根據我院的科研成果和20多年的工程實踐經驗，提出地下室超長鋼筋結構無縫設計與防水施工技術方案，供各方專家論證和參用。二、需要解決的問題 1、該建筑群為超長鋼筋砼結構，按常2、規設計，每3040m設一道后澆縫，等砼收縮60d后才能回填砼，且后澆縫的施工十分麻煩，處理不好會成為滲水隱患。由于設后澆縫，給建筑布置帶來不利，工期延長，建設方要求盡快把該建筑物建好，如何在保證工程質量前提下加快施工進度。 2、該地下室對防潮防水要求高，盡管作柔性外防水，但其防水壽命只有1520年。因此，砼結構自防水是永久防水之保證，普通砼收縮開裂是不可避免的缺陷，為此，如何控制結構有害裂縫（縫寬0.2mm，不貫穿）的出現，這是保證工程質量的關鍵。 3該基地是建在靠海的渤海新區，原為鹽堿地，地下水有含有Na+、Mg+、Cl-、SO4=等有害成份，對鋼筋混凝土有一定腐蝕作用。因此，要求地下室混凝3、土具有抗裂、防滲和抗腐蝕的功能，這是保證地下結構耐久性的關鍵。三、超長鋼筋砼結構抗裂防滲技術內容1、簡介 自八十年代中期以來，中國建筑材料科學研究院先后研制成功了UEA、ZY系列砼膨脹劑。其后又在砼結構自防水和超長鋼筋砼結構無縫施工技術領域進行了深入研究。根據膨脹砼補償收縮的原理，我院從1990年開始探索取消后澆帶和結構自防水的科研工作，首先在理論上進行研究，后在工程上從小到大實踐。1992年UEA補償收縮砼防水工法列為土木建筑國家級工法(YJGF2292)，1993年首次在建筑結構雜志上公布了“取消伸縮縫的設計新方法”，受到許多設計、施工單位的關注。中國建筑設計研究院、北京市建筑設計院、城建4、設計院、市政設計院、總后設計院以及中南、華東、西北和西南等眾多建筑設計單位采用了這一設計新方法，至今已在全國上千工程中得到應用，取得了良好的社會經濟效益。工程實例詳見我院提供的技術資料。該技術已列入建設部即將在20XX年頒布的補償收縮砼應用技術規程JGJT178-20XX。2、砼結構自防水技術 根據砼收縮引起構筑物開裂的成因，我院在吳中偉院士的砼補償收縮理論的指導下，研制開發了UEA、ZY等系列砼膨脹劑。通過水泥的化學反應，使砼產生適量膨脹，在鋼筋和臨位結構限制下，在鋼筋砼中建立0.20.7MPa的預壓應力，可大致抵消砼收縮時產生的拉應力，防止砼開裂。同時，水化反應生成的鈣礬石晶體屬針狀、棒狀5、晶體，填充、切斷、堵塞砼的毛細孔，切斷滲水通道，使砼的密實度和抗滲能力大大提高，抗滲能力可比普通砼提高2-3倍，使砼不裂不滲，從而達到砼結構自防水。而普通防水砼能提高抗滲性，但不抗裂，這是兩種砼的最大區別。 采用補償收縮砼做結構自防水，在施工保證措施完善的前提下，迎水面可不做柔性防水。施工簡便、工期短、與柔性防水材料相比，耐久性好、與結構物同壽命、不污染環境。這一防水技術已列入住宅和城鄉建設部的補償收縮混凝土應用技術規程。3、超長鋼筋砼結構無縫設計施工方法 在現澆整體式鋼筋砼結構中，為防止荷載裂縫設沉降縫；為防止收縮和溫差裂縫設伸縮縫或后澆縫。而后澆縫是一種擴大伸縮縫間距和取消伸縮縫的有效措施6、。因為這種縫只在施工期間存在，其目的是取消結構中的永久伸縮縫，它既是施工措施，也是設計手段。