李建欣

(山西六建集团有限公司，山西 太原 030025)

随着建筑行业的进步，一系列新材料和新工艺应运而生，其中以膨胀混凝土颇具代表，此材料具有膨胀效应，可减轻混凝土收缩引起的压应力，改善混凝土结构的受力条件，以免因受力异常而产生裂缝，采用膨胀混凝土施工而成的建筑结构具有完整性和防渗性能。膨胀混凝土的应用效果良好，研究其在建筑结构中的应用方式具有重要意义。

1 膨胀混凝土的工作原理

膨胀混凝土指的是掺入膨胀剂的混合料，具有膨胀特性，可提升混凝土的受压力，约束钢筋的受拉力，改善混凝土结构的受力条件，降低裂缝的发生机率。膨胀混凝土的预压应力与限制膨胀率呈正比关系，因此，对预压应力的控制可通过调整膨胀剂掺量的方式而实现，经过调控后提升膨胀混凝土的力学性能。

膨胀混凝土硬化期间发生膨胀，混凝土受压、钢筋受拉、应力平衡时，则有：

Ac.σc=As.Es.ε2

μ=As/Ac，则

σc=μ.Es.ε2

式中：Ac—混凝土截面积；σc—混凝土预压应力(Mpa)；As—钢筋截面积；Es—钢筋弹性模量(Mpa)；μ—配筋率(c/0)；ε2—混凝土的限制膨胀率(%)；σc与ε2呈正比关系，而在增加UEA掺量时，ε2同步增加，若要使混凝土预压应力合理，可通过调整UEA掺量的方式实现[1]。

2 配合比设计

(1)根据膨胀混凝土的膨胀性能、强度、抗渗性等要求进行配合比设计，严格遵循JGJ55《普通混凝土配合比设计规程》的相关规定，选择合适的膨胀剂并控制用量，协调膨胀剂与水泥及其它原材料的用量关系，保证材料性质相容，拌制出高性能的膨胀混凝土。

(2)根据限制膨胀率确定单位膨胀剂用量，需要进行配合比试验，用试验结果检验不同膨胀剂应用方式所取得的施工效果，通过对比分析，确定合适的单位膨胀剂用量，具体参见表1。

表1 单位膨胀剂用量

(3)根据混凝土的抗压强度设计水胶比时，试验龄期以28d为准，试配时掺入膨胀剂，要求水胶比不高于0.50。

(4)根据单位用水量和水胶比确定单位胶凝材料的用量，采用“B=C+E+F”的公式进行计算，其中B为单位胶凝材料用量，C、E、F分别为单位水泥、膨胀剂、掺和料3类原材料各自的用量。

3 膨胀混凝土在建筑结构工程中的应用分析

3.1 工程概况

某建筑工程，长度80.8m，宽度59.6m，地下1层、地上4层，檐高21.9m，板厚120mm。地下室外墙板厚300mm，地下室底板厚400mm。基础底板及侧壁采用抗渗等级S6、强度等级C30的混凝土，掺入6%的ZY混凝土膨胀剂。梁板结构较长，温度收缩变形量大，不再采用传统的温度后浇带，而是采用补偿收缩膨胀混凝土加强带的无缝施工方案，提升结构的抗裂性能、防渗性能以及密实性，同时还可加快施工进度，缩短工期。

3.2 膨胀加强带施工

3.2.1 施工位置

在设计留设后浇带的位置设置膨胀加强带，为保证其有足够的收缩补偿能力，带宽应达到2～3m，在本工程中，按照2m的带宽要求设置膨胀加强带，而原后浇带的宽度与之不一致，需进行调整。

3.2.2 施工方法

以加强带为分界，划分为东、西2个区域，采取流水施工作业模式。先浇捣东区混凝土，在东侧设置施工缝，再同时施工西区混凝土和加强带。选材方面，加强带两侧的东区和西区施工采用的是内掺6%ZY膨胀剂的C30混凝土，加强带采用内掺10%ZY膨胀剂的C35混凝土，加强带施工所用混凝土的膨胀剂用量更高，膨胀量较大，可挤压两侧，达到抗渗的效果。

膨胀加强带剖面，在加强带和原混凝土之间设置2道孔径为Φ5mm的钢丝网，以加固筋绑扎或焊接的方法稳固2层钢筋网，每间隔300mm设1根竖向Φ12mm钢筋，加强固定。墙板与地下室顶底板加强带四周跟通[2]。

