膨胀剂及防水剂补偿收缩混凝土设计要点和施工指南.doc

膨胀剂及防水剂补偿收缩混凝土设计要点和施工指南目录一. 补偿收缩混凝土结构设计要求………………… ……………………………… 3二. 补偿收缩混凝土配合比设计 ……………………………………………………4三. 超长钢筋混凝土结构无缝施工原理………………………………………………4四．补偿收缩混凝土施工注意事项……………………………………………………7五．补收缩混凝土的在工程中应用实例………………………....................................8一. 补偿收缩混凝土结构设计要求1. 掺膨胀剂、防水剂配制的补偿收缩混凝土应在限制条件下使用，构造（温度）钢筋的设计和特殊部位的附加筋，应符合《混凝土结构设计规范》（GB50010）规定2. 混凝土限制膨胀率的设计取值参考表1表1 混凝土限制膨胀率的设计取值参考表适用结构部位最小限制膨胀率/10-4最大限制膨胀率/10-4平板结构1.53.0梁、墙体结构2.04.0后浇带、膨胀加强带等填充部位2.55.03. 膨胀加强带，后浇膨胀加强带使用的膨胀混凝土的设计强度等级比两侧混凝土提高一个强度等级4. 膨胀加强带可部分或全部取代后浇带，膨胀加强带一般设在后浇带的位置上，根据构件厚度带宽2～3m,在带的两侧用密孔铁丝网将带内混凝土与带外混凝土分开。

使用膨胀剂配制补偿收缩混凝土施工方法：连续式、间歇式与后浇式三种形式5. 抵抗温度收缩的钢筋可利用结构原有的钢筋贯通布置，也可按照“细、密”的原则另外设置构造钢筋网，并与原有钢筋按受拉钢筋的要求搭接全截面最小配筋率按表2选用表2 不同结构的最小配筋率参考表结构部位最小配筋率/（μ/%）布筋方式钢筋间距/mm底板0.30双层、双向150～200楼板、顶板0.30双层、双向 100～200墙体水平筋0.40双排100～1506. 附加钢筋（1） 墙体高度的水平中线部上下500mm范围内，水平筋的间距宜不大于100mm2） 梁两侧的腰筋间距不大于200mm 3） 对于大型结构，宜在垂直于膨胀加强带方向增设附加钢筋，其附加筋直径不大于Φ10mm,长度为“带宽+1000mm” （4） 墙柱、墙墙相交部位，应考虑到与之相交柱、墙对墙身水平筋配筋的影响墙柱相邻部位增设直径Φ8～Φ10mm的水平钢筋，长1500mm,插入柱及相邻墙内部分不低于150mm,其余部分插入墙内，增加量为原同向钢筋配筋率的10～15%5） 当房屋平面形体有较大凹凸时，在房屋、凹角处的楼板；房屋两端阳角处及山墙外的楼板；与周围梁、柱、墙等构件整体浇筑且受约束较强的楼板，应增设温度钢筋。

6） 结构开口的出入口位置、结构截面变化处、构造复杂的突出部位、楼板预留孔洞、标高不同的相邻构件连接处等，宜提高钢筋配置水平7．采用补偿收缩混凝土的地下结构或水工结构，做结构自防水，迎水面可不做柔性防水确认非常必要时，也可在迎水面做聚合物水泥涂膜防水等外防水8．连续浇筑允许的结构最大长度，墙体不宜大于60m,板式结构不宜大于120m,可按表3确定表3 补偿收缩混凝土连续浇筑的结构长度 结构类别结构长度L/m结构厚度H/m浇筑方式选择构选形式墙体L≤60/连续浇筑/L﹥60/断续浇筑后浇式膨胀加强带或后浇带板L≤60/连续浇筑/60﹤L≤120H≤1.5连续浇筑连续式膨胀加强带60﹤L≤120H≥1.5断续浇筑后浇式、间歇式膨胀加强带或后浇带L﹥120/断续浇筑后浇式、间歇式膨胀加强带或后浇带（9） 沉降缝，为解决高层建筑与裙房间沉降差过大须设置沉降后浇带，宽度不宜小于800mm，在相邻两侧的结构满足设计允许的沉降差异值后，方可浇注混凝土二.补偿收缩混凝土配合比设计1. 补偿收缩混凝土的配合比必须满足设计所需要的强度，膨胀性能、抗渗性、耐久性、技术指标和施工工作性要求配合比设计按JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》进行，但应充分考虑利于发挥膨胀剂的作用，以保证限制膨胀率设计值。

2. 单位膨胀剂用量以所需膨胀率为目标，原则上应通过试验加以确定在不具备试验条件时参照表4取值表4 单位膨胀剂最大和最小用量值 适用混凝土单位混凝土中的膨胀剂含量（kg/m3）最大最小补偿收缩混凝土5030填充用膨胀混凝土60403. 补偿收缩混凝土的水胶比不宜大于0.504. 以混凝土的抗压强度为主要因素确定水胶比时，试配所用的混凝土须掺入膨胀剂试验龄期以28d为标准5. 以混凝土的抗冻性为耐久性指标确定水胶比时，按GB50010《混凝土结构设计规范》规定6. 单位胶凝材料根据单位用水量和水胶比确定胶凝材料的组成用下列表示： B = C + E + F,其中， B为单位胶凝材料； C 为单位水泥用量；E 为单位膨胀剂用量； F为单位掺和料用量7. 根据GB50119－2003补偿收缩混凝土单位胶凝材料最小用量为300kg/m3,填充用膨胀混凝土单位胶凝材料最小用量为350kg/ m3三、超长钢筋混凝土结构无缝施工原理考虑混凝土收缩变形，设计规范规定每30~40m须留伸缩缝，经过40-60天才能用膨胀混凝土回填，工期延长，而且后浇缝清理十分麻烦，填缝不好还会留下渗漏隐患中国建筑材料科学研究院发明的《超长钢筋混凝土结构无缝设计与施工方法》（专利号93117132.6）提出以膨胀加强带取代后浇缝，实现超长钢筋混凝土结构连续浇筑。