然而，后澆縫的清理與鑿毛會給填縫施工帶來麻煩，另外，后澆縫保留時間一般在4060天，工期延長，填縫不好，會留下滲漏隱患。 本文根據理論計算和工程實踐效果，提出采用補償收縮砼，取消收縮縫或后澆縫的施工新方法。該方法已在許多重大工程應用，效果甚佳。(1)、取消伸縮縫的理論依據 根據王鐵夢提出的砼裂縫間距計算公式1式中 H板或墻的計算厚度或高度，砼的極限拉伸，（10-4）砼的彈性模量，（10-4MPa）地基對砼的約束系數，（N/3）砼線膨脹系數，（1010-6）綜合溫差（），雙曲余弦的反函數。該公式是用極限變7、形計算伸縮縫間距。由上式可見，溫差或收縮變形與結構材料的極限拉伸之間的關系(即與之間關系)很重要，一般總是大于大于，它們的差別越大，伸縮縫間距越小，差別越小，伸縮縫間距越大。如果采取措施使趨近于，則完全無需伸縮縫。這就需要降低溫差或收縮，提高砼的極限拉伸。然而，提高砼的是十分困難的，只有設法降低砼的水化熱和收縮，即控制裂縫原則是，這是“抗”的辦法。（2）、膨脹帶替代伸縮縫的作法根據我們的工程實踐，采用摻ZY膨脹劑的砼時，在長度60m以內結構可不留縫，超過60m時，為了保險起見，我們在收縮應力最大的地板和邊墻中央，設一道“膨脹帶”替代伸縮縫或后澆縫，見圖l。膨脹帶的寬度為23m，帶的兩側掛上密孔8、鐵絲網，目的不讓砼中的石子通過。澆ZY砼時，膨脹帶兩側澆灌摻8ZY砼，膨脹帶本身澆灌摻10ZY砼，整個施工過程是連續的。該工法的理論依據是：如圖1所示，一般在構筑物中部產生最大收縮，水平法向應力超過抗拉強度ft，便產生裂縫，用普通砼時則設一道伸縮縫。而用ZY砼時，以膨脹帶代替，由于多摻了ZY，產生較大膨脹(一般)，而兩側砼的膨脹率較小(一般)，形成中部大兩邊小的膨脹區，從而補償相應的收縮曲線。使任意長度可以不設伸縮縫。該工法已在許多工程應用，十分成功。鐵絲網40m40m2m膨脹應力膨脹帶，摻ZY10%砼收縮應力摻ZY8砼圖1 膨脹帶替代后澆縫的示意圖四、我院技術方案1、無縫設計方案該基地的各棟9、建筑結構設計正在進行中，我們就中國建筑設計院提供一棟建筑基礎底板結構圖作無縫設計。該建筑基礎為樁板結構，長為267.8m，寬為66.25m，地下室為停車庫，地上為多棟獨立辦公樓。根據我院的專利技術，該地下室以膨脹加強帶取代后澆帶，加強帶位置見圖2，沉降后澆帶要等結構基本穩定后再用膨脹砼填充。267.8m66.25mm 圖2 膨脹加強帶位置示意圖（例一）2、膨脹加強帶設置 （1） 連續式膨脹加強帶（見圖3），加強帶寬為2米，帶兩側用密孔鐵絲網攔隔，采用16300鋼筋加固，澆筑加強帶時，改用大膨脹砼，澆完后再用小膨脹砼澆筑另一側，如此循環下去，實現無縫施工。2000 mm mm mm mm mm鐵10、絲網膨脹加強帶ZY8%C35P8ZY10%C40P8ZY8%C35P8 圖3、連續式加強帶（2）間歇式膨脹加強帶（見圖4）20002500已澆砼鐵絲網ZY8%ZY10%C35P8C40P8ZY8%C35P8 圖4、間歇式加強帶（3）后澆式膨脹加強帶（見圖5）沉降后澆帶采用后澆式膨脹加強帶。用小膨脹砼澆筑帶外兩側砼，要等沉降基本穩定后再澆筑，清洗企口施工縫后，再用大膨脹砼澆筑膨脹加強帶。