3.3 设置补偿钢筋

沿着垂直于膨胀加强带的方向增加温度应力的补偿钢筋，材质与构造筋一致，延伸至加强带两侧50cm，布设间距为水平构造筋间距的2倍，直径比构造筋小1～2个规格，膨胀加强带的补偿钢筋绑扎在面筋上。在加强带两侧用密孔铁丝网拦起，或设置免拆模板网，钢筋绑扎固定，铺设后，铁丝网的搭接量不超过5cm。防水材料采用的是橡胶止水带或钢板止水板，将其设置在墙体后浇膨胀加强带的两侧。

3.3.1 补偿收缩混凝土钢筋设计

(1)根据《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2015)的相关规定，设计构造钢筋及特殊部位的附加筋。

(2)根据结构部位的不同，针对性地设计混凝土限制膨胀率，考虑的是最小值和最大值，参见表2。

表2 混凝土限制膨胀率取值

(3)膨胀加强带所用混凝土的强度等级应比两侧混凝土高一个等级。

(4)膨胀加强带的施工位置安排在后浇带处，可以根据施工条件和施工要求部分或完全取代后浇带，应保证膨胀加强带的带宽达到2～3m，具体根据构件厚度做适当的调整。为分隔膨胀加强带内、外两部分强度各异的混凝土，在带的两侧设置密孔铁丝网。

(5)钢筋发挥出抵抗温度收缩的作用时，可用结构原钢筋贯通布置，也可额外设置与原钢筋搭接的构造钢筋网[3]。

3.3.2 附加钢筋的配置

1)梁两侧，按间距不大于200mm的要求设置腰筋；2)墙体高度的水平中线上、下500mm以内，按不大于100mm的间距要求设置水平筋；3)大型结构的附加钢筋直径不大于Φ10mm，长度在膨胀加强带宽度的基础上增加1 000mm，沿着垂直于带的方向设置；4)房屋平面形体存在明显的凹凸时，在房屋两端阳角处、凹凸角的楼板处、山墙处的楼板、与梁柱整体浇筑的板楼(受较强的约束作用时)设置温度钢筋；5)对于墙～墙、墙～柱相交部位，需分析墙体水平配筋受相邻墙、柱的影响，在相邻部位设置长度为1 500mm、直径为Φ8～Φ10mm的水平钢筋，插入柱及相邻墙的深度不少于150mm，水平配筋的剩余长度均插入墙内；6)对于构造复杂的突出部位、结构开口的出入口、标高不同的相邻构件连接部位、结构截面变化部位、楼板预留孔洞等，根据结构特点和原配筋方式适当增加配筋。

3.4 膨胀混凝土施工

3.4.1 混凝土的选用

加强带两侧采用内掺6%ZY膨胀剂、抗渗等级为S6的C30混凝土；加强带采用内掺10%ZY膨胀剂、抗渗等级为S6、坍落度为14～16cm的C35混凝土。严格按照配合比拌制混凝土，对每次拌合好的混凝土进行取样检验，实验室报告表明混凝土的性能达标后，可投入使用。

3.4.2 施工缝的处理

首先清理施工缝的松散石子以及杂物，用水冲洗，保持干净、湿润的状态；随后用加强带的混凝土原浆套浆；最后进行混凝土浇筑。

3.4.3 混凝土浇灌

浇灌前，做好如下准备工作：检查墙板顶板加强带的模板，清理杂物，均匀涂刷脱模剂；按照设计图纸的要求，判断模板的位置是否合理，板间缝隙是否严密，不可在混凝土浇灌过程中漏浆；检查止水钢板和钢丝网的安装情况，要求位置准确并保持稳定；检查加强带的绑扎情况；检验混凝土的性能，确认无误后随即投入使用。

待各项前期准备工作均落实到位后，正式浇灌混凝土，要点如下。

(1)计量采用微机自动控制，严格按照配合比控制各类原材料的用量，用装载车上料。由专人称量ZY膨胀剂，确保用量误差不差过0.5%。若砂、石的含水率发生变化，需要根据实测含水率动态调整水灰比。石子的粒径以15～25mm为宜，保持干净。充分拌制，保证混凝土的均匀性，拌制后检测坍落度。相比普通混凝土的搅拌时间，加强带处膨胀混凝土的搅拌时间适当延长30～60s。