1、 无缝施工的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"即用掺膨胀剂的补偿收缩混凝土作为结构材料，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σc，由此来抵抗收缩变形时产生的拉应力，防止混凝土开裂　膨胀混凝土用于超长结构无缝抗裂施工，其限制膨胀率(ε2)的设定至为重要ε2偏小，则补偿收缩能力不足，无缝施工难以实现；ε2过大，对混凝土强度有明显影响经大量研究与工程实践，对中强混凝土限制膨胀率一般设计在ε2＝1-310-4，对高强混凝土限制膨胀率一般设计在ε2＝0.5-1.510-4，在配筋率μ＝0.2%-0.8％下，可在结构中建立0.2-0.7MPa预压应力，这一预压应力大致可以抵消混凝土在硬化过程中因温度和干缩产生的拉应力，从而防止混凝土收缩开裂，或把裂缝控制在无害裂缝范围内(小于0.1mm)基于这一"抗"的原理，采用补偿收缩混凝土，后浇缝的间距延长至60m是安全的，比规范20-40m增加l倍左右这是无缝设计概念中的"少缝"含义，已成功应用于结构设计中。

　　工民建的整体式基础、箱形基础的底板、车间混凝土地面、地下隧道、涵管等结构的底板和墙体的特点是，其厚度(高度)H远小于长、宽方向尺寸L，当H／L＜0.2时，板在温度收缩变形作用下，离开端部区域，全截面受拉应力较均匀在地基约束下，将出现水平法向力σx；从工程实践可知，σx是设计主要控制应力，是引起垂直裂缝的主要应力，其σmax出现在截面的中点x＝0处(图1-1) 　当法向应力σmax超过混凝土抗拉强度R，在中部出现第一垂直裂缝，将板一分为二，每块板的水平应力重新分布σx，如σx＞Rt，则形成第二批裂缝……，这种裂缝有序性常可在工程中见到为防止这种有序裂缝的出现，工业与民用建筑中以设置后浇缝作为释放收缩应力和控制裂缝的主要措施之一后浇缝只在较短的间距(L)范围对削减温度收缩应力(EαT)起显著作用，超过一定长度，即使设后浇缝也没有意义按理论计算，削减有效间距为20-60m下面谈到的膨胀加强带间距应设置在此范围内研究表明，膨胀混凝土在硬化过程中产生膨胀作用，在钢筋和邻位约束下，钢筋受拉，而混凝土受压，当钢筋拉应力与混凝土压应力平衡时，则　　　Acσc＝Asσs＝AsEsε2 　　 设 μ＝A s／Ac　　 则 σc＝μjEsε2 --------------------------------------------- (1)　　 式中：σc--混凝土预压应力，MPa；　　 As--钢筋截面积；　　 μ--配筋率，％；　　 Ac--混凝土截面积；　　 Es--钢筋弹性模量。

MPa；　　 ε2--混凝土的限制膨胀率(也即钢筋伸长率)％　　 由(1)式可见，σc与ε2成正比关系，而限制膨胀率ε2随膨胀剂掺量增加而增加，所以，我们通过调整膨胀剂掺量，可使混凝土获得不同的预压应力根据水平法向力σx分布曲线，我们设想在σmax地方给与较大的膨胀应力σc，而在两侧给与较小的膨胀应力(图1-2)，全面地补偿结构的收缩应力，控制有序裂缝的出现图1-2 膨胀应力σc补偿收缩应力σx示意图 2、 无缝施工的应变分析根据我国著名的水泥混凝土专家、中国工程院资深院士吴中伟教授关于膨胀混凝土的基本理论和观点，防止混凝土开裂，有如下判据 ：　　∣ε2-(St+Sd-CT)∣≦Sk 式中，ε2-限制膨胀率　　 St-冷缩率　　 Sd-干缩率　　 CT-受拉徐变率，徐变CT对补偿收缩防止开裂是有利因素　　 S k-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膨胀剂时，规范规定约30m设一道伸缩缝，以避免收缩应变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：T为综合温差,普通混凝土T=T1+T2，膨胀混凝土T=T1+T2-T3，或中：T1——混凝土因水泥水化热而引起的温升值。

T2——混凝土的收缩当量温差 T3——膨胀混凝土的膨胀当量温差根据裂缝平均间距计算公式可见：当│αT│→SK，[L]→∞当│αT│＜SK，[L]→∞-----------------（2）│αT│=│αT（T1+T2-T3）│=│St + Sd -ε2│这样(2)式就变为∣St+Sd-ε2∣≦Sk ，[L]→∞　　由上式可见，温差或收缩很重要，一般总是│αT│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│αT│≤SK，这是“抗”的办法工程实践表明，在砼中掺入适量的膨胀剂，由于砼的膨胀可补偿砼的冷缩和干缩，可显著地减少│αT│，从而延长伸缩缝的间距，而实现超长钢筋混凝土的无缝施工四.补偿收缩混凝土施工注意事项1. 首先根据混凝土设计强度等级、抗渗等级、施工季节、施工办法和结构尺寸选择不同的膨胀剂品种，掺量通过混凝土试验确定，试验龄期以28d为标准。

2. 试验时考虑多功能型产品的高效减水作用，应避免拌和水用量过多造成混凝土泌水、离析3. 在考虑普通型产品时，需掺入不同品种的化学外加剂，须经过试配后方能确定使用4. 膨胀剂使用时配料计量要准确，事先制作定量容器，称量误差1。