2500 ZY8%ZY10%ZY8%已澆砼C40P8已澆砼C30S8C30S82000圖5、后澆式加強帶（4）裙樓樓頂板膨脹加強帶位置設置與底板一致。施工單位根據混凝土的澆筑計劃，可選擇上述三種膨脹加強帶進行無縫11、施工。（5）邊墻，由于邊墻長且薄，施工養護較困難，受外界溫度影響很大，易出現豎向裂縫，應采取分段澆筑，有利于收縮應力的松弛，邊墻上的膨脹加強帶寬2m，帶兩側架設鋼板止水帶、鐵絲網，其位置與底板加強帶相對應。先采用小膨脹砼（ZY8%）澆筑帶兩側邊墻，14天后再用大膨脹砼（ZY10%）澆筑膨脹加強帶。（見圖6）。為保險起見，宜在邊墻迎水面做一道粘結力強，可濕作業的PCM聚合物水泥防水涂料。2000 mm mm mm mm mm鐵絲網膨脹加強帶ZY8%C35P8ZY10%C40P8ZY8%C35P8鋼板止水帶 圖6、邊墻后澆帶示意圖補償收縮混凝土的無縫設計和施工的原理，見我院提供的技術資料。注：本方12、案圖中所標記的膨脹劑均為北京新中巖建材技術公司生產的ZY高效膨脹劑。3沉降后澆帶設置 該工程地上設計多棟高層建筑，與地下停車庫聯成一體。考慮因高差產生不均勻沉降，故設計沉降后澆帶，待結構沉降穩定后，再用膨脹混凝土填縫，按規范設計，后澆帶寬8001000mm，兩側設止水帶，在填縫之時,地下室抽水不停。 根據我們的施工經驗，提出如下修改方案： （1）沉降后澆帶構造形成改為如圖7中，上口寬400mm，下口寬200mm形成企口縫，并用蓋板封口，以免雜物落入縫內。 （2）結構沉降穩定后，用高壓水把企口縫沖洗干凈，充分濕潤。 （3）用UGM無收縮高強灌漿料和2530%的水拌成大流動度灌漿料，把沉降后的后澆13、帶填充。該材料28天抗壓強度大于60Mpa，具有膨脹性能，流動度為250270mm，可把結構聯成整體，不會滲漏。 上述方法供設計和施工參考使用。鋼板網400無收縮高強灌漿料400h/2h/2h200200200圖7 沉降后澆帶細部結構示意圖五本工程混凝土抗裂防滲技術方案 在本工程中地下室為超長鋼筋混凝土結構，底板為大體積砼，頂板和墻體為薄板型結構。如何解決超長鋼筋混凝土結構因干縮和溫差收縮引起的開裂問題，確保底板、墻體不裂不滲，樓板不發生影響結構強度的裂縫，就成為結構設計和施工技術的關鍵。（一）地下工程混凝土結構主體防水根據地下工程防水技術規范GB50108-20XX，結構主體規定選用防水混凝14、土，它可通過調整配合比，或摻加外加劑，摻合料等措施配制而成，抗滲等級不得小于P6。現今多用大流動度的商品砼，收縮裂縫大為增加，滲漏增多，影響了使用功能和耐久性。經過多年的研究和工程實踐，提出在混凝土中摻入膨脹劑和聚丙烯纖維的雙摻抗裂防滲技術。 1根據混凝土四種收縮，提出如下分析與應對措施 干縮是砼內水分散失引起的收縮，裂縫由外向內發展，采用ZY補償收縮砼產生微膨脹，主要目的是防止干縮和增加砼密實性達到防滲抗裂。同時采取保潮養護，最好蓄水法，既防止失水，還向內部補給水分，這對水灰比低于0.4的高性能砼更重要。 在混凝土摻入聚丙烯纖維（技術參數參考“裂必克”），它具有高分散性和耐酸耐堿的化學穩定。15、這種短切有機纖維性能分散在混凝土中，防止初期出現的塑性裂縫，分散收縮應力集中，阻止混凝土硬化過程中的收縮開裂，同時能提高混凝土的抗滲性，抗拉強度和抗震性等。 