(2)根据连续性原则浇筑底板、外墙的混凝土，非必要时，各部位的浇筑均不可中断，否则将产生冷缝。

(3)振捣时间为30～60s，均匀布置插点，根据快插慢拔的原则进行振捣，待混凝土平整、不冒气、开始泛浆时，结束该点的振捣。控制振捣范围、振捣力度、振捣时间，避免漏振、欠振、过振。振捣时加强防护，尤其是预埋件、施工缝等处，不可由于过度振捣而导致混凝土流失，也不可由于振捣不充分而导致该部位的混凝土缺乏密实性。此外，振捣设备不可碰触钢筋、模板、止水带。

(4)混凝土初凝时间不小于6h，施工时间不超过试配初凝时间的一半。施工人员密切协作，控制施工时间，在指定时间内完成混凝土施工作业。

(5)混凝土施工分层进行，每层浇筑后及时振捣，振捣上一层时，将设备伸入下层50～100mm，连同下层局部共同振捣后，消除相邻2层的接缝，使各层结合为完整的整体。上层混凝土的自然形成厚度不大于振动板的1.25倍。

(6)混凝土表面收干后，用木抹子搓压表面，消除塑性沉降和快速失水缩缝，为有效提高混凝土的表观质量，需要反复抹压3遍，且均要在混凝土终凝前完成。

3.4.4 混凝土的养护

混凝土浇筑、振捣、抹面均结束后，进行养护，控制温度和湿度，防止混凝土开裂。ZY膨胀混凝土的养护要点，如下。

(1)混凝土终凝后2h即可开始养护，养护时间不少于14d，必要时延长，以ZY膨胀混凝土有效成型为基本原则控制养护时间。

(2)根据本工程施工进度，底板施工时间在12月上旬，恰逢冬季，此施工阶段的气温以5～15℃为主，气温较低。而底板的厚度达到400mm，受水泥水化放热的影响，底板混凝土内部的温度较高，以浇筑后的2～3d尤为明显，将升高至40～45℃，混凝土可能由于内外温差较大而开裂。针对该情况，向混凝土表面覆盖1层塑料薄膜进行养护，每日浇水2～3次，通过多种措施将混凝土的内外温差控制在25℃以内。

3.5 细节部位及缺陷的处理

3.5.1 施工缝接茬的处理

对施工缝的混凝土表面凿毛，清理凿除产生的碎屑，用水冲洗，使施工缝保持干净、湿润，向处理好的施工缝表面铺设一层同标号ZY水泥砂浆，厚度为20～30mm，而后继续浇筑混凝土。

3.5.2 外墙壁施工缝外侧的处理

拆模后，施工缝表面可能存在明显槎缝，平整性和完整性较差，属于渗水的高发部位。为提高防渗水平，采用ZY防水砂浆进行处理，施工要点：1)对施工缝上、下各5cm的范围进行凿毛，清理杂物，用清水冲洗；2)在表面刷内掺7%ZY膨胀剂的水泥净浆，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水泥砂浆，将其抹在稍干的净浆层上，厚度为4～5mm；4)抹面，改善外墙壁施工缝外侧的表观质量，在抹面后的8～10h进行洒水养护，时间至少为7d。

3.5.3 外墙蜂窝麻面、孔洞的处理

根据质量缺陷的类型采取针对性的处理措施，具体如下：1)对于蜂窝麻面缺陷，凿成“喇叭”形槽，用水清理，经过检查确认开凿部位尺寸合适、保持干净后，用ZY水泥砂浆填补，直至该部位恢复平整为止；2)由于漏振而产生孔洞时，对其的处理方法是先剔实、润湿，再支模，浇筑内掺9%的豆石混凝土，捣固密实，为保证孔洞的修复效果，混凝土的水胶比需低于0.40，坍落度高于20cm。最后温养14d，使修复孔洞所用的混凝土固结成型[4]。

4 结语

综上所述，膨胀混凝土是建筑结构施工中的重要材料，因性能可靠而被广泛推广应用。膨胀混凝土施工效果受多种因素的影响，工程人员需要根据建筑结构质量要求选取膨胀混凝土的原材料，设计配合比，拌制出性能良好的膨胀混凝土后，及时进行浇筑、振捣、养护，同时需要在施工期间加强监督管理，指出并处理质量问题，根据实际施工情况改进施工工艺，提高膨胀混凝土施工质量，减少工程资源消耗，实现提质增效的建筑工程发展目标。