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摘要：膨胀剂的抗收缩原理主要在于其化学膨胀作用受到钢筋及临位约束，在构件中产生一定程度预压应力，从而抵消部分收缩作用，防止裂缝产生。通过分析计算分析，在超长结构的合理位置布置膨胀加强带，一定程度补偿收缩应力，改善结构的应力分布状况，可以减少甚至避免超长混凝土结构收缩裂缝的产生。
引言
随着经济发展和技术进步，近年来超长混凝土结构日渐增多。在电子、通信、生物医药行业的厂房结构中，由于生产环境的超洁净条件及防微振要求，厂房必须高度密闭，甚至长达200m的混凝土结构也不允许设置伸缩缝，给结构设计带来了超长混凝土结构无缝设计的难题。对于温度变化、混凝土收缩以及强迫位移在混凝土结构中引起的间接裂缝，由于影响因素太复杂难以定量计算，只能采取构造措施加以控制。如限制混凝土结构伸缩缝的最大间距，并在容易开裂的部位配置构造钢筋等。
1.膨胀加强带在超长结构无缝设计应用
无缝设计是指在超长混凝土结构的设计和施工中不设缝或少设缝，这个“缝”专指传统设计方法里释放收缩应力的后浇带或伸缩缝。无缝施工设计通常是采用补偿收缩混凝土结合膨胀加强带的方法，其设计思路遵循“抗放兼备、以抗为主”的原则。
膨胀剂的抗收缩原理主要在于其化学膨胀作用受到钢筋及临位约束，在构件中产生一定程度预压应力，从而抵消部分收缩作用，防止裂缝产生。通过分析计算分析，在超长结构的合理位置布置膨胀加强带，一定程度补偿收缩应力，改善结构的应力分布状况，可以减少甚至避免超长混凝土结构收缩裂缝的产生。当一个结构中需要设置2条或2条以上膨胀加强带时，依据相关的施工技术连续循环浇筑即可。设置膨胀加强带实现了结构的连续浇筑，有效改善了结构内部应力分布，提高了结构整体性。合理设计膨胀加强带，采取完善的施工措施，对超长混凝土结构抗裂十分重要。
2.膨胀混凝土的补偿收缩原理
根据《补偿收缩混凝土应用技术导则（RISN-TG002-2006）》的研究成果，利用膨胀剂在硬化过程中的体积增大，使混凝土在体积膨胀受限（在钢筋和周边结构的约束）的条件下会产生0.2 N/mm2～0.7 N/mm2 的预压自应力（通过调整混凝土中HEA 膨胀剂掺量，可使不同区段获得不同的预压应力），这一受压作用可抵消混凝土由于收缩产生的受拉应变，以此来补偿混凝土在硬化过程中因温差和干缩产生的拉应力，从而防止裂缝出现，起到抗渗、防水的作用。
HEA是由硫酸铝盐熟料、明矾石和石膏共同粉磨而成的膨胀剂，其与水泥中的Ca（OH）2反应生成可膨胀的钙矾（C3A·3CaSO4·32H2O）使混凝土产生适度膨胀。其特点是膨胀能量大，干缩小，掺入到混凝土中能补偿混凝土的收缩，从而达到抗渗防裂的目的。根据《补偿收缩混凝土应用技术导则（RISN-TG002-2006）》中有关试验表明，在充分保水养护条件下掺HEA的混凝土早期体积膨胀，14d后基本稳定，长期性能与普通混凝土基本相同，对钢筋无锈蚀，抗酸、碱性能和抗碳化性能比普通混凝土都有增加。其它膨胀剂的原理基本相同。
所谓超长混凝土结构，是指混凝土长度超过现行《混凝土结构设计规范》GB 50010－2002规定的伸缩缝最大间距的混凝土结构。在混凝土中掺入HEA 膨胀剂，以膨胀加强带取代后浇带，可实现超长混凝土结构的连续浇筑。使用这种方法可连续浇筑100～200m的超长结构。根据抗裂原理，只要控制混凝土的收缩与膨胀保持在一个相对的范围内，就能做到结构无缝或裂缝控制在规范允许范围内，满足工程的使用功能。
3.应用膨胀混凝土的措施
3.1 结构长度大于70m（净化厂房）～90m（一般厂房）时，在中部（梁板应力集中处或梁板跨中）设置宽度2000mm膨胀带。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆带内UEA掺量14%～15%（膨胀率约4×10-4～6×10-4），带外UEA掺量8%～12%（膨胀率约2×10-4～3×10-4），等量取代水泥，对裂缝有严格要求时，取上限。带内钢筋贯通并配置加强筋，加强筋面积为受力主筋的1/2，混凝土强度提高一级。施工时混凝土浇灌顺序为：由两侧向膨胀带推进，最后连续浇筑膨胀带。