ZY膨脹劑和聚丙烯纖維都是混凝土常用的抗裂材料，它們有互補作用，化學纖維主要防止混凝土初期的塑性裂縫和分散收縮應力；ZY膨脹劑主要作用是減免混凝土硬化過程中產生的冷縮和干縮裂縫，在許多重大防水工程中都采用這種雙摻技術，效果良好。 冷縮是砼結構各部分熱量散失引起收縮。溫差大，降溫快（溫度梯度大)，尤其反復多次，容易開裂。為限制溫差范圍，必須將砼硬固前的初始溫度盡量減小，一方面適當增加砼限制膨脹率，在補償干縮之外，有一定的補償冷縮能力。另一方16、面摻入緩凝減水劑，使砼初凝時間大于10h，可延緩水化熱釋放速度，采用膨脹劑和粉煤灰復摻亦可降低水化熱，這樣可緩解因水化熱造成的溫差。 早期砼收縮僅限于表層砼。在初凝前因表面蒸發快內部水份補充不上，出現表層砼干縮，生成網狀細裂縫，及時抹壓或蓋薄膜防止過快蒸發，可以防治。 自收縮。水泥水化前后絕對體積約減少8%，這是砼自收縮的來源。摻加膨脹劑并延長潮濕養護可以防止自收縮引起的開裂。 通過以上分析和大量工程實踐說明，摻加ZY膨脹劑和“裂必克”聚丙烯纖維的雙摻補償收縮砼，可以防止混凝土因干縮、自收縮引起的開裂，實現混凝土結構自防水。 2補償收縮纖維混凝土的主要性能 建議采用由中國建材院研制，北京新中巖17、建材技術公司生產的ZY膨脹劑，水中7d限制膨脹率為0.03%0.04%，可以在混凝土中建立0.20.8MPa的自應力值，補償混凝土收縮，增強鋼筋混凝土結構的抗裂能力。 建議采用北京五方達科技發展有限公司生產的“裂必克”聚丙烯纖維，增強混凝土的抗裂能力。 該混凝土對早期強度有增強作用，后期強度穩定增長。 大大提高混凝土的抗滲性。其抗滲標號達S20S30，可大幅度提高結構自防水功能。 該混凝土具有抗硫酸鹽侵蝕性能和抗裂防滲功能，能阻止有害介質對鋼筋砼的腐蝕。 3本工程混凝土中ZY和化學纖維使用要點： 對膨脹劑而言，限制膨脹率是關鍵的指標之一，只有具有高限制膨脹率的膨脹劑，才會對混凝土的收縮起到有效18、補償作用。根據補償收縮混凝土應用技術規程的要求，限制膨脹率設計取值見表1，從而避免砼硬化后、滲漏。一般要求：砼的限制膨脹率為0.0150.025% (建議ZY摻量為膠凝材料總量的810)，加強帶為0.0300.04%（建議ZY摻量為膠凝材料總量的1012%）。限制膨脹率的設計取值 表1結構部位限制膨脹率（%）ZY建議摻量底板、墻板、頂板0.0150.020810%后澆帶，膨脹加強帶等部位0.0251012% 本工程各部位ZY摻量的建議值，為提高砼的抗裂性能，建議摻量采用上限，須進行混凝土配合比試驗后并加以確定。 聚丙烯纖維的建議摻入量，每立方混凝土為0.61.0kg。 4本工程補償收縮纖維砼性19、能要求 （1）原材料 水泥：P0425級 減水劑：緩凝高效減水劑，應達國標 砂：中砂 化學纖維：“裂必克”聚丙烯纖維 石子：531.5mm碎石 膨脹劑：ZY膨脹劑，應達到混凝土膨脹劑國家標準GB23439-20XX （2）性能要求 A砼坍落度：1416cm B時間：初凝1618h，終凝1820h C強度：C30C40 D標號：P8 E制膨脹率： 底板、墻壁：0.0150.020 膨脹后澆帶：0.0250.30 （3）砼配合比設計 砼配合比設計可由我院提供參考配合比，由指定砼攪拌站做試驗，根據試驗結果，再確定砼的施工配合比。 （二）關于附加防水的技術方案 根據地下工程防水技術規范的強制性條文：“20、地下工程迎水面主體結構應采用防水混凝土，并應根據防水等級的要求采取其他防水措施”。按規范推薦迎水面的附加層有防水卷材，防水涂料和防水砂漿等。鑒于本工程地下室基礎為樁板結構，用防水卷材鋪貼難以做到天衣無縫，且防水卷材存在老化腐爛的問題，其防水壽命只有1015年，與砼的壽命不同步。因此，建議采用抗裂防水砂漿（20mm厚）作底板防水附加層，施工簡易，成本低，我院研制的ZAF抗裂防水劑是用膨脹劑、密實劑和憎水劑配制而成，其摻量為水泥用量的8%，與砂子拌制成抗裂防滲砂漿，抗滲標號S20。其性能超過水泥砂漿防水劑建材行業標準JC47420XX的技術要求。當然，使用防水卷材也是可以的。 對于邊墻防水附加層，21、建議采用PMC彈性聚合物水泥防水涂料，這種涂料既有水泥類的無機材料強度高，耐久性好的優點，又有橡膠類材料良好的彈性和防水性能，這種涂料可濕作業，連續涂抹，粘結力強。聚合物水泥防水涂料建材行業標準JCT89420XX，該產品已列入防水技術規范，涂層厚度不小于1.2mm。當然，邊墻防水附外層也可選用防水卷材或其他防水涂料。 根據以上技術分析和大量的工程實踐，對于本工程地下室超長結構的防水技術方案歸納如下： 地下室防水材料推薦 表2部 位推薦材料技術特征砼結構主體防水摻膨脹劑和聚丙烯纖維的補償收縮砼無縫施工，結構自防水砼結構附加防水底板：20mm厚抗裂防水砂漿抗裂防滲，耐久性好邊墻：1.2mm厚聚合22、物水泥防水涂料可濕作業，粘結力強六、技術經濟分析 按本技術方案設計施工，進行如下經濟分析1結構防水建筑物地下室采用外防水的費用一般在5060元/m2左右（卷材），本工程底板可采用結構自防水，取消外防水作業，每平方米防水費用為1015元/m2左右，可節省防水費用約3050元/m2。邊墻采用聚合物水泥防水涂料作外防水層，一般為30元m2，則每平方米可節省10元/m2的外防水費用。2無縫施工采用補償收縮纖維砼進行結構防水和無縫施工，不但提高了混凝土結構防水的整體性，而且簡化了施工工藝，加快施工速度，可縮短工期60天以上。并在此基礎上提高了模板周轉，降低了人工、設備占用以及降水周期等費用，使本工程的綜23、合費用大大降低。 七、技術承諾 20年來，我院以本技術為全國500多個重大防水工程提供技術服務，以北京為例，有當代商城（9090m），北京西客站（165200m），北京郵政綜合樓（8859m），北京古勝莊小區1號樓（17462m）北京力鴻花園（12270m），北京深房大廈（133105m），北京希格瑪中心（10366m），天津市第一人民醫院（16586m），北京奧運會“鳥巢”體育場，國家會議中心，昆明國際機場新航站樓等，至今無滲漏，受到用戶好評。 天津濱海新區渤龍湖總部基地是市重點工程，要求質量高，施工進度快，建設成本較低，防水耐久性好，本技術方案可達到上述要求，我院愿提供全方位技術服務，提供優質防水材料，派工程師到現場技術指導施工，防水保質期20年以上。 天津市濱海新區渤龍湖總部基地地下室超長鋼筋砼結構無縫設計與防水施工技 術 方 案中國建筑材料科學研究總院科龍抗裂防滲技術中心