3.2 结构长度小于70m（净化厂房）～90m（一般厂房）时，设置后浇带解决施工中的温度应力问题。后浇带间距30m～40m，宽度800mm～1000mm。钢筋贯通并配置加强筋，加强筋面积为受力主筋的1/2。混凝土强度提高一级，宜采用膨胀混凝土以补偿收缩。后浇带宜设置在梁跨1/3处。当需要连续浇筑混凝土时，也可以用膨胀带代替后浇带。
3.3 结构面积很大，一次性连续浇灌有困难时，可采用间歇式无缝施工法（跳仓法）。
3.4以膨胀加强带取代后浇带：膨胀加强带设在后浇带的位置，带宽800mm～1000mm，养护14d后再浇筑后浇带。在膨胀加强带内采用自应力为0.5 N/mm2～1.0 N/mm2 膨胀混凝土（内掺UEA14%～15%，等量取代水泥），钢筋贯通并配置加强筋，加强筋面积为受力主筋的1/2，混凝土强度提高一级。
4.具体实例
4.1工程概况
哈尔滨和鑫彩色印刷有限公司年产3万吨纸制品包装印刷项目，总建筑面积31707.18mm2，长191.4米，宽90.9米，混凝土框架+轻刚屋盖结构。方案中间已设置一道缝，二层楼面分成90.1米和104米，仍然超长，属超长结构，在温度变化、混凝土收缩过程中可能产生较显著的温度收缩应力，不利时甚至引起贯通裂缝，影响结构的适用性和耐久性，必须采取行之有效的技术措施，有针对性地解决温度应力和温度变形问题。该项目位于东北严寒地区，且施工时气温偏低，为了消除混凝土收缩对结构的不利影响，确保楼面得抗裂性，保证工程的施工质量，同时又能达到缩短工期，节约成本的目的。用膨胀加强带取代了常规使用的后浇带，设计中设置了横向1条、纵向2条膨胀加强带，的无缝施工方法，以满足结构的使用要求。
4.2 膨胀加强带的设置及构造
影响膨胀加强带设置数量及位置的因素很多，包括补偿收缩混凝土的性能、温度收缩应力大小、约束情况等等，因此，膨胀加强带的布置需综合考虑各方面因素确定。膨胀加强带宽宜定为2～3 m，两侧用孔径为5 mm的钢筋网隔拦，并用钢筋固定牢固，相邻的钢筋网搭接长度不低于50 mm。膨胀加强带内设加强钢筋，加强钢筋直接绑扎在其对应的面层上，伸出加强带外2 m。针对本工程实际情况，膨胀加强带的设置宜遵循以下原则。
1）为了有效发挥膨胀效果，加强带的宽度不宜太窄，采用2 m的宽度。
2）由于膨胀加强带的性质是以较大的膨胀应力补偿收缩应力集中的地方，所以膨胀加强带宜设置在结构拉应力较大的部位以及因截面或配筋突变而容易引起应力集中的部位。
3）膨胀加强带外构件掺入混凝土配合比胶凝材料总量8%的HEA。
5）在膨胀加强带内采用 膨胀混凝土（内掺UEA12%，等量取代水泥），钢筋贯通并配置加强筋，加强筋面积为受力主筋的1/2，混凝土强度提高一级，养护28d后再浇筑后浇带。带内混凝土比带外混凝土标号提高一个等级。混凝土限制膨胀率：水中养护14天，大于等于0.035%，小于等于0.05%。
6）严格控制混凝土中各种骨料的参数，严格控制混凝土养护条件，使其处于淋水保湿状态，避免受到低温、干燥以及急剧温度变化的影响，并满足《混凝土结构工程施工规范》（GB50666-2011）要求。
结语：
超长混凝土结构的裂缝主要由混凝土收缩及季节温差造成的，采用膨胀加强带的施工方案，将化学膨胀能转化为结构预压应力，可以有效降低甚至抵消结构内部的收缩应力，实现超长结构的无缝施工。在本工程中，膨胀加强带设置，既解决了裂缝对结构安全及使用性能的影响，同时具有构造简单、施工便捷、经济性好等诸多优点。
本工程严格按照膨胀加强带施工方法和技术要求，实施至今，未发现明显裂缝和渗漏现象，现场监测和理论分析也表明，膨胀加强带技术在超长混凝土结构施工中集安全性、经济性于一体，在今后的工程建设发展中，具有广阔的应用前景。
参考文献
[1]混凝土结构设计规范（GB50010—2010）[S].北京：中国建筑工业出版社，2010.
[2]补偿收缩混凝土应用技术导则（RISN-TG002-2006）.北京：中国建筑工业出版社，2006.
论文作者:杨成林
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第12期
论文发表时间:2017/10/12
标签：混凝土论文; 应力论文; 结构论文; 钢筋论文; 混凝土结构论文; 裂缝论文; 预压论文; 《建筑学研究前沿》2017年第12